BR102014017541A2 - dispositivo para injeção de gás em forno elétrico a arco e método para montagem de um dispositivo para injeção de gás - Google Patents

Abstract

resumo patente de invenção: "dispositivo para injeção de gás em forno elétrico a arco e método para montagem de um dispositivo para injeção de gás". descreve-se um dispositivo (2) para injeção de gás em forno elétrico a arco (1), o dispositivo (2) sendo posicionado em uma abertura na parte inferior de um forno elétrico a arco (1). o dispositivo (2) da presente invenção soluciona problemas do estado da técnica permitindo uma maior segurança contra vazamento de metal fundido e é composto por uma sede (3) e um plugue (4) inserido de modo concêntrico dentro da sede (3). o plugue (4) é dotado em sua parte inferior oposta ao lado do forno de um bloco de conexão (7). o bloco de conexão (7) contém em seu interior um núcleo de cobre (8). o dispositivo (2) apresentando ainda um subplugue (16) posicionado abaixo do bloco de conexão (7), uma chapa de base (15) e uma tampa (17). a presente invenção trata ainda de um método para montagem de um dispositivo (2) para injeção de gás.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA INJEÇÃO DE GÁS EM FORNO ELÉTRICO A ARCO E MÉTODO PARA MONTAGEM DE UM DISPOSITIVO PARA INJEÇÃO DE GÁS".

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para injeção de gás em forno elétrico a arco. O dispositivo sendo posicionado em uma abertura na parte inferior de um forno elétrico a arco e composto por uma sede e um plugue inserido de modo concêntrico dentro da sede. O plugue sendo dotado em seu interior de uma pluralidade de tubos de injeção longitudinais paralelos e passantes conectados a uma fonte de um gás inerte e um tubo de referência longitudinal de comprimento menor do que o comprimento do plugue conectado a uma fonte adicional de gás inerte. A invenção refere-se ainda a um método para montagem de um dispositivo de injeção de gás.

Descrição do estado da técnica [002] Desde o início da década de 1980, vários sistemas de injeção de oxigênio e de gás inerte foram introduzidos no mercado para melhorar a eficiência em fornos a arco elétrico. A tecnologia usual de fornos a arco elétrico apresenta, contudo, poucas soluções para movimentar e homogeneizar o banho, ou seja, misturar o aço fundido e a escória. Por exemplo, injetores de oxigênio em forno a arco elétrico de corrente alternada tem efeito somente na superfície do volume de aço, com eficiência restrita quando uma camada viscosa de escória cobre o aço. É sabido que a forma mais eficiente de se imprimir movimento no aço fundido é por aplicação de gás de injeção, onde colunas de bolhas sobem do fundo do forno até a superfície do aço fundido.

[003] Sistemas de gás de injeção por um tubo único ou por um plugue com diversos furos foram desenvolvidos, estando inseridos dentro da camada de refratário do forno de arco elétrico (injeção indireta) ou em contato direto com o aço fundido (injeção direta). Presentemente a maioria dos sistemas de injeção por gás em fornos a arco elétrico é de injeção direta com furos múltiplos. A razão para tal é a maior eficiência na transferência de massa e energia, que ocorre em fornos a arco elétrico que operam com sistemas de injeção direta.

[004] Os plugues de gás de injeção são instalados no fundo de fornos a arco elétrico através de um canal cercado por blocos de material refratário, facilitando, assim, a sua substituição. Para garantir a segurança e evitar vazamentos de metal no espaço entre o plugue e o material refratário do forno é introduzida uma massa refratária de socar apropriada.

[005] O plugue em si é fabricado de uma mistura de MgO-C com uma densidade na mesma faixa do material refratário ao seu redor. O gás inerte é soprado no banho metálico por meio de uma pluralidade de furos de pequeno diâmetro, sendo usual empregar furos de 1 a 2 mm. Com o uso de furos múltiplos de pequeno diâmetro, a penetração do aço líquido nos furos, no caso de baixos fluxos de gás inerte, é limitada a poucos milímetros. O próprio movimento do banho metálico causado pelos furos não bloqueados leva ao desbloqueio dos demais furos. No uso de plugues com um tubo único, no caso de infiltração por metal líquido, o bloqueio, quando ocorre, pode ser permanente.

[006] Também é usual empregar um tubo de referência para verificação do desgaste do plugue. O tubo de referência possui um comprimento menor do que o comprimento do plugue e é pressurizado por uma linha de gás inerte independente. Quando o desgaste do plugue atinge o tubo de referência, liberando, assim, a passagem de gás para o banho metálico, a pressão no seu interior cai gerando uma indicação da necessidade de substituir o plugue.

[007] Usualmente no estado da técnica é empregado como gás inerte nitrogênio, mas também pode ser empregado argônio. O jato de gás inerte ao entrar no banho metálico fundido se divide em bolhas que sobem até a superfície. Um grande número de tubos de menor diâmetro diminui o risco de bloqueio pelo aço e aumenta o número de bolhas, mesmo em fluxos de gás baixos. Por fim, cabe observar que um fluxo baixo de gás inerte é recomendável por economia do processo e também para evitar a formação de uma abertura na superfície do metal líquido.

[008] Como fica claro, a tecnologia de injeção direta por um plugue com furos múltiplos em contato direto com o aço fundido possui diversas vantagens, sendo este o motivo de sua rápida difusão atualmente na indústria do aço.

[009] Essa solução tecnológica, contudo, deve garantir total segurança na sua operação evitando o vazamento de aço líquido entre a sede e o plugue e através dos tubos do plugue, além de permitir uma fácil substituição do plugue quando desgastado.

Breve descrição da invenção [0010] A presente invenção soluciona o problema do estado da técnica ao garantir a estanqueidade do plugue durante a sua operação dentro de um forno a arco elétrico, mantendo a sua facilidade de substituição no caso de desgaste.

[0011] De acordo com a presente invenção, um dispositivo para injeção de gás em forno elétrico a arco é posicionado em uma abertura na parte inferior do forno e é composto por uma sede e um plugue inserido de modo concêntrico dentro da sede. O plugue é dotado em seu interior de uma pluralidade de tubos de injeção longitudinais paralelos e passantes conectados a uma fonte de um gás inerte e um tubo de referência longitudinal de comprimento menor do que o comprimento do plugue conectado a uma fonte adicional de gás. O plugue da presente invenção é dotado em sua parte inferior oposta ao lado do interior do forno de um bloco de conexão. O bloco de conexão apresenta na sua parte inferior um tubo para conexão de uma fonte de gás inerte para os tubos de injeção e um tubo para conexão de uma fonte adicional de gás para o tubo de referência. O bloco de conexão, em função da passagem de gás de injeção pelo seu interior, apresenta uma temperatura mais baixa que a dos materiais das peças circundantes. Além disso, contém um corpo feito de cobre e composto por vários furos. Desta forma, caso o aço líquido entre em contato com este bloco de conexão, o corpo de cobre será capaz de absorver o calor do aço líquido, levando à solidificação o aço líquido que porventura venha a penetrar por dentro do plugue e seus tubos de injeção. O dispositivo da presente invenção apresenta ainda um subplugue posicionado abaixo do bloco de conexão. O subplugue atua como elemento de vedação impedindo a passagem de aço líquido entre o plugue e a sede. Uma chapa de base soldada no corpo do forno é posicionada de modo concêntrico e externo ao subplugue garantindo a sustentação de todo o sistema. Nessa chapa de base são inseridos elementos de travamento que fixam uma tampa sobre o subplugue, impedindo qualquer movimento do conjunto na direção oposta ao forno. A conjugação do bloco de conexão com o subplugue garante ao dispositivo para injeção de gás da presente invenção uma segurança operacional muito superior aos objetos do estado da técnica.

[0012] Adicionalmente a presente invenção, em função de sua forma construtiva característica, garante uma facilidade de instalação em fornos existentes e a posterior substituição do plugue em caso de desgaste.

[0013] O método para montagem de um dispositivo de injeção de gás, de acordo com a presente invenção, inclui as etapas de: [0014] soldagem da chapa de base na parede externa ao redor da abertura do forno elétrico a arco, [0015] posicionamento de um primeiro segmento anelar de sede na parede interna do lado interior da abertura do forno a arco, [0016] posicionamento dos demais segmentos anelares da sede, [0017] preenchimento de argamassa entre a sede e o revestimento interior do forno a arco elétrico, [0018] posicionamento pelo lado externo do forno do subplugue sobre a tampa, [0019] inserção do subplugue na abertura do forno a arco elétrico e encaixe da tampa nos pinos da chapa de base, [0020] travamento da tampa pela inserção dos elementos de travamento em forma de cunha nos rasgos dos pinos e fixação dos grampos de segurança;

[0021] inserção pelo lado de dentro do forno a arco elétrico do plugue no furo anelar da sede, [0022] inserção de massa de socar entre o plugue e a sede, e [0023] conexão de mangueiras de alimentação nos tubos de conexão de gás inerte e de conexão de gás inerte adicional.

Descrição resumida dos desenhos [0024] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram: [0025] Figura 1 - é uma vista em corte do dispositivo da presente invenção;

[0026] Figura 2 - é uma vista em perspectiva do plugue e do bloco de conexão da presente invenção;

[0027] Figura 3 - é uma vista em perspectiva do conjunto de sede e plugue do dispositivo da presente invenção e [0028] Figura 4 - é uma vista explodida mostrando os componentes do dispositivo da presente invenção.

Descrição detalhada das figuras [0029] Como pode ser visto a partir da figura 1, o dispositivo 2 da presente invenção se encontra instalado em uma abertura no corpo do forno a arco elétrico 1. O dispositivo 2 se encontra cercado pelo material refratário da soleira do forno 1, sendo que sua parte superior praticamente faceia a superfície interna de refratário do fundo do forno 1.

[0030] O dispositivo 2 apresenta uma sede 3 e um plugue 4 inserido de modo concêntrico dentro da sede 3, o plugue 4 sendo dotado em seu interior de uma pluralidade de tubos de injeção 5 longitudinais paralelos e passantes conectados a uma fonte de um gás inerte e um tubo de referência 6 longitudinal de comprimento menor do que o comprimento do plugue 4 conectado a uma fonte adicional de gás.

[0031] O plugue 4 é dotado em sua parte inferior oposta ao lado do interior do forno 1 de um bloco de conexão 7. O bloco de conexão 7 apresenta na sua parte inferior um tubo para conexão de uma fonte de gás inerte 13 aos tubos de injeção 5 e um tubo para conexão de uma fonte adicional de gás inerte 14 ao tubo de referência 6. O dispositivo 2 apresenta ainda um subplugue 16 posicionado abaixo do bloco de conexão 7, uma chapa de base 15 posicionada de modo concêntrico e externo ao subplugue 16, uma tampa 17 unida de modo destacável à chapa de base 15 por elementos de travamento 18, 19.

[0032] A sede 3 é composta por sua vez de segmentos de forma anelar fabricados de MgO e carbono fundidos, sendo que os segmentos possuem superfícies anelares com ressaltos 3a para encaixe de um segmento no outro.

[0033] O plugue 4 possui formato cilíndrico e complementar ao formato interno da sede 3, sendo fabricado de MgO e carbono prensados isostaticamente.

[0034] O bloco de conexão 7 possui formato cilíndrico, sendo que apresenta um núcleo 8 fabricado de cobre eletrolítico dotado de uma pluralidade de furos passantes 9. O núcleo 8 apresenta rebaixos que formam respectivamente uma câmara 11 a jusante e uma câmara 10 a montante do fluxo de gás oriundo do tubo para conexão de uma fonte de gás inerte 13. O núcleo 8 apresenta ainda um furo passante para o tubo de referência 6. O núcleo 8, por ser fabricado de cobre eletrolítico, possui boa condutividade térmica e em função da pluralidade de furos passantes 9 e consequente maior área de contato com o fluxo de gás inerte, apresenta uma temperatura relativamente baixa em comparação com o material das demais peças circundantes. Dessa forma, o conjunto do bloco de conexão 7 atua como elemento de segurança fazendo com que qualquer vazamento de aço fundido oriundo do plugue 4, que penetre na câmara 10, se solidifique imediatamente em contato com o núcleo 8. O bloco de conexão 7 pode alternativamente ainda apresentar pelo menos três alças 12 de centragem soldadas em sua superfície externa. As alças 12 de centragem permitem um posicionamento correto do plugue 4 dentro da sede 3 mantendo o devido afastamento para a posterior introdução de massa de socar.

[0035] O subplugue 16 é fabricado de AI2O3 e apresenta formato anelar com uma face inferior plana 16a, uma face superior plana 16d, um furo central 16b e um ressalto anelar 16c em sua face superior 16d voltada para o interior do forno 1. O resalto 16c se posiciona entre a circunferência externa do bloco de conexão 7 e a superfície interna da sede 3. O ressalto anelar 16c exerce a função de barreira mecânica para evitar que qualquer fluxo de aço líquido que porventura penetre entre o plugue 4 e a sede 3 possa deixar o dispositivo 2.

[0036] A chapa de base 15 de formato anelar plano apresenta pelo menos três pinos 19 dotados de rasgos para inserção de elementos de travamento 18.

[0037] A tampa 17 de formato anelar plano apresenta um furo central e uma face plana 17a para contato com a face inferior plana 16a do subplugue 16.

[0038] Os tubos de injeção 5 apresentam preferencialmente um diâmetro de aproximadamente 1 a 2 mm. O diâmetro do tubo de injeção pode variar em função do fluxo e do gás inerte necessários para o processo.

[0039] Os elementos de travamento 18 apresentam formato de cunha e incluem grampos de segurança 20. Qualquer outra forma de elemento de travamento mecânico poder ser aplicada neste caso, desde que seja garantida a sua fácil fixação e remoção.

[0040] Na figura 2 é mostrado em uma vista em perspectiva de modo transparente o interior do plugue 4, onde pode ser visualizada a pluralidade de tubos de injeção 5 e o tubo de referência 6, que apresenta um comprimento menor do que o plugue 4. Os tubos 5 e 6 entram no bloco de conexão 7, o subplugue 16 se assenta abaixo do bloco de conexão 7 e seu ressalto anelar 16c constitui uma barreira em forma de parede para reter qualquer fluxo de aço líquido que possa porventura escorrer ao longo do plugue 4 ou vazar pelo bloco de conexão 7.

[0041] A chapa de base 15 é soldada externamente na parede do forno 1, garantindo, assim a sustentação de todo o sistema e que nenhum fluxo de aço líquido possa deixar o dispositivo da presente invenção.

[0042] Na figura 3 pode ser visto o plugue 4 inserido dentro da sede 3 e, na figura 4, uma vista explodida do dispositivo 2. Essas figuras facilitam também a compreensão do método de montagem do dispositivo 2 no forno 1.

[0043] Inicialmente é realizado um corte na carcaça do forno 1 para que seja concebida uma abertura no forno. Em seguida, é realizada a soldagem da chapa de base 15 na parede externa ao redor da abertura do forno elétrico a arco 1.

[0044] Parte-se então para o posicionamento centralizado de um primeiro segmento anelar de sede 3 na parede interna da abertura do forno a arco 1.

[0045] Em seguida, os outros dois segmentos anelares da sede 3 são colocados sobre o primeiro e fixados com argamassa. Entre a sede 3 e o refratário da soleira do forno é socada uma argamassa específica e posteriormente é feita a colocação da massa de trabalho da soleira com a proteção do furo da sede 3 [0046] Então, é feito o posicionamento pelo lado externo do forno 1 do subplugue 16 sobre a tampa 17. As superfícies laterais do subplugue 16 devem ser argamassadas.

[0047] O subplugue 16 é inserido na abertura do forno a arco elétrico 1 e a tampa 17 é encaixada nos pinos 19 da chapa de base 15.

[0048] Ocorre então o travamento da tampa 17 pela inserção dos elementos de travamento 18 em forma de cunha nos rasgos dos pinos 19 e a fixação dos grampos de segurança 20. Dessa forma é garantida a estanqueidade do dispositivo 2.

[0049] Pelo lado de dentro do forno a arco elétrico 1 ocorre a inserção do plugue 4 no furo anelar da sede 3, como visto na figura 3. A superfície do subplugue é recoberta antes da inserção do plugue 4 com argamassa específica.

[0050] É inserida, então, massa de socar entre o plugue 4 e a sede 3, e, por fim, ocorre a conexão de mangueiras de alimentação nos tubos de conexão de gás inerte 13 e de conexão de gás inerte adicional 14. O dispositivo 2 da presente invenção está desta forma pronto para operar.

[0051] Ocorrendo o desgaste do plugue 4 indicado pelo tubo de referência 6, a sua troca é feita seguindo as seguintes etapas: [0052] Inicialmente é feita a desconexão das mangueiras de alimentação nos tubos de conexão de gás inerte 13 e de conexão de gás inerte adicional 14.

[0053] Em seguida, é feita a remoção da tampa 17 com a retirada dos grampos 20 e dos elementos de travamento 18 em forma de cunha, [0054] É, então, aplicada força mecânica dentro do forno 1 sobre o plugue 4 para sua remoção juntamente com o subplugue 16 pelo fundo do forno 1.

[0055] Em seguida, é removida a argamassa que porventura tenha ficado aderida na superfície interna dos segmentos da sede 3. Os segmentos da sede 3 que apresentarem desgaste devem ser substituídos.

[0056] O subplugue 16 devidamente argamassado é colocado juntamente com a tampa 17 pelo fundo do forno 1.

[0057] Fixa-se a tampa 17 com os elementos de travamento 18 em forma de cunha e se insere os grampos de segurança 20.

[0058] Um novo plugue 4 é colocado pela parte de dentro do forno 1. O plugue 4 deve ser centralizado em relação à sede 3.

[0059] Por fim, é feita a reconexão de mangueiras de alimentação nos tubos de conexão de gás inerte 13 e de conexão de gás inerte adicional 14.

[0060] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

REIVINDICAÇÕES

Claims (12)

1. Dispositivo para injeção de gás em forno elétrico a arco, o dispositivo (2) sendo posicionado em uma abertura na parte inferior de um forno elétrico a arco (1) e composto por uma sede (3) e um plugue (4) inserido de modo concêntrico dentro da sede (3), o plugue (4) sendo dotado em seu interior de uma pluralidade de tubos de injeção (5) longitudinais paralelos e passantes conectados a uma fonte de um gás inerte e um tubo de referência (6) longitudinal de comprimento menor do que o comprimento do plugue (4) conectado a uma fonte adicional de gás, o plugue (4) é dotado em sua parte inferior oposta ao lado do interior do forno (1) de um bloco de conexão (7), apresentando na sua parte inferior um tubo para conexão de uma fonte de gás inerte (13) aos tubos de injeção (5) e um tubo para conexão de uma fonte adicional de gás (14) ao tubo de referência (6), caracterizado pelo fato de que o bloco de conexão (7) apresenta um núcleo de cobre (8), o dispositivo (2) apresentando ainda um subplugue (16) posicionado abaixo do bloco de conexão (7).

2. Dispositivo para injeção de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a sede (3) é composta por segmentos de forma anelar fabricados de MgO e C, sendo que os segmentos possuem superfícies anelares (3a) com ressaltos para encaixe de um segmento no outro.

3. Dispositivo para injeção de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o plugue (4) possui formato cilíndrico e complementar ao formato interno da sede (3), sendo fabricado de MgO-C prensado isostaticamente.

4. Dispositivo para injeção de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o bloco de conexão (7) possui formato cilíndrico, e o núcleo (8) de cobre eletrolítico é dotado de uma pluralidade de furos passantes (9), o núcleo (8) apresentando rebaixos formando respectivamente uma câmara (11) a jusante e uma câmara (10) a montante do fluxo de gás oriundo da tubulação para conexão de uma fonte de gás inerte (13), o núcleo (8) apresentando ainda um furo passante para o tubo de referência (6).

5. Dispositivo para injeção de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o subplugue (16) é fabricado em Al203 e apresenta formato anelar com uma face inferior plana (16a), uma face superior plana (16d), um furo central (16b) e um ressalto anelar (16c) em sua face superior (16d) voltada para o interior do forno (1), o resalto (16c) se posicionando entre a circunferência externa do bloco de conexão (7) e a superfície interna da sede (3).

6. Dispositivo para injeção de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que apresenta uma chapa de base (15) de formato anelar plano com pelo menos três pinos (19) dotados de rasgos para inserção de elementos de travamento (18), sendo a chapa de base (15) posicionada de modo concêntrico e externo ao subplugue (16).

7. Dispositivo para injeção de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que apresenta uma tampa (17) de formato anelar plano com um furo central e uma face plana (17a) para contato com a face inferior plana (16a) do subplugue (16), sendo que a tampa (17) é unida de modo destacável à chapa de base (15) por elementos de travamento (18, 19).

8. Dispositivo para injeção de gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os tubos de injeção (5) apresentam um diâmetro de aproximadamente 1 a 2 mm.

9. Dispositivo para injeção de gás, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os elementos de travamento (18) apresentam formato de cunha e incluem grampos de segurança (20).

10. Método para montagem de um dispositivo para injeção de gás, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, sendo que o método é caracterizado por incluir a combinação das seguintes etapas: soldagem da chapa de base (15) na parede externa ao redor da abertura do forno elétrico a arco (1), posicionamento de um primeiro segmento anelar de sede (3) na parede interna do lado interior da abertura do forno a arco (1), posicionamento dos demais segmentos anelares da sede (3), preenchimento de argamassa entre a sede (3) e o revestimento interior do forno a arco elétrico (1), posicionamento pelo lado externo do forno (1) do subplugue (16) sobre a tampa (17), inserção do subplugue (16) na abertura do forno a arco elétrico (1) e encaixe da tampa (17) nos pinos (19) da chapa de base (15), travamento da tampa (17) pela inserção dos elementos de travamento (18) em forma de cunha nos rasgos dos pinos (19) e fixação dos grampos de segurança (20); inserção pelo lado de dentro do forno a arco elétrico (1) do plugue (4) no furo anelar da sede (3), inserção de massa de socar entre o plugue (4) e a sede (3), e conexão de mangueiras de alimentação nos tubos de conexão de gás inerte (13) e de conexão de gás inerte adicional (14).

11.

Método para montagem de um dispositivo para injeção de gás, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a substituição do plugue (4) inclui adicionalmente a combinação das seguintes etapas: desconexão das mangueiras de alimentação nos tubos de conexão de gás inerte (13) e de conexão de gás inerte adicional (14), remoção da tampa (17) com retirada dos grampos (12) e elementos de travamento (18), pressão por dentro do forno (1) sobre o plugue (4) para sua remoção juntamente com o subplugue (16) pelo fundo do forno (1), substituição de segmentos da sede (3) no caso de desgaste, colocação do subplugue (16) juntamente com a tampa (17) pelo fundo do forno (1), fixação da tampa (17) com os elementos de travamento (18) em forma de cunha e colocação dos grampos de segurança (20), inserção do plugue (4) no forno (1) centralizado em relação à sede (3), e reconexão de mangueiras de alimentação nos tubos de conexão de gás inerte (13) e de conexão de gás inerte adicional (14).