BR102019024046A2

BR102019024046A2 - método para revestir fundo de panela de aço

Info

Publication number: BR102019024046A2
Application number: BR102019024046-6A
Authority: BR
Inventors: Haysler Apolinário Amoroso Lima; Vladnilson Peter De Souza Ramos; Hamilton Cesar Guimarães
Original assignee: Saint-Gobain do Brasil Produtos Industriais e para Construção Ltda.
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-25
Also published as: CA3158037A1; MX2022005894A; AR120603A1; WO2021092668A1; CN114761154A; EP4059633A1; JP2023501649A; EP4059633A4; KR20220098766A; US20220402022A1

Abstract

A presente invenção provê um método para revestir fundo de panela de aço compreendendo as etapas de posicionar um molde no fundo da panela de aço; fixar o molde por meio de um mecanismo de fixação; aplicar material refratário sobre o fundo da panela e abaixo do molde; aplicar uma carga sobre o molde; e retirar o molde do material refratário. A presente invenção é vantajosa pois possibilita um aumento do rendimento metálico de panelas e a redução de inclusões não metálicas, que são arrastadas normalmente pelo vórtice formado.

Description

MÉTODO PARA REVESTIR FUNDO DE PANELA DE AÇO

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a um método para revestir panela de aço com material refratário concreto por meio da utilização de um molde para acoplar no fundo da panela, permitindo a indução de linhas de fluxo característico para melhoria do escoamento, proporcionando uma alta taxa de esgotamento do aço e redução de fenômenos ligados ao vórtice e dreno reduzindo a passagem de escória. Assim, torna-se possível um aumento do rendimento metálico de panelas bem como a redução de inclusões não metálicas que são arrastadas normalmente pelo vórtice formado.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Durante o processo de fabricação de aço, o metal liquido é vazado do convertedor para uma panela de aço. A panela é um equipamento composto por uma carcaça metálica, revestido internamente com refratários para suportar altas temperaturas proveniente do aço líquido. O fundo da panela, composto por tijolos refratários, tem uma região para incidência do jato de aço (impacto), normalmente com uma espessura maior para suportar o desgaste, uma outra região contendo uma peça refratária com um plugue poroso para injeção de argônio para otimização do processo metalúrgico e uma outra região composta por sistema de controle de fluxo, contendo uma válvula gaveta que controla a passagem do aço. A válvula gaveta é composta por duas placas planas, contendo um furo, os quais alinhados permitem a passagem do aço.

[003] Além disso, a panela é submetida a tratamentos metalúrgicos para ajuste químico e térmico do aço. Em seguida, a panela é acoplada na torre do lingotamento e a válvula gaveta é aberta para permitir o escoamento do aço para dentro do distribuidor. Devido ao formato irregular do fundo da panela, parte do aço é retida no esvaziamento, o que não permite o escoamento integral do aço líquido para fora da panela. Dessa forma, o rendimento metálico é reduzido, já que este aço retido se torna sucata, que será reprocessada. Esse problema implica custos relacionados à gastos de energia e tempo.

[004] Outro problema que ocorre durante o escoamento da panela, é a formação do vórtice, que aumenta o tempo de lingotamento e permite a passagem de escória para dentro do distribuidor. Tem-se também a formação do fenômeno dreno, no final do lingotamento. O dreno, faz com que a escórias nos minutos finais do processo de escoamento, colapse impendido que o restante do aço escoe.

[005] Em vista disso, surge a necessidade do desenvolvimento de tecnologias que permitem o melhor escoamento do aço, garantindo um melhor rendimento metálico, redução de retrabalho e melhoria da qualidade do aço (inclusões).

[006] Diversas técnicas surgiram ao longo dos anos para conter parte deste problema fluidodinâmico. Dentre as várias propostas podemos destacar as mais conhecidas, sendo um referente a montagem escalonada de tijolos. Esta solução aplicada na maioria dos projetos melhora parte do problema, porém não é muito eficiente, pois cerca 1 a 4% do aço ainda fica retido. Esta solução consiste em ter degraus ao longo do fundo da panela, sendo o local de queda do aço proveniente do forno de fusão uma altura maior, e na região da válvula gaveta a região mais profunda.

[007] Uma outra solução comum adotada em algumas siderúrgicas é a inclinação da panela durante o lingotamento. Esta inclinação, permite esgotar muito mais o aço líquido, aumentando a altura da coluna de metal, evitando parte da sucção de escória sobrenadante. Esta solução não muito segura, pois necessita-se inclinar a panela através de um calço metálico, e também prejudica a manipulação do tubo longo que direciona o aço líquido para o distribuidor.

[008] Os documentos PI 0307454-4 e W02003072285A1 propõem uma nova solução para reduzir o metal retido no fundo da panela, e a redução da passagem de escória pelo sistema da válvula gaveta. A solução é composta por terraços com níveis diferentes da válvula gaveta que fica na parte mais inferior da panela. Estes terraços são descritos como horizontais, que tem a função de reter parte da escória sobrenadante. Abaixo dos terraços, temos fundos inclinados, que permite aumentar a coluna do metal liquido, fazendo com que ele preferencialmente escoe para a válvula gaveta. O local acima da válvula gaveta, chamado de poço serviria com um reservatório de metal liquido, aumentando o tempo de residência do metal na região, evitando o arraste de escória. A mesma solução, pode conter também um conjunto de vários chanfros, o qual descrito como encastelamentos. Este tipo de solução, também é descrita no documento US 5196051. Dessa forma, a formação do vórtice seria evitada. Entretanto, tais documentos não mostram estudos fluidodinâmicos que comprovem esta afirmação.

[009] O documento US 4746102 propõe um outro tipo de fundo de panela, basicamente uma rampa inclinada para o local da válvula gaveta. Esta solução permite esgotar bastante o metal liquido, entretanto, não garante a redução da passagem de escória durante o vazamento, devido ao arraste (vórtice) e efeito dreno.

[0010] Os documentos do estado da técnica não descrevem detalhadamente o processo de fabricação destes fundos, o que indica que as soluções já conhecidas consistem de peças pré-fabricadas e que são encaixadas no local.

[0011] As tecnologias já conhecidas pelo estado da técnica afirmam serem capazes de aumentar o rendimento metálico ou mesmo reduzir a passagem de escória, porém não mostram de forma cientifica (modelos em água ou numéricos) como isto pode ocorrer. Simplesmente propostas empíricas, baseados na interpretação dos fenômenos envolvidos. Ou seja, uma solução deste tipo, precisaria de mais resultados para garantir tais melhorias.

[0012] Portanto, o estado da técnica carece de uma solução capaz de proporcionar um revestimento de fundo de panela de aço capaz de melhorar o processo de fabricação de aço e que se seja de instalação prática e que possa ser realizada no local da operação. Além disso, o estado da técnica não apresenta uma solução capaz de proporcionar um revestimento de fundo de panela que possua o mesmo perfil característico por toda a sua vida útil.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0013] É um objetivo da presente invenção prover um método para o desenvolvimento de um revestimento de um fundo de panela monolítico (concreto refratário), através da utilização de um molde metálico, com perfil característico, visando melhorar o escoamento do aço líquido, permitindo um maior esgotamento do aço e reduzindo a passagem de escória.

[0014] É um outro objetivo da presente invenção desenvolver um revestimento compreendendo canais inclinados, conectando os pontos extremos da panela, direcionando o fluxo de forma suave para o sistema da válvula gaveta. A inclinação dos canais pode ser formada de maneira a formar perfis curvos ou retos. A inclinação dos canais permite a aceleração do fluxo de aço que auxilia na sustentação da escória no local da válvula gaveta e parte da quebra do vórtice.

[0015] Além disso, é um objetivo da presente invenção propor também a construção durante a moldagem do concreto no local, barreiras próximas ao sistema de válvula gaveta. Estas barreiras tendo a função de quebrar o movimento circular característico do vórtice. Estas barreiras aqui chamadas de “barbatanas”, seriam feitas durante a concretagem, ou feitas pré-fabricadas e inseridas no local.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[0016] De forma a alcançar os objetivos acima, a presente invenção provê um método para revestir fundo de panela de aço compreendendo as etapas de posicionar um molde no fundo da panela de aço; fixar o molde por meio de um mecanismo de fixação; aplicar material refratário sobre o fundo da panela e abaixo do molde; aplicar uma carga sobre o molde; e retirar o molde do material refratário.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0017] A FIGURA 1, mostra um corte da panela, com a solução proposta com os canais de escoamento característico.

[0018] A FIGURA 2, mostra o corte transversal do molde proposto, o qual temos um formato curvilíneo, preenchido parcialmente para compensar o empuxo.

[0019] A FIGURA 3, mostra o corte longitudinal do molde proposto, o qual verifica-se a inclinação do canal de escoamento e o sistema de acoplamento na válvula gaveta.

[0020] A FIGURA 4, mostra o sistema de apoio para o molde, o qual permite que o molde fique nivelado durante a aplicação da carga.

[0021] A FIGURA 5, mostra o sistema de anti-vórtice, os canais de escoamento característico e o detalhe da peça pré-moldada do impacto.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0022] A descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção, aplicada a um fundo de panela de aço. Entretanto, como ficará evidente para um técnico no assunto, a invenção não está limitada a uma modalidade particular, e tampouco a um método de revestimento de panela de aço específico.

[0023] A figura 1 apresenta uma ilustração de uma panela de aço utilizada durante o processo de fabricação de aço. A panela compreende um fundo de panela 1 que é formado por material refratário. Adicionalmente, a panela compreende uma sede da válvula 2 que é formada como uma válvula gaveta que permite o escoamento do aço.

[0024] Para realizar o revestimento do aço, é proposta a utilização de um molde 3, o qual é posicionado sobre o fundo da panela de aço 1. O molde 3 é posicionado de maneira a conectar pontos extremos da panela de aço ao sistema de válvula de gaveta 2. Dependendo da disposição da válvula de gaveta com relação às demais regiões da panela, o formato do molde pode variar, a fim de otimizar ao máximo e eliminar as zonas mortas que poderiam armazenar o aço na panela. Preferencialmente, o molde 3 é conformado por um perfil moldado possuindo formato curvo ou reto.

[0025] O molde 3 é então fixado para a realização do revestimento. Preferencialmente, o molde 3 é acoplado na sede de válvula 2, no fundo da panela de aço 1.

[0026] Em seguida, o material refratário 5 é aplicado sobre o fundo da panela 1 e preenchendo o espaço abaixo do molde 3, de maneira a conformar o revestimento de acordo com a presente invenção. Preferencialmente, o material refratário utilizado é concreto refratário.

[0027] De acordo coma a Figura 2, o molde 3 de acordo com a presente invenção, tem um formato tipo caixa, preferencialmente curvilíneo (10) que possibilita a evitar concentradores de tensões no concreto 5, entretanto o mesmo pode ser fabricado com quinas, tendo o formato tipo trapezoidal ou levemente inclinado nas bordas. O formato encurvado também ajuda na redução da perda de carga do escoamento nesta região.

[0028] Propõe neste molde 3 o preenchimento parcial do interior do molde que formar uma parte oca ou côncava com uma carga 4. A carga 4 podendo ser feita com o próprio concreto ou mesmo preenchido com o mesmo material do molde (aço, fibra, madeira etc.) dando peso na estrutura. Esta ação propicia a compensação da força de empuxo do próprio concreto 5 moldado. Como o molde 3 é feito no formato tipo caixa 10, ou seja, oco por dentro, o empuxo gerado seria muito forte, o que poderia quebrar o mecanismo de fixação do molde. Assim, é necessário calcular o volume parcial a ser preenchido 4, para garantir o equilíbrio das forças peso do molde em relação a força empuxo gerada pelo concreto.

[0029] De acordo com as Figuras 1 e 2, o molde 3 deverá ter uma inclinação para permitir o escoamento preferencial do aço por ele. O ponto zero do molde, ficaria o mais distante possível da sede, permitindo capturar o aço de zonas mortas. A partir do ponto zero, temos uma diferença de profundidade em relação a sede de válvula 2. Ou seja, temos dois níveis preferenciais da altura do concreto, gerado pelo perfil do molde 3, essa diferença de altura é que permite o escoamento pelo canal formado pelo molde 3, captando o aço de pontos distantes e gerando um fluxo preferencial pela válvula 2. O fluxo acelerado gerado, produz uma força de sustentação da escória por mais tempo, evitando o fenômeno do dreno.

[0030] Para melhorar a aplicação do material refratário e de conformação do fundo de panela é aço se faz necessário manter o molde fixo até a conformação do material refratário. Neste sentido, o método de acordo com a presente invenção proporciona a utilização de um mecanismo de fixação.

[0031] De acordo com a Figura 3, o molde 3 será fixado e travado na sede de válvula 2. No centro da válvula 2, é inserido um pino central 6, o qual acopla no molde 3, que através de um sistema de fixação 9 ficará travado para impedir a movimentação do molde 3 durante a concretagem.

[0032] Preferencialmente, conforme visto na Figura 4, o molde deverá ter um ponto de apoio 11 para evitar o esforço nas pontas do molde 3 devido ao peso gerado pelo balanceamento interno proporcionado pela carga 4. Preferencialmente, o ponto de apoio 11 é formado simplesmente por uma extensão ou projeção do corpo do próprio molde 3, com um olhal central para permitir passar um pino de apoio 12. Entretanto, o ponto de apoio pode ser formado por uma peça encaixada ou acoplada ao molde para permitir a fixação com o pino 12.

[0033] Adicionalmente, o pino 12 possui furos 13 que permitem a regulagem durante a fixação e preparação para aplicação do material refratário e o molde é apoiado no fundo da panela.

[0034] Ao terminar a concretagem, retira-se o pino de apoio 12, tomando o cuidado para vibrar o concreto, evitando espaços vazios. O sistema de regulagem de altura pode, alternativamente, qualquer outro sistema que possibilite o ajuste de altura, como por exemplo um sistema de rosca, o qual gira-se para elevar o molde.

[0035] Dessa forma, a presente invenção proporciona um método que permite uma instalação prática que pode ser aplicado diretamente em um fundo de panela de aço, possibilitando a melhoria durante o processo de fabricação de aço.

[0036] Alternativamente, a presente invenção pode ser utilizada também para fabricar uma peça pré-fabricada para ser utilizada como um fundo encaixado no local.

[0037] De acordo com a Figura 5, o molde 3 proposto, poderá ter um sistema de chanfros 14 próximos a sede de válvula 2. Este sistema, gera uma perturbação do escoamento evitando o vórtice. Conforme descrito no corpo da patente, o vórtice é um fenômeno fluidodinâmico que pode sugar a escória para dentro da válvula. O número de chanfros 14, parte de 1 a até mais pontos, preferencialmente até dois chanfros 14. Os chanfros, são formados durante a concretagem. Através de “calombos” no molde 3, o qual na parte de cima, tem uma espécie de escotilha 15, o qual podemos inserir o vibrador de concreto, garantindo uma boa moldagem.

[0038] A montagem deste sistema inicia-se com a liberação da panela 1 para reforma refratária. Em seguida é inserido por cima, através da ponte rolante, o molde especial 3, que irá acoplar na válvula 2. Fixa-se o sistema através do pino central 6 por intermédio do sistema de fixação 9. Ajusta-se o pino de apoio 12 através dos furos 13. Em seguida inicia-se a concretagem com o refratário escolhido 5 que irá preencher o fundo e acomodando no formato especial do molde 3. Para garantir uma perfeita conformação recomenda-se uso de vibradores manuais que densificam o concreto evitando buracos na estrutura.

[0039] A vantagem da presente invenção foi observada em experimentos em modelo físico em escala 1/8, o qual simulou-se o escoamento usando como fluido similar a água. Nota-se que o fluxo preferencial gerado pelos canais curvos, que no final do esvaziamento da água, observou-se uma força de sustentação que evitava o colapso da superfície (fenômeno do dreno). As linhas de fluxo normal puxam-se de várias direções, inclusive da superfície (escória). Ao criar as cavidades curvas no fundo, tem-se uma aceleração preferencial da periferia até a sede de válvula 2. Nos experimentos em modelo físico, usando água como fluido similar ao aço, comparou-se as duas configurações, fundo reto (atual) e o fundo proposto pela presente invenção. Através da análise do escoamento da água pela válvula, observou-se o momento da formação do fenômeno dreno. Neste instante, marca-se o volume de água retido na panela. O fundo proposto pela presente invenção obteve uma redução de 75% de volume de água retido na panela, o que repercutirá no ganho de rendimento metálico.

[0040] Outra vantagem da presente invenção, refere-se ao tipo de desgaste da superfície durante a operação da panela. Um problema observado em outras patentes descritas no corpo da patente, seria como garantir o mesmo design até o final de vida do revestimento refratário. O fato de ter cavidades curvas 10, observou-se uma preferência de escoamento nelas, durante os testes em modelo com água. O que pode gerar um desgaste preferencial nas cavidades e com isso manter sempre um formato curvo no fundo. Ou seja, este tipo de solução proposta aqui na invenção tenderá a manter a mesma função até no final de vida do revestimento.

[0041] A presente invenção poderá também contemplar também o uso de uma peça pré-moldada 16 na região do impacto conforme Figura 5. Esta peça tem uma elevação maior que o fundo, auxiliando o escoamento do aço. A mesma tem uma convexidade na borda, o que facilita o escoamento no final da panela e evita quebras devido a cantos vivos. A peça é feita previamente via moldagem em forma especial, curada e secada em ambiente controlado. Esta operação visa obter um pré-moldado de alta resistência para uso na região de impacto (maior solicitação mecânica).

[0042] Desse modo, a presente invenção proporciona um método de revestimento de fundo de panela de aço que permite a instalação capaz de melhorar o processo de fabricação de aço e que se seja de instalação prática e que possa ser realizada no local da operação.

[0043] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção da presente invenção são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações ou concretizações particulares acima descritas.

Claims

Método para revestir fundo de panela de aço caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
posicionar um molde (3) no fundo da panela de aço (1);
fixar o molde (3) por meio de um mecanismo de fixação;
aplicar material refratário (5) sobre o fundo da panela e abaixo do molde (3);
aplicar uma carga (4) sobre o molde (3); e
retirar o molde (3) do material refratário (5).
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material refratário é concreto refratário.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o molde possui uma inclinação e um perfil reto ou curvo.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de fixar o molde pelo mecanismo de fixação compreende apoiar o molde no fundo da panela e travar a estrutura para evitar movimentação durante a aplicação da carga.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a carga aplicada sobre o molde é formada pelo material refratário ou outro material cuja quantidade preencha o molde parcialmente para compensar o empuxo resultante do material refratário sob o molde.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de formar barreiras em torno de uma válvula de saída do fundo da panela durante a aplicação de material refratário.