BR112012023414B1

BR112012023414B1 - Sistemas de portas de escórias e métodos para a remoção de materiais de um forno metalúrgico usando os mesmos

Info

Publication number: BR112012023414B1
Application number: BR112012023414-5A
Authority: BR
Inventors: Valery Shver
Original assignee: Process Technology International, Inc.
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2019-04-24
Also published as: KR101819982B1; CA2792854A1; US20110227262A1; EP2547797A1; ES2475149T3; US8206642B2; MX2012010650A; WO2011115919A1; CA2792854C; BR112012023414A2; CN102971438A; EP2547797B1; CN102971438B; KR20130001729A

Abstract

sistemas de portas de escórias e métodos para a remoção de materiais de um forno metalúrgico usando os mesmos é revelada uma porta giratória de escória resfriada com líquido para fornalhas metalúrgicas. a porta de escória pode girar a partir de cima usando um ou mais mecanismos rígidos que permitem que a porta seja movida para dentro e parada em qualquer posição entre uma posição fechada e uma posição aberta. a porta de escória também pode incorporar muros de ala dispostos em grande proximidade aos lados da porta de escória. os muros de ala podem minimizar a infiltração de ar na fornalha quando a porta de escória estiver em uma posição aberta. a porta de escória pode ser disposta em grande proximidade ao coração da fornalha para eliminar problemas associados aos tuneis da porta de escória convencional. a porta de escória pode ser equipada com um aparelho de fornalha tal como um maçarico ou uma lança e pode ser usada para prover acesso ao interior da fornalha e para controlar o fluxo de material para fora da fornalha.

Description

SISTEMAS DE PORTAS DE ESCÓRIAS E MÉTODOS PARA A REMOÇÃO DE

MATERIAIS DE UM FORNO METALÚRGICO USANDO OS MESMOS [001] O presente pedido reivindica o benefício do pedido de patente norteamericano número US 12/724,657, depositado em 16 de março de 2010, e intitulado Porta Giratória de Escória, que é aqui incorporado como referência em sua totalidade conforme estabelecido abaixo.

Campo Técnico [002] As configurações da presente invenção se referem geralmente a portas de escória para fornalhas metalúrgicas, e especificamente a uma porta giratória de escória com proximidade melhorada à fornalha e muros de ala para reduzir a perda de calor da fornalha metalúrgica durante os ciclos de fusão.

Descrição do estado da técnica [003] As fornalhas de arco elétrico (EAFs) fazem aço usando um arco elétrico para fundir cargas de sucata de metal, metal quente, material com base em ferro, ou outros materiais colocados dentro da fornalha. As EAFs modernas também podem fazer aço através da fusão de ferro reduzido direto (DRI) combinado com metal quente a partir de um alto-forno. Adicionalmente à energia elétrica do arco, a energia química pode ser provida através de maçaricos auxiliares usando combustível e um gás oxidante para produzir produtos de combustão com um alto teor de calor para assistir o arco.

[004] Se a EAF for usada para fundir sucata, a carga de sucata é carregada colocando-a dentro da fornalha através da abertura do telhado a partir dos baldes, que também podem incluir carbono carregado e materiais de formação de escória. Um método de carregamento similar usando um cadinho para o metal quente a partir de um alto-forno pode ser usado junto com a injeção do DRI através de uma lança para produzir a carga. Adicionalmente, estes materiais podem ser adicionados através de outras aberturas na fornalha.

[005] Na fase de fundição, o arco elétrico e os maçaricos fundem a carga em uma piscina de fusão de metal, denominada uma fusão de carbono de ferro, que se acumula no fundo ou no coração da fornalha. Tipicamente, após um banho de fusão ter sido formado através da fusão de toda a sucata introduzida, a fornalha de arco elétrico entra em uma fase de refinamento e/ou descarburação. Nesta

Petição 870190000504, de 03/01/2019, pág. 12/20 fase, o metal continua a ser aquecido através do arco até que os materiais formando a escória combinem com impurezas na fusão de carbono de ferro e subam para a superfície como escória.

Antes de a fusão ser despejada para fora da fornalha, portanto, é necessário remover a escória e as impurezas da superfície da fusão. Também pode ser desejável tomar amostras para verificar, entre outras coisas, a química da fusão, carbono e níveis de oxigênio, e temperatura. Convencionalmente, isto é feito abrindo uma porta de escória localizada na parede lateral da fornalha. Devido ao seu design, no entanto, abrir uma porta de escória convencional permite que grandes quantidades de calor se irradiem da fornalha e quantidades significativas de ar frio do lado de fora se infiltrem na concha da fornalha, resultando em ciclos de fusão mais longos e custos de produção mais altos.

Adicionalmente, as portas de escória convencionais são geralmente montadas a alguma distância da parede lateral da fornalha e conectada a esta com um corredor ou túnel. Durante o ciclo de fusão e carregamento, fragmentos, escória e outros detritos podem se acumular no túnel da porta de escória. Para ganhar acesso a fusão para remover a escória ou testar a fusão, portanto, os detritos são removidos do túnel. Isto é feito abrindo a porta e usando um grande aríete instalado em um caminhão para empurrar os detritos para dentro da fusão. A porta é então fechada e é dado tempo adicional para que os detritos se tornem fundidos e incorporados na fusão. O tempo adicional necessário para fundir os detritos aumenta o tempo do ciclo de fusão e reduz a eficiência.

Adicionalmente aos riscos óbvios de abrir a porta de escória enquanto a fornalha está em operação, empurrar os detritos para dentro da fusão quente pode apresentar riscos adicionais. O primeiro risco, mais óbvio, é a possibilidade de que empurrando os detritos para dentro da fusão espalhará o metal derretido sobre os trabalhadores e/ou equipamentos causando danos e/ou lesões. Adicionalmente, durante a operação, a piscina de fusão na fornalha pode ser tornar estratificada. Em outras palavras, quando totalmente qualificada, a fusão pode conter camadas de aço com concentrações mais altas de carbono aprisionadas próximas ao fundo da fusão e camadas com concentrações mais altas de oxigênio aprisionadas próximas ao topo da fusão. Empurrar os detritos do parapeito da fornalha para dentro da fusão pode fazer com que estas camadas estratificadas se misturem rapidamente causando uma violenta reação conforme o carbono e o oxigênio se combinam e liberam dióxido de carbono. Isto pode criar um efeito do tipo fervura sobre agitação que apresenta um risco significativo aos trabalhadores e equipamentos.

Adicionalmente, alguns designs anteriores para portas de escória têm compreendidas portas suspensas sobre dobradiças montadas lateralmente. Após a remoção da escória, uma parte significante da escória pode se solidificar dentro e em torno do caminho da porta e túnel. Esta formação de escória pode tornar difícil ou impossível fechar completamente uma porta montada lateralmente devido ao fundo da porta de escória arrastar-se sobre a escória restante. Deixar a porta de escória aberta pode resultar em perdas significativas de calor conforme o sistema de exaustão da EAF retira ar frio do lado de fora através da porta de escória e para dentro da fornalha.

O que é necessário, portanto, é uma porta de escória configurada para ser montada o mais próximo possível à parede lateral da EAF. Isto pode reduzir ou eliminar o túnel entre a porta de escória e a soleira da fornalha. Isto, por sua vez, elimina a formação de escória e detritos no túnel, que deve ser limpo antes da remoção da escória ou teste. O que também é necessário é uma porta que pode ser fechada e substancialmente vedada apesar da presença da escória e/ou outros detritos sobre a soleira da porta. É para tal porta de escória que as realizações da presente invenção são principalmente direcionadas.

Breve descrição da invenção

É revelada uma porta de topo giratória de escória resfriada por líquido com muros de ala protetores. A porta pode ser montada em grande proximidade à parede lateral de uma fornalha metalúrgica, tal como uma fornalha de arco elétrico (EA), e assim não necessita de um túnel ou corredor conector. A porta pode girar a partir do topo usando um ou mais mecanismos de rotação rígidos, tal como, por exemplo e não limitação, um ou mais conjuntos de engrenagem de cremalheira e pino, transmissões, ou cilindros hidráulicos. A porta pode ser movida e parada em qualquer posição entre uma posição vertical fechada e uma posição horizontal aberta. A porta está posicionada em grande proximidade à parede lateral da fornalha eliminando o túnel de porta de escória tradicional.

A porta pode ser flanqueada através de muros de ala protetores. Os muros de ala podem compreender, por exemplo e não limitação, placas de ferro fundido, placas de grafite, e outros materiais resistentes ao calor. Em algumas realizações, os muros de ala podem ser resfriados com líquido e podem estar no mesmo ou em um circuito de resfriamento diferente conforme a porta de escória. Os muros de ala podem vedar substancialmente contra os lados da porta de escória para prevenir a perda excessiva de calor e a infiltração de ar na fornalha quando a porta é aberta. Os muros de ala também podem agir para canalizar a escória em um fluxo quando esta está sendo despejada para fora da fornalha.

A porta apresenta um mecanismo de rotação rígido que permite que a porta seja aberta e parada em qualquer posição entre a posição completamente fechada e a posição completamente aberta. Isto pode permitir que a porta seja parcialmente aberta, por exemplo, para remover a escória, pegar amostras de fusão, ou para observação e manutenção da fornalha. Em algumas realizações, a porta de escória pode ser usada para controlar o fluxo de escória fora da fornalha.

Devido ao design giratório da porta e muros de ala, a porta pode vedar substancialmente a fornalha apesar da escória ou outros obstáculos sobre a soleira ou parapeito da fornalha. Se existirem detritos suficientes sobre a soleira ou parapeito da fornalha para prevenir a porta de se mover da posição completamente fechada, o fundo da porta pode ser baixado de forma que se vede contra os detritos. A grande proximidade dos muros de ala aos lados da porta pode vedar substancialmente a porta nas laterais. Desta maneira, a porta de escória pode vedar substancialmente a abertura da fornalha, apesar de em uma posição parcialmente aberta.

Em algumas concretizações, uma extensão pode ser instalada sobre a abertura da fornalha entre a parede lateral e a porta para permitir que o sistema de porta de escória seja instalado. Em algumas concretizações, a extensão pode compreender um adaptador e um ou mais elementos laterais e pode utilizar a soleira existente sobre a fornalha. A extensão pode permitir que a porta de escória reta seja adaptada à parede lateral arredondada da EAF. Em algumas concretizações, a extensão pode ser instalada do lado de fora da parede lateral da EAF, de forma que confine a superfície externa da parede lateral. Em outras realizações, a extensão pode se estender para dentro da fornalha, de forma que seja substancialmente igual à superfície interna da parede lateral.

As concretizações da presente invenção também podem compreender um método para prover o sistema de porta de escória sobre uma fornalha. O método pode compreender colocar um ou mais pilares sobre ambos os lados de uma abertura na parede lateral da fornalha. Um eixo pode ser acoplado giratoriamente aos pilares para prover um ponto de montagem para a porta de escória. Uma borda do topo da porta de escória pode então ser acoplada ao eixo. Um sistema de transmissão pode ser provido para girar a porta de escória entre uma primeira posição e uma segunda posição. Em algumas concretizações, o sistema de transmissão pode permitir que a porta seja parada em qualquer posição entre a primeira posição e a segunda posição.

Os muros de ala podem ser instalados de forma que sejam substancialmente perpendiculares a porta de escória. Os muros de ala podem ser instalados de forma a confinar substancialmente a parede lateral da fornalha. Os muros de ala também podem confinar substancialmente os lados da porta de escória. Desta maneira, os muros de ala podem vedar substancialmente contra a parede lateral da fornalha e as laterais da porta de escória. Isto pode reduzir a quantidade de ar frio entrando na fornalha quando a porta de escória é aberta.

As concretizações da presente invenção também podem compreender um método de usar o sistema de porta de escória. A porta de escória pode ser usada para controlar o fluxo fora da fornalha ao remover a escória da fornalha ou remover a carga da fornalha. Em algumas concretizações, um maçarico pode ser montado na porta de escória e pode ser usado após o processo de remoção de escória para remover qualquer escória ou detrito deixado na soleira. A limpeza da soleira pode permitir que a porta retorne para a posição completamente fechada.

Os objetivos anteriores e outros, características, aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão mais aparentes a partir da descrição detalhada a seguir da presente invenção quando tomada em conjunto com os desenhos acompanhantes.

Descrição resumida dos desenhos

A Fig. 1a representa uma vista perspectiva frontal de um sistema de porta 5 giratória de escória instalado em uma fornalha, de acordo com algumas concretizações da presente invenção.

A Fig. 1b representa uma vista frontal detalhada do sistema de porta de escória da Fig. 1a, de acordo com algumas concretizações da presente invenção.

A Fig. 2a representa uma vista cruzada seccional do sistema de porta de 10 escória da Fig. 1a em uma posição fechada, de acordo com algumas concretizações da presente invenção.

A Fig. 2b representa uma vista cruzada seccional do sistema de porta de escória da Fig. 1a em uma posição aberta, de acordo com algumas concretizações da presente invenção.

A Fig. 2c representa uma vista cruzada seccional do sistema de porta de escória da Fig. 1a fechado e vedado contra o detrito sobre a soleira da porta, de acordo com algumas concretizações da presente invenção.

A Fig. 3a representa uma vista seccional cruzada do sistema de porta de escória da Fig. 1a em uma posição parcialmente aberta, de acordo com algumas concretizações da presente invenção.

A Fig. 3b representa uma vista lateral perspectiva do sistema de porta de escória da Fig. 1a instalada sobre uma fornalha, de acordo com algumas concretizações da presente invenção.

A Fig. 3c representa uma vista lateral perspectiva de um adaptador para 25 instalar o sistema de porta de escória da Fig. 1a, de acordo com algumas concretizações da presente invenção.

A Fig. 4 representa uma vista frontal do sistema de porta de escória da Fig. 1a incluindo uma concretizações do sistema de transmissão, de acordo com algumas realizações da presente invenção.

A Fig. 5 representa uma vista lateral cruzada seccional da concretização do sistema de transmissão da Fig. 4, de acordo com algumas concretizações da presente invenção.

Descrição detalhada

As concretizações da presente invenção são dirigidas para uma porta de escória resfriada com líquido de circulação de topo para fornalhas metalúrgicas. A porta de escória pode ser flanqueada em ambos os lados através dos muros de ala. Os muros de ala podem ser resfriados com líquido, refratário, ferro fundido, grafite, ou outro material resistente a calor e podem vedar substancialmente contra os lados verticais da porta de escória para minimizar a perda de calor e a infiltração de ar dentro da fornalha (isto é, transferência de calor) quando a porta está aberta ou parcialmente aberta. A porta de escória pode estar posicionada em grande proximidade ao coração da fornalha, eliminando o túnel conector convencional para a porta de escória.

Em algumas concretizações, a porta pode ser girada usando um mecanismo giratório rígido, tal como, por exemplo, e não limitação, um ou mais conjuntos de engrenagem cremalheira e pino. O mecanismo giratório pode permitir que a porta seja aberta e fechada eficazmente, e pode permitir que a porta seja parada e/ou travada no lugar em muitas posições entre a posição completamente fechada e a posição completamente aberta. Isto pode permitir que a porta possa ser parcialmente aberta para remover escória da fornalha, por exemplo, ou completamente aberta e consertar a fornalha quando necessário.

As concretizações da presente invenção podem ser entendidas mais prontamente com referência à descrição detalhada a seguir e os exemplos incluídos aqui. Antes de as concretizações da presente invenção serem reveladas e descritas, deve ser entendido que esta invenção não é limitada às concretizações descritas dentro desta revelação. Numerosas modificações e variações ficarão aparentes aos técnicos no assunto enquanto permanecendo dentro do escopo da invenção. Também deve ser entendido que a terminologia usada aqui é para descrever somente concretizações específicas, e não é destinada a ser limitativa.

Exceto se notado de outra forma, os termos usados aqui devem ser entendidos de acordo com o uso convencional pelos técnicos no assunto da técnica relevante. Os materiais descritos aqui conforme formando diversos elementos da invenção são destinados a serem ilustrativos e não restritivos. Muitos materiais adequados que desempenhariam a mesma função ou similar assim como os materiais descritos aqui são destinados a estarem incluídos dentro do escopo da invenção. Tais outros materiais não descritos aqui podem incluir, entre outros, materiais que são desenvolvidos após o tempo de desenvolvimento da invenção, por exemplo.

Existem muitos tipos de portas de escória para fornalhas metalúrgicas com uma variedade de configurações. Convencionalmente, as portas de escória não têm sido particularmente eficazes em seu design, fabricação, ou operação. Esta ineficácia pode resultar de ambos os designs simplistas e designs muito complicados.

Por exemplo, algumas portas de escória anteriores simplesmente sendo duas portas giratórias laterais com um mecanismo de engate no meio. As portas são geralmente revestidas com um material refratário e podem ser resfriadas com líquido para resistência adicional ao calor. Este design giratório lateral funciona bem o suficiente para vedar a fornalha na posição fechada. No entanto, não tem provisões para travar seguramente a porta em uma posição parcialmente aberta. Em outras palavras, a porta pode ser travada na posição fechada e pode ser travável em uma posição aberta, mas as portas geralmente não podem ser travadas em uma posição aberta parcialmente para permitir a remoção de escória ou amostragem da fusão enquanto diminui a transferência de calor.

Outros tipos de portas de escória da EAF convencional compreendem uma porta disposta em um ângulo de aproximadamente entre 3 e 5 graus e montadas nos canais de guia na extremidade do túnel. A porta pode ser elevada por cilindros hidráulicos ou motores hidráulicos ou elétricos acoplados nas correntes ou roldanas. As portas podem ser resfriadas com líquido ou revestidas com refratário para resistência ao calor. Estes tipos de portas de escória não têm provisões, no entanto, para travar seguramente a porta em qualquer posição aberta, fechada, ou parcialmente aberta - durante a operação. Normalmente, as portas cfe escória são completamente abertas para amostragem ou escoamento da escória e completamente fechadas durante a fusão da sucata.

Estes tipos de portas também pode ser difíceis de fechar após a remoção da escória ser finalizada. Após a escória ser despejada para fora da piscina de fusão (isto é, fora da fornalha) durante o processo de remoção da escória, alguma escória e/ou detrito inevitavelmente permanece sobre a soleira da porta. Se o fundo da porta é montado de forma que esteja muito próximo da soleira, por exemplo, pode ser difícil ou impossível fechar a porta devido à interferência com a escória e/ou detritos formados sobre a soleira. Por outro lado, deixando espaço suficiente entre o fundo da porta e a soleira para prevenir este problema resulta na vedação ruim da fornalha quando a porta está fechada.

Conforme mencionado acima, a solução usual para este problema é usar um caminhão, uma empilhadeira, ou um aríete montado sobre trilhos para limpar os detritos da soleira e fechar a porta hermeticamente. Esta operação cria condições inseguras de trabalho e causa atrasos desnecessários na operação da fornalha.

Os esforços anteriores para solucionar estas questões têm resultado em mecanismos muito complicados. Isto pode resultar em uma porta de escória excessivamente fechada, cara para fabricar e difícil de manter. As portas de escória têm sido equipadas com, por exemplo, braços maciços montados sobre o chão adaptados para balançar a porta aberta. Vide, por exemplo, o Pedido de Patente Internacionai No. W02006/016201 A1 de Jean, et al. As portas de escória também têm sido equipadas com complicados braços articulados para controlar a via da porta conforme abre e fecha. Vide, por exemplo, a patente japonesa No. 60-194015 de Itsuo, et al. Estes designs necessitam de investimentos iniciais substanciais e manutenção significativa devido a suas naturezas complexas. Os designs convencionais também não fornecem a habilidade de controlar o fluxo do material fundido fora da fornalha usando uma porta de escória parcialmente aberta.

O que é necessário, portanto, é uma porta de escória com um design rígido e eficaz. A porta de escória deveria utilizar um mecanismo seguro e robusto que a permite ser aberta e fechada rapidamente e eficazmente e ser posicionada e/ou travada em uma variedade de posições. A porta também deve minimizar as perdas de calor para o ambiente e infiltração de ar para dentro da fornalha quando a porta está aberta ou parcialmente aberta. A porta de escória deve ser posicionada em grande proximidade e no vértice do coração da EAF. O sistema de porta de escória deve permitir o reequipamento nas fornalhas existentes, bem como em novas fornalhas, é para tal porta de escória que as realizações da presente invenção são principalmente dirigidas.

Agora em referência as figuras, conforme mostrado na Fig. 1a, as concretizações da presente invenção são direcionadas para um sistema de porta de escória 100 para uma fornalha metalúrgica 102. O sistema de porta de escória 100 pode compreender uma porta de escória 105, um ou mais muros de ala 110, um mecanismo giratório 115, um sistema de resfriamento 120, um sistema de transmissão 122, e um sistema de suporte 125. O sistema de porta de escória 100 pode ser adaptado e instalado nas aberturas da porta de escória existentes e pode, por exemplo, utilizar a soleira existente 130 da fornalha 102. Em outras concretizações, o sistema de porta de escória 100 pode ser usado na construção de novas fornalhas metalúrgicas 102.

Em algumas concretizações, conforme mostrado na Fig. 1b, a porta de escória 105 pode ser construída de aço, ou outro material adequado e, em algumas concretizações, pode ser revestida com um material com uma alta resistência ao calor. Em uma concretização exemplar, a porta de escória 105 pode ser revestida em um ou ambos os lados com, por exemplo, e não limitação, cobre. Em algumas concretizações, a porta de escória 105 pode compreender um ou mais painéis separados para permitir que painéis danificados sejam substituídos separadamente.

O sistema pode compreender um sistema de resfriamento 120. A porta de escória 105 pode ter múltiplas passagens de refrigerante 124 para prover o resfriamento para a porta de escória 105 durante a operação da fornalha. Em algumas realizações, a água de resfriamento pode fluir através do eixo 115 para fornecer água de resfriamento para a porta de escória 105 através de uma ou mais mangueiras do sistema de resfriamento 140, e pode retornar água aquecida a partir da porta de escória 105 através de uma ou mais mangueiras de sistema de resfriamento 140. O eixo 115 pode compreender ainda um ou mais compartimentos internos para permitir que o fornecimento de água seja segregado a partir da água de retorno. Por exemplo, o eixo 115 pode ter um anteparo central 116 (denotado pelas linhas pontilhadas), que divide a parte interna do eixo 115 substancialmente na metade. Desta forma, a água de resfriamento pode fluir para dentro de um primeiro lado 115a do eixo 115, circular e resfriar a porta de escória 105, e retornar através de um segundo lado 115b do eixo 115. Obviamente, a direção do fluxo de água é imateríal, e outros padrões de fluxo são contemplados.

Em algumas concretizações, a porta de escória 105 pode compreender ainda longarinas de porta 150 que podem reforçar e enrijecer a porta de escória 105. As longarinas de porta 150 podem estar em comunicação fluida com o eixo 115. Em algumas concretizações, uma das longarinas da porta 150 pode agir como um tubo de distribuição do suprimento de água de resfriamento do eixo 115 para a porta de escória 105 através de uma ou mais mangueiras do sistema de resfriamento 140. A outra longarina da porta 150 pode agir como um tubo de distribuição de retorno da água e retorna água quente a partir da porta de escória 105 para o eixo 115 para resfriar, reciclar ou eliminar, conforme necessário. Novamente, o padrão exato do fluxo para o sistema de resfriamento é imaterial para as concretizações da presente invenção, e outros padrões de fluxo são contemplados.

A água de resfriamento pode ser distribuída para passagens de refrigerante 124 na porta de escória 105 através de uma ou mais mangueiras do sistema de resfriamento 140. Em algumas concretizações, as mangueiras do sistema de resfriamento 140 podem compreender um material resistente ao calor adequadamente tal como, por exemplo e não limitação, linhas trançadas de aço inoxidável, silicone ou linhas Viton®. As mangueiras do sistema de resfriamento 140 podem prover conexões suficientemente flexíveis entre o eixo 115 e os pontos fixados sobre a fornalha, tal como os muros de ala 110 e o sistema de suporte 125, para permitir que a porta de escória 105 seja aberta e fechada.

Em algumas concretizações, as passagens de refrigerantes 124 podem ser internas à estrutura da porta de escória 105 e pode resfriar as superfícies da porta de escória 105. Em algumas concretizações, as passagens de refrigerante 124 podem ter um padrão de serpentina e pode cobrir uma parte substancial da superfície da porta de escória 105. Em outras concretizações, o padrão para as passagens de refrigerante 124 podem ser alteradas para atender as necessidades das fornalhas específicas 102. As passagens de refrigerante 124 podem, por exemplo, serem fundidas dentro da estrutura da porta de escória 105. Em algumas concretizações, a porta de escória 105 pode ser construída a partir de partes de componente de forma que as passagens de refrigerante 124 compreendem canos equipados dentro da concha da porta de escória 105. Após fluir através da porta de escória 105, o refrigerante pode retornar através das mangueiras do sistema de refrigeração 140 para a longarina da porta 150e então na parte de retorno do eixo 115 (por exemplo, o primeiro lado 115a ou o segundo lado 115b do eixo 115).

Em algumas concretizações, o sistema de porta de escória 100 podem simplesmente ter um reservatório de refrigerante com capacidade suficiente para atender as necessidades de refrigeração do sistema de porta de escória 100. Em algumas concretizações, o refrigerante pode sair da porta de escória 105 através do segundo lado 115b do eixo 115 e pode ser resfriado usando um método adequado, tal como um permutador de calor, e retornado para a porta de escória

115 através do primeiro lado 115a para formar um sistema de resfriamento de curva fechada. Em uma concretização preferida, o refrigerante pode ser resfriado usando uma torre de resfriamento. O sistema de resfriamento 120 também pode ser usado para produzir água quente ou vapor para uso em outros processos. Uma variedade de fontes adequadas para resfriar a água está disponíveis e outras configurações são contempladas.

O sistema de porta de escória 100 pode compreender ainda um ou mais muros de ala 110. Os muros de ala 110 podem ser conectados a um sistema de resfriamento autônomo ou podem ser conectados ao mesmo sistema de resfriamento 120 conforme a porta de resfriamento 105 e pode estar em comunicação fluida com uma ou mais mangueiras do sistema de resfriamento 140 sobre a porta de escória 105. Similar à porta de escória 105, os muros de ala 110 podem compreender uma ou mais passagens de refrigerante (não mostradas) para fornecer refrigeração para os muros de ala 110. Em outras concretizações, os muros de ala 110 podem estar em um sistema de refrigeração separado.

As demandas de refrigeração para os muros de ala 110 podem variar dramaticamente dependendo, entre outras coisas, da quantidade de tempo que a porta de escória 105 está aberta, a temperatura do interior da fornalha 102, e o ciclo atual da fornalha. Em algumas concretizações, portanto, o sistema de porta de escória 100 pode utilizar uma válvula termostática, ou outros meios, para regular o fluxo de refrigerante através dos muros de ala 110. Então, por exemplo, quando a porta de escória 105 está fechada, o fluxo de refrigerante pode ser reduzido para os muros de ala 110 devido a uma parte substancial do muro de ala 110ser protegida do calor da fornalha 102 através da porta de escória 105. Quando a porta de escória 105 está parcialmente aberta ou completamente aberta, por outro lado, o fluxo de refrigerante para os muros de ala 110 pode ser aumentado. Isto pode permitir que o lado do sistema de refrigerante 120 seja reduzido de alguma maneira adaptando o fluxo de refrigerante a demanda de refrigeração.

Os muros de ala 110 podem ser posicionados de forma que confinem substancialmente os lados verticais da porta de escória 105 e a abertura da fornalha. Os muros de ala 110 podem estar tocando, ou podem ser dispostos em grande proximidade aos lados da porta de escória 105. A distância exata entre os muros de ala 110 e a porta de escória 105 pode variar dependendo, entre outras coisas, do tamanho da fornalha e a localização da instalação. Independente da posição da porta de escória 105, no entanto, os muros de ala 110 podem ser dispostos em grande proximidade suficientemente aos lados da porta de escória 105 para reduzir grandemente a infiltração de ar e a perda de calor da fornalha. Em outras palavras, quando a porta de escória 105 esta aberta, ou parcialmente aberta, os muros de ala 110 ocupam o espaço entre a porta de escória 105 e a parede lateral da fornalha 102.

Conforme mostrado na Fig. 2a, quando a porta de escória 105 está na posição fechada, a porta de escória 105 pode vedar substancialmente (isto é, pequenos espaços podem existir) contra a soleira 130, o topo da moldura da porta 210, e os muros de ala 110 em ambos os lados. Em algumas concretizações, a parte superior 108 da porta de escória 105 pode compreender múltiplos canos de refrigeração, similar na construção da parede lateral da fornalha 102, enquanto a parte inferior 106 da porta de escória 105 pode ser, por exemplo e não limitação, um bloco de ferro fundido ou cobre resfriado a água com múltiplas passagens de refrigerante 107. Em algumas concretizações, o bloco 106 pode compreender um material com um alto coeficiente de transferência de calor, tal como, por exemplo e não limitação, cobre, alumíniobronze, ou bronze. Adicionalmente, o bloco 106 pode ter múltiplas passagens de refrigerante 107 para fornecer refrigeração extra. Em uma concretização alternativa, o bloco 106 pode compreender suplementos resistentes ao calor compreendendo, por exemplo e não limitação, grafite, ou outro material refratário.

Em uso, se o nível de escória é mais alto que o peitoril 112 da fornalha 102 (isto é, o ponto mais alto do parapeito da fornalha), a parte do fundo 106 da porta de escória 102. Pode reter a escória dentro da fornalha 102. A parte de fundo 106 da porta de escória 105 pode ter resistência suficiente ao calor, fornecido pelo seu material e/ou transferência suficiente de calor através de passagens de refrigerante 107, para suportar o calor da escória. Em uma realização exemplar, a parte de fundo 106 da porta de escória 105 pode ser substituível para minimizar os custos de manutenção.

Conforme mostrado na Fig. 2b, na posição aberta, os lados da porta de escória 105 pode confinar substancialmente os muros de ala 110 e o topo da porta pode vedar substancialmente contra o topo da moldura da porta 210. A posição completamente aberta é usada principalmente para manutenção e observação da fornalha 102 quando a fornalha 102 está no modo de energia desligado. Quando a fornalha 102 é desligada, os trabalhadores podem colocar a porta de escória 105 na posição aberta para inspecionar a fornalha 102 e o equipamento na fornalha e para realizar a manutenção e limpeza conforme necessário.

Conforme mostrado na Fig. 2c, o design da porta de escória 105 permite que a porta seja fechada e amplamente vedada mesmo quando existem detritos 250 no parapeito 113 ou soleira 130 da fornalha 102. Se os detritos 250 não podem ser removidos antes do fechamento da porta de escória 105, a porta de escória 105, pode simplesmente ser fechada até o fundo 106 da porta de escória 105 entra em contato com os detritos 250. O espaço triangular criado entre os lados da porta de escória 105 e a fornalha 102 é ocupado pelos muros de ala

110, enquanto o fundo 106 é abaixado até que toque os próprios detritos 250. Isto deixa somente um pequeno espaço entre o fundo da porta de escória 105 e o parapeito da fornalha devido aos detritos 250. Desta maneira, a fornalha 102 pode ser essencialmente vedada apesar de a porta de escória 105 estar em uma posição parcialmente aberta.

Conforme mostrado na Fig. 3a, quando a porta de escória 105 está em uma posição parcialmente aberta, os muros de ala 110 minimizam o tamanho da abertura criado entre os lados da porta de escória 105 e a fornalha 102. Desta maneira, é possível abrir parcialmente a porta de escória 105 para, por exemplo, e não limitação, remover a escória, adicionar químicos, ou tomar amostras da fusão, sem infiltração de ar excessiva ou transferência de calor da fornalha 102. Isto pode reduzir a perda de calor do a partir do lado de fora o ar sendo puxado para dentro da fornalha 102 através do sistema de exaustão da fornalha, por exemplo, através da porta de escória aberta 105. A redução das perdas de calor aumenta a eficácia da fornalha e reduz o tempo necessário para finalizar a fusão após a porta de escória 105 estar fechada. A habilidade para abrir parcialmente a porta de escória 105 também reduz a exposição dos operadores da fornalha ao calor excessivo e espalhamento ou estalos perigosos da fusão, melhorando a segurança. Conforme discutido abaixo, a porta de escória parcialmente aberta 105 também pode ser usada para controlar o fluxo de material (por exemplo, escória) para fora da fornalha durante a remoção de escória.

Em algumas concretizações, os muros de ala 110 pode somente confinar a parte da porta de escória 105 mais próxima da fornalha 102. m outras realizações, os muros de ala 110 podem ser estendidos para cobrir substancialmente todo o lado da porta de escória 105, independente da posição da porta. Em algumas realizações, o fundo 305 do muro de ala 110 pode ser delineado para seguir substancialmente o contorno da soleira externa 130 da fornalha 102. Desta maneira, os muros de ala 110 podem direcionar a escória conforme é despejada para fora da fornalha 102 durante a remoção da escória, canalizando-a para o recipiente desejado, tal como um pote de escória, e pode prevenir o espalhamento e derramamento excessivo.

Em algumas concretizações, a porta de escória 105 também pode ser usada para controlar o fluxo de escória para fora da fornalha 102 durante o processo de remoção de escória. Se, por exemplo, o nível de escória na fornalha 102 estiver acima do peitoril 112 da fornalha 102, a porta de escória 105 pode ser parcialmente aberta para produzir um espaço menor que o nível da escória para controlar o fluxo para fora da fornalha 102. A vazão da escória para fora da fornalha 102 é controlada através do tamanho da abertura na parede lateral 380 na fornalha 102, que, por sua vez é controlada através da posição da porta de escória 105. Em outras palavras, a distância do fundo da porta de escória 105 para o parapeito 113 e os muros de ala 110 pode definir o tamanho da abertura e, desta forma, definirem a vazão da escória para fora da fornalha 102. Similarmente, quando o nível de fusão está abaixo da soleira 130 da fornalha, a porta de escória 105 acoplada com o ângulo de inclinação da fornalha 102 pode ser usada para controlar o fluxo fora da fornalha 102 durante a remoção da escória.

Em algumas concretizações, uma parte dos muros de ala 110 podem ser cobertos em um material com alto coeficiente de transferência de calor, tal como, por exemplo, cobre. O uso de tal material pode manter uma temperatura relativamente baixa sobre a superfície dos muros de ala 110. Desta maneira, durante a remoção de escória, quando a escória se espalha contra os muros de ala 110, é rapidamente resfriada, o que tende a prevenir a aderência e pode tornar a escória ou material fundido quebradiço e mais facilmente removido. Em algumas concretizações, este material pode ser usado somente sobre a parte inferior dos muros de ala (isto é, a parte mais exposta à escória e metal fundida despejado fora da fornalha) para reduzir custo.

Em algumas concretizações, uma parte ou todos os muros de ala 110 podem ser cobertor em um material com um alto coeficiente de resistência ao calor. Os muros de ala 110 podem compreender, por exemplo e não limitação, grafite, ferro fundido, ou um refratário não aderente. Isto pode permitir que a escória seja mais facilmente removida dos muros de ala 110 e as bordas da porta de escória 105.

Em algumas concretizações, a porta de escória 105 pode compreender ainda um aparelho de fornalha 170. O aparelho de fornalha 170 pode ser, por exemplo e não limitação, um maçarico, uma lança (por exemplo, uma lança de oxigênio), um químico ou injetor de partícula, ou uma combinação destes. Na posição fechada, o aparelho 170 pode ser usado, por exemplo e não limitação, para adicionar energia térmica (maçarico), para descarburizar (lança de oxigênio), ou para adicionar químicos ou recarburizar (injetor de químico) a fusão. Montar o aparelho de fornalha 170 na porta de escória 105 pode ser útil, particularmente para um maçarico 170, conforme a porta de escória 105 pode causar alguma perda de calor quando comparada a parede de fornalha mesmo quando fechada e obviamente causa a perda de calor substancial quando aberta (apesar de substancialmente menos que designs anteriores). O aparelho de fornalha 170 pode ser disposto na porta em um ângulo, de forma que o ângulo de expulsão do aparelho de fornalha limpa o peitoril 112 da fornalha 102. Em algumas concretizações, o aparelho de fornalha 170 pode ser disposto em um ângulo de entre aproximadamente 30 e 50 graus a partir da horizontal.

Adicionalmente, um maçarico 170 pode ser usado para limpar os restos da porta de escória 105. A fornalha 102 é geralmente carregada com sucata a partir de cima e, como um resultado, partes da carga podem vir a permanecer inclinadas contra a porta de escória 105. Um maçarico 170 disposto na porta de escória 105 pode ser usado para fundir a sucata para longe da frente da porta de escória 105, enquanto adicionando simultaneamente a energia química a fusão.

Em algumas concretizações, o aparelho de fornalha 170 também pode ser funcional quando a porta de escória 105 está em uma posição parcialmente aberta ou aberta. No caso de um maçarico 170, isto pode ser útil para manter o fluxo de escória fora da fornalha 102 com a adição do calor para tornar a escória mais líquida. O maçarico 170 também pode ser usado com a porta de escória 105 na posição parcialmente aberta para limpar qualquer escória remanescente e/ou detritos fora da soleira da porta de escória 170 para auxiliar no fechamento e vedação da porta de escória 105 no fundo. Devido à porta de escória 105 ser posicionada substancialmente no vértice do peitoril 112 da fornalha 102, qualquer escória remanescente tende a correr dentro ou fora da fornalha 102 quando aquecida. Isto reduz a quantidade de escória e detritos que se acumulam na via do movimento para a porta de escória 105.

Conforme mostrado na Fig. 3b, as fornalhas metalúrgicas 102 são geralmente redondos e são construídos com paredes resfriadas a água 380 apoiadas por uma superestrutura externa 382. A superestrutura 382 pode compreender uma série de colunas 384 e tubos de água em formato de anel 386 dispostos no lado de fora da parede lateral 380. Em algumas configurações, no entanto, pode ser difícil instalar a porta de escória 105 substancialmente reta e mecanismos associados, contra a parede lateral arredondada 380 da fornalha

102.

Conforme mostrado na Fig. 3a e um maiores detalhes na Fig. 3c, para vedar a porta de escória 105 contra a parede lateral 380, a moldura superior da porta 210 pode compreender um adaptador 330 para transicionar o sistema de porta de escória 100 e a parede lateral 380 da fornalha 102. O adaptador 330 pode corresponder substancialmente à curva do lado de fora da parede lateral 380 em um lado 330a e ser reta no outro lado 330b. Desta maneira a porta de escória substancialmente reta 105 pode ser vedada a parede lateral curvada 380 da fornalha. O adaptador 330 pode ser resfriado com líquido ou refratário e pode ser, por exemplo e não limitação, soldado ou aparafusado no lugar.

Em algumas concretizações, os muros de ala 110 podem confinar o lado de fora da parede lateral 380 da fornalha 102 e pode, ser instalados nivelados com ou levemente fora da abertura da porta. Nesta configuração, a parede lateral 380 da fornalha forma os lados da abertura da porta. A abertura pode ser formada cortando uma abertura na parede lateral 380 da fornalha 102 para a porta da escória 105 abrindo e vedando novamente os canos de resfriamento da parede lateral 380 conforme necessário. Em uma concretização alternativa, toda uma parede lateral 380 resfriando o painel na localização desejada pode ser removida e um painel de resfriamento customizado fabricado com a abertura desejada para a porta da escória 105.

Em outras concretizações, conforme mostrado nas Figs. 2a-2c, os muros de ala podem se estender parcialmente para dentro da fornalha 102, de forma que os muros de ala 110 são substancialmente niveladas com o interior das paredes laterais da fornalha 380. Conforme mostrado na Fig. 2b, em algumas concretizações, os muros de ala 110 podem compreender um painel principal 110a e um painel de extensão 110b. Conforme mostrado na Fig. 2c, o muro de ala 110 pode ser um painel unitário posicionado nivelado com o interior da parede lateral 380 da fornalha 102. Nesta configuração, os muros de ala 110 podem necessitar substancialmente de mais capacidade de resfriamento devido aos muros de ala 110 serem diretamente expostos ao interior da fornalha 102, mas isto pode facilitar a instalação em algumas configurações de fornalha 102.

Conforme mostrado na Fig. 4, em algumas concretizações, o sistema de porta de escória 100 pode compreender ainda um sistema de transmissão 122. O sistema de transmissão 122 pode prover um meio para girar a porta de escória 105 entre uma primeira posição fechada (representada) e uma segunda posição aberta. O sistema de transmissão 122 também pode permitir que a porta de escória 105 seja parada e/ou travada em muitas posições entre a primeira e a segunda posição. Desta maneira, a porta de escória 105 pode ser parada em uma variedade de ângulos entre a primeira posição e a segunda posição.

Em uma concretização preferida, mostrada nas Figs. 4 e 5, o sistema de condução 122 pode compreender um ou mais cilindros hidráulicos 410 equipados com um conjunto de engrenagem de cremalheira e pino 405. Em algumas realizações, a parte da cremalheira 515 do conjunto de engrenagem 405 pode ser acoplada destacavelmente a haste do pistão 510 do cilindro hidráulico 410. A engrenagem de pino 520 pode ser acoplada ao eixo da articulação 525 da porta de escória 105. Nesta configuração, as hastes do pistão 510 agem uma contra a outra (isto é, para mover a porta em uma direção, um pistão está se estendendo enquanto o outro está se retraindo). O sistema de transmissão 122 provê redundância, conforme cilindros hidráulico 410 teriam que falhar em tornar o sistema de transmissão 122 inoperante e/ou para a porta de escória 105 mudar da posição fechada para uma posição aberta. Isto melhora a segurança do sistema de porta de escória 100 e previne o movimento não pretendido da porta de escória 105 devido a falhas do sistema.

Em algumas concretizações, ambos os cilindros hidráulicos 410 podem ser equipados com as válvulas de contrapeso. As válvulas de contrapeso, também chamada de válvula de retenção de carga, podem ser localizadas entre uma válvula de controle direcional e a saída do cilindro hidráulico 410. Em algumas concretizações, a válvula de contrapeso pode ser localizada sobre os cilindros hidráulicos 410 nas conexões de entrada e saída para o fluido hidráulico. A válvula de contrapeso serve como resistência hidráulica para o cilindro hidráulico 410, permitindo-a suportar o peso da porta de escória 105 ou ser mantida na posição. A válvula de contrapeso pode ser montada internamente ou externamente ao cilindro hidráulico 410. A válvula de contrapeso pode permitir que os cilindros hidráulicos 410 travem substancialmente a porta de escória em qualquer posição entre e incluindo a posição aberta e a posição fechada. O sistema 100 pode compreender um sistema hidráulico autônomo ou pode tocar os sistemas hidráulicos existentes na fornalha 102.

Em outras concretizações, o sistema de condução 122 pode compreender um motor elétrico ou hidráulico conectado ao eixo de articulação 525 com uma redução adequada da transmissão de engrenagem. Em algumas concretizações, os motores de transmissão e conjuntos de engrenagem podem ser dispostos em cada lado do eixo 115. Os motores podem ser reversíveis para permitir que o sistema de transmissão 122 abra e feche a porta de escória 105. Em algumas concretizações, o sistema de transmissão 122 pode ser parado e/ou travado na primeira posição e na segunda posição entre a primeira posição e muitas posições entre a primeira posição e a segunda posição. Isto pode permitir que a porta de escória 105 seja parcialmente aberta para permitir o acesso à fornalha 102, enquanto reduz a transferência de calor. Isto também pode prevenir sucata ou detritos de bater a porta de escória 105 aberta durante o processo de carregamento ou fusão.

Em algumas concretizações, a porta de escória 105 não pode somente ser parada em uma variedade de posições, mas também pode ser mecanicamente (conforme oposto a hidraulicamente) travada nestas posições. O travamento pode ser alcançado, por exemplo e não limitação, usando um linguete para travar o conjunto de engrenagem 405 em uma posição particular. O linguete pode ser, por exemplo, similar a um linguete de estacionamento em uma transmissão automotiva. Desta maneira a porta de escória 105 pode ser travada em muitas posições limitadas somente pelo número de dentes no conjunto de engrenagem 405 e a proporção da engrenagem desta (isto é, uma proporção de engrenagem numericamente mais alta provê um número mais alto de possíveis posições de estacionamento). Em algumas concretizações, os motores podem ter freios elétricos, magnéticos ou mecânicos. Isto pode permitir que a porta de escória 105 seja estacionada em muitas posições, limitadas somente pela resolução provida pelos motores.

Novamente em referência a Fig. 4, o sistema de porta de escória 100 pode compreender ainda um sistema de suporte 125 compreendendo um ou mais pilares 415 para apoiar o peso do eixo 115 e a porta de escória 105. Em algumas concretizações, os pilares 415 podem ser colocados em frente das colunas 184 da fornalha 102 para prover espaço suficiente para a porta de escória 105 e o equipamento associado. Em outras concretizações, os pilares 415 podem ser colocados entre as colunas 184 para mover a porta de escória 184 mais próxima à fusão. Os pilares 415 podem compreender, por exemplo e não limitação, vigas de aço de tamanho suficiente para suportar o peso da porta de escória 105 e o sistema de transmissão 122. Em uma concretização exemplar, os pilares 415 podem ser dispostos em ambos os lados da porta de escória 105, apesar de outras concretizações serem contempladas. Em algumas concretizações, uma parte dos muros de ala 110 também podem ser ligados e suportados pelos pilares 415. Em outras concretizações, o sistema 100 pode ser montado diretamente nas colunas da fornalha 184 tornando óbvia a necessidade por pilares separados 415.

As concretizações da presente invenção proveem um sistema de porta de escória 100 que pode ser instalado em novas fornalhas 102, ou pode ser readaptado novamente nas fornalhas existentes 102 para melhorar a eficácia. Devido à natureza relativamente modular do sistema de porta de escória 100, o método para instalar o sistema de porta de escória 100 é praticamente o mesmo em relação se a instalação é uma retro adaptação ou nova construção (isto é, após o antigo sistema de porta de escória ter sido removido em um retro ajuste). Um ou mais pilares 415 podem ser colocados em ambos os lados da abertura da fornalha. Em algumas concretizações, a articulação 115 pode então ser giratoriamente acoplada aos pilares 415 e então a porta de escória 105 podem ser acoplados a articulação 115. Em outras concretizações, pode ser vantajoso para fabricar a porta de escória 105 e a articulação 115 como uma unidade.

Com a porta de escória 105 e a articulação 115 no lugar, o sistema de transmissão 122 pode ser instalado. Conforme mencionado acima, o sistema de transmissão 122 pode girar a porta entre as posições aberta e fechada e pode para a porta em muitas posições entre as posições aberta e fechada. Os muros de ala 110 podem ser instalados de forma que confinem substancialmente a parede lateral 380 da fornalha 102. Adicionalmente, os muros de ala 110 podem ser dispostos paralelos ao plano criado pela rotação das bordas da porta de escória 105, de forma que confinem substancialmente os lados da porta de escória 105. Em outras palavras, os muros de aia 110 podem ser perpendiculares à porta e podem vedar substancialmente contra os lados da porta de escória 105 independente da posição da porta de escória 105.

Uma vez instalado, em algumas concretizações, o sistema da porta de escória 100 pode utilizar os sistemas de resfriamento da fornalha existentes encostando, por exemplo e não limitação, próximos aos sistemas de resfriamento da parede lateral. Em outras concretizações, por exemplo, quando não existe capacidade nos sistema de resfriamento existentes, o sistema de porta de escória 100 pode utilizar um sistema de resfriamento autônomo.

Em operação, a porta de escória 105 pode ser posicionada e/ou travada na posição fechada. A fornalha 102 pode então ser carregada com sucata usando um método adequado. O carregamento é normalmente feito primeiro elevando e girando o telhado da fornalha 102, incluindo eletrodos, para longe da fornalha para abrir o telhado. A sucata é então despejada dentro da fornalha 102 a partir de um balde em um guindaste de grande porte. O telhado da fornalha 102 é então girado de volta dentro do lugar e abaixado sobre as paredes laterais 380 da fornalha 102. Os eletrodos podem então serem energizados para iniciar o processo de fusão. Após o carregamento, qualquer sucata que esteja posicionada contra ou próxima à porta de escória 105 pode ser rapidamente pré-aquecida e fundida usando um maçarico 170 (se equipado), em adição a energia elétrica na

EAF.

Adicionalmente, devido à porta de escória 105 pode ser substancialmente vedada contra os muros de ala 110 e o parapeito 113 ou soleira 130, mesmo quando parcialmente aberta, a porta de escória 105 é capaz de conter a escória na fornalha 102 mesmo quando o nível de escória exceder a linha do peitoril 112 da fornalha 102. Isto pode permitir que a fornalha 102 execute com eficácia mais alta e possa permitir que uma camada de escória suficiente espumante seja formada acima da fusão para operação de eletrodo eficaz.

Devido à porta de fusão 105 ser localizada em grande proximidade ao coração da fornalha 102, o túnel da porta de escória tradicional é eliminado. Isto previne o acúmulo de escória e outros detritos no túnel que deve ser limpo para ganhar acesso à fusão. A porta de escória 105 é preferencialmente localizado no parapeito 113 da fornalha 102 no ponto mais alto do peitoril 112. Desta maneira, a escória e os detritos tendem a correr longe da porta de escória 105 em ambas a direção. Isto pode prevenir ainda a escória e os detritos de interferir na operação com da porta de escória 105.

Após o ciclo de fusão estar completo e a carga de sucata ter sido reduzida a um líquido, a porta de escória 105 pode estar parcialmente aberta e a escória pode ser despejada fora do topo da fusão abrindo a porta de escória 105 e/ou inclinando a fornalha 102. Durante este processo, a porta de escória 105 pode ser usada para controlar o fluxo de material fora da fornalha 102. Devido aos muros de ala 110 confinarem substancialmente os lados da porta de escória 105, os muros de ala 110 previnem que quantidades excessivas de ar entrem na fornalha 102. Isto, por sua vez, previne que quantidades excessivas de perda de calor de ar do lado fora entrar na fornalha 102 e sair através, por exemplo, do sistema de exaustão da fornalha 102. E devido a porta de escória 105 poder ser aberta somente o suficiente para despejar e controlar a escória, o tamanho da abertura criada é minimizado. Isto pode manter uma temperatura mais alta na fornalha 102, economizar energia e permitir que o fluxo de escória seja controlado com a porta de escória 105.

Conforme mencionado acima, os muros de ala também podem ser configurados para conformar com o perfil do parapeito 113 /ou soleira 130 da porta de escória 105. Isto pode permitir que os muros de ala 110 direcionem a escória (durante o processo de remoção da escória) em uma área de despejo confinada, tal como um pote de escória. Isto pode prevenir que derramamentos e jateamentos de escória que representam ambos um desperdício de materiais e riscos aos operadores da fornalha. A porta de escória 105 também pode ser usada para direcionar e restringir o fluxo de material fora da fornalha 102 durante a remoção de escória estabelecendo o espaço entre o parapeito 113 da fornalha 102 e o fundo da porta de escória 105.

Após despejar a escória, frequentemente existe resíduos deixados na soleira 130 da fornalha 102. Convencionalmente, isto poderia prevenir a(s) porta(s) de escória de se fechar. Em outras palavras, o acúmulo de escória sobre a soleira 130 poderia alcançar o fundo da porta e prevenir que a porta se feche, isto frequentemente faz com que a operação da fornalha seja atrasada para que a área da porta de escória seja limpa manualmente, com um aríete de impulso ou extração, ou com outro equipamento.

As concretizações da presente invenção, no entanto, proveem pelo menos três soluções para este problema ubíquo. A primeira solução é que a porta de escória 105 pode estar posicionada no topo 112 do parapeito 113. Nesta localização, a escória e os detritos tendem a correr naturalmente para longe da porta de escória 105, isto é, de volta ou fora da fornalha 102. A segundo solução é que a porta de escória 105 pode ser girada em uma posição que permite o maçarico 170 a ser acionado para fundir e/ou queimar qualquer escória e/ou detritos fora da soleira 130. Uma vez reaquecida, a escória pode simplesmente correr para baixo da soleira 130 em um recipiente designado ou de volta para dentro da fornalha 102. Isto permite que o parapeito 113 seja substancialmente limpo com atraso mínimo. Isto representa economia substanciais em ambos o custo e tempo de produção.

A terceira solução, conforme mostrado na Fig. 2c, é que a porta de escória 105 possa simplesmente ser baixada até que o fundo da porta de escória 105 entre em contato com a escória 250. Devido ao seu design, o espaço remanescente entre os lados da porta de escória 105 e a parede lateral 380 da fornalha 102 é ocupado pelos muros de ala 110. Isto deixa somente um pequeno espaço estre o fundo da porta de escória 105 e o parapeito 113 da fornalha 102 devido aos detritos 250. Desta maneira, a porta de escória 105, enquanto não completamente fechada, é mesmo assim substancialmente vedada. Com a porta de escória 105 nesta posição, a fornalha 102 pode continuar em operação até que um despejo subsequente limpe os detritos, a soleira pode ser limpa (por exemplo, com o maçarico 170), ou até um tempo de inatividade programada para a manutenção e/ou limpeza.

Isto economiza uma quantidade enorme de energia devido a fornalha 102 pode ser substancialmente vedada com a porta de escória 105 em uma posição parcialmente aberta. Adicionalmente, a fornalha 102 pode continuar a operar, ao invés de ter que fechar, limpar a área da porta de escória, e netão reiniciar a fornalha 102. Isto reduz o tempo de inatividade e aumenta a eficácia da fornalha 102. A frequência de manutenção e o custo de limpeza também são reduzidos e podem ser limitados a tempos alocados para manutenção programada.

A habilidade para abrir a porta de escória 105 e pará-la em muitas posições entre a posição aberta e fechada permite o acesso melhorado para a fornalha 102 e melhora a eficácia. Adicionalmente, o uso de muros de ala 110 confinem substancialmente os lados da porta de escória 105 reduz a transferência de calor e melhora a segurança e eficácia da fornalha 102. O sistema de transmissão rígido 122 pode permitir que a porta seja aberta e fechada eficazmente, para ser estacionada em uma variedade de posições e, em algumas realizações, travadas no lugar. O design permite, entre outras coisas, custos de manutenção reduzidos e tempo de inatividade reduzido da fornalha 102.

Enquanto diversas possíveis concretizações são reveladas acima, as concretizações da presente invenção não são desta forma limitadas. Por exemplo, enquanto as concretizações da presente invenção foram reveladas em relação a uma porta de escória 105 com um sistema de transmissão do tipo cremalheira e pino conduzido por cilindro hidráulico 122, outros métodos poderíam ser usados, tal como, por exemplo e não limitação, um sistema utilizando cilindros hidráulicos diretos ou motores elétricos ou hidráulicos com engrenagens reduzidas, sem desviar do espirito da invenção. Adicionalmente, a localização e configuração usada para diversas características das realizações da presente invenção podem ser variadas de acordo com um design de fornalha particular que necessita que uma leve variação devido, por exemplo, a restrições de energia e/ou espaço. Tais mudanças são destinadas a serem incluídas dentro do escopo da invenção.

A partir do anterior, pode ser visto que as concretizações da presente invenção se referem a um sistema de porta de escória 100 para prover uma porta de escória 105 para fornalhas metalúrgicas 102 que pode ser retro ajustadas a fornalhas existentes ou instalado em novas fornalhas. O sistema de porta de escória 100 provê uma porta de escória resfriada a água 105 flanqueada por um ou mais muros de ala 110 que podem ser colocados em grande proximidade ao coração da fornalha 102. A grande proximidade reduz ou elimina as áreas nas quais a escória ou outros detritos podem ser acumular e bloquear a porta de escória 105. Os muros de ala 110 são dispostos em grande proximidade aos lados da porta de escória 105 para minimizar a transferência de calor quando a porta de escória 105 está aberta ou parcialmente aberta. O sistema de porta de escória 100 compreende ainda um sistema de transmissão 122 capaz de abrir a porta de escória 105 e parando e/ou travando-o na posição em uma variedade de ângulos. Como um resultado, a porta de escória 105 pode ser aberta em um ângulo apropriado para o trabalho em mãos (por exemplo, remoção de escória, amostragem ou manutenção) enquanto minimiza a transferência de calor.

As configurações específicas, escolha de materiais, e o tamanho e formato dos diversos elementos podem ser variados de acordo com as especificações particulares do design ou restrições necessitando de um dispositivo, sistema ou método construído de acordo com os princípios da invenção. Tais mudanças são destinadas a estarem dentro do escopo da invenção. As revelações presentemente reveladas, portanto, são consideradas em todos os respeitos a serem ilustrativos e não restritivos. O escopo da invenção é indicado pelas reivindicações acompanhantes, ao invés da descrição anterior, e todas as mudanças que vem dentro do significado e faixa de equivalentes desta são destinadas a serem incluídas nela.

Claims

1. Sistema de porta de escória (100) para uma fornalha metalúrgica (102), compreendendo:

um conjunto de porta de escória (105), com um topo, um fundo, um lado esquerdo, e um lado direito, o conjunto de porta de escória articulado para fora a partir do topo entre uma primeira posição e uma segunda posição; e um ou mais muros de ala (110), cada um disposto em grande proximidade aos lados do conjunto da porta de escória e substancialmente paralelo a um plano definido pelo lado direito e esquerdo do conjunto da porta de escória conforme a porta de escória gira da primeira posição para a segunda posição, Caracterizado pelo fado de que o um ou mais muros de ala estendem-se para fora de uma parede lateral (380) do forno e estão dispostos em estreita proximidade com um limite (130) de um forno, de tal modo que o um ou mais muros de ala ocupam substancialmente o espaço entre o lado esquerdo ou direito do porta de escória e o forno quando a porta de escória estiver entre a primeira posição e a segunda posição para reduzir a infiltração de ar e a perda de calor do forno.

2. Sistema de porta de escória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de porta de escória é substancialmente vertical na primeira posição, de forma que ocupe substancialmente uma abertura em uma parede lateral da fornalha, e em que o conjunto da porta de escória é substancialmente horizontal na segunda posição, para prover acesso à fornalha.

3. Sistema de porta de escória, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda:

um ou mais mecanismos de acionamento (122) para girar o conjunto de porta de escória entre a primeira posição e a segunda posição, Caracterizado pelo fato de que cada mecanismo de acionamento compreende:

um cilindro hidráulico (410) compreendendo um pistão de cilindro (510);

Petição 870190000504, de 03/01/2019, pág. 13/20 uma engrenagem acoplada (515) ao pistão de cilindro; e uma engrenagem de pino (520), acoplada a um eixo (115) do conjunto de porta de escória, e encaixado a engrenagem.

4. Sistema de porta de escória, de acordo com a reivindicação 3, Caracterizado pelo fato de que cada mecanismo de acionamento compreende ainda:

uma válvula de contrapeso para travar hidraulicamente o cilindro hidráulico para segurar a porta de escória em qualquer posição entre e incluindo a primeira e a segunda posição.

5. Sistema de porta de escória, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda:

um ou mais mecanismos de acionamento para girar a porta entre a primeira posição e a segunda posição;

Caracterizado pelo fato de que cada mecanismo de acionamento compreende:

um motor hidráulico ou elétrico com um veio de transmissão;

uma engrenagem de transmissão disposta no veio de transmissão do motor hidráulico ou elétrico;

uma engrenagem de pino acoplada e um eixo no conjunto de porta de escória; e uma unidade de redução da engrenagem disposta entre, e encaixada com, a engrenagem de transmissão e a engrenagem de pino para aumentar o torque fornecido pelo motor hidráulico ou elétrico para a engrenagem de pino.

6. Sistema de porta de escória, de acordo com a reivindicação 1, Caracterizado por compreender ainda um aparelho de fornalha (170) compreendendo um ou mais maçaricos, uma lança de oxigênio, e um injetor de partícula.

7. Sistema de porta de escória, de acordo com a reivindicação 6,

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Caracterizado pelo fato de que o aparelho de fornalha é montado em um ângulo entre 10 graus e 60 graus a partir da horizontal quando o conjunto de porta de escória está na primeira posição.

8. Sistema de porta de escória, de acordo com a reivindicação 1, Caracterizado pelo fato de que um ou mais muros de ala e o conjunto de porta de escória são líquido-arrefecidos.

9. Sistema de porta de escória, de acordo com a reivindicação 1, em que o conjunto de porta de escória compreende ainda:

um painel superior e um painel inferior;

Caracterizado pelo fato de que o painel superior e o painel inferior podem ser substituídos separadamente para minimizar os custos de manutenção e reparo; e em que pelo menos o painel inferior é líquido-arrefecido, resistente ao calor, ou uma combinação de ambos para permitir a retenção acima de cerca de 45 centímetros (18 polegadas) de escória contra a porta de escória.

10. Sistema de porta de escória, de acordo com a reivindicação 9, Caracterizado pelo fato de que o painel inferior compreende:

um bloco de material com um alto coeficiente de transferência de calor;

e uma ou mais passagens de refrigerante (124) dispostas ao longo do bloco.

11. Sistema de porta de escória, de acordo com a reivindicação 1, Caracterizado pelo fato de que uma ou mais partes dos muros de ala e do conjunto de porta de escória compreenderem um material com um alto coeficiente de transferência de calor para minimizar a adesão de escória nele.

12. Sistema (100) para prover acesso a uma fornalha metalúrgica (102) tendo uma superestrutura (382), uma parede lateral (380), uma entrada, e uma soleira (130), o sistema compreendendo:

Petição 870190000504, de 03/01/2019, pág. 15/20 um conjunto unitário de porta de escória (105), compreendendo um lado de cima, lado de fundo, lado esquerdo, e lado direito, o lado de cima montado próximo à entrada da fornalha e Caracterizado por:

todo o conjunto de porta de escória ser girável em uma direção como uma unidade entre:

uma primeira posição fechada para vedar a entrada da fornalha; uma segunda posição parcialmente aberta para fornecer acesso parcial para a fornalha; e uma terceira posição completamente aberta para fornecer acesso completo à fornalha;

um primeiro muro de ala (110) estendendo-se para fora da parede lateral da fornalha e disposto substancialmente paralelo a um plano definido pelo lado direito do conjunto de porta de escória conforme a porta de escória gira da primeira posição para a segunda posição; e um segundo muro de ala (110) estendendo-se para fora da parede lateral da fornalha e disposto substancialmente paralelo a um plano definido pelo lado esquerdo do conjunto de porta de escória conforme a porta de escória gira da primeira posição para a segunda posição;

em que o primeiro muro de ala está disposto em grande proximidade ao lado direito da porta de escória para ocupar o espaço entre a porta de escória e a fornalha quando a porta de escória está na segunda posição para reduzir a infiltração de ar e a perda de calor da fornalha;

em que o segundo muro de ala está disposto em grande proximidade para o lado esquerdo da porta de escória para ocupar o espaço entre a porta de escória e a fornalha quando a porta de escória está na segunda posição para reduzir a infiltração de ar e perda de calor da fornalha; e em que o lado de fundo do conjunto de porta de escória está disposto próximo à soleira da fornalha na primeira posição para ocupar

Petição 870190000504, de 03/01/2019, pág. 16/20 substancialmente a entrada da fornalha.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, Caracterizado pelo fato de que o sistema de porta de escória é montado na superestrutura da fornalha metalúrgica.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, Caracterizado por compreender ainda:

dois ou mais pilares (415), ligados a uma ou mais da superestrutura, soleira, e parede lateral, para apoiar o sistema de porta de escória.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, Caracterizado por compreender ainda:

um ou mais cilindros hidráulicos (410), acoplados em uma primeira extremidade ao conjunto de porta de escória e sobre uma segunda extremidade para um ponto fixo próximo ao conjunto de porta de escória para girar o conjunto de porta de escória entre a primeira e a terceira posição; e uma ou mais válvulas de contrapeso hidráulicas para travar o conjunto de porta de escória em qualquer posição entre e incluindo a primeira posição e a terceira posição.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, Caracterizado pelo fato de que o lado de fundo do conjunto de porta de escória está disposto próximo à escória ou detritos sobre a soleira da fornalha em uma quarta posição parcialmente fechada para reduzir a infiltração de ar e a perda de calor da fornalha.

17. Método para remover material de uma fornalha metalúrgica (102) usando um sistema de porta de escória (100), a fornalha metalúrgica compreendendo uma superestrutura (382), uma soleira (130), e uma parede lateral (380) com uma abertura de parede lateral, compreendendo:

a abertura do conjunto de porta de escória para despejar material para fora da fornalha; e

Petição 870190000504, de 03/01/2019, pág. 17/20 o fechamento parcial da porta de escória até que o fundo faça contato com os detritos sobre a soleira da fornalha;

Caracterizado pelo fato de que o sistema de conjunto de porta de escória compreende:

um conjunto de porta de escória (105), com um topo, um fundo, um lado esquerdo, e um lado direito, o conjunto de porta de escória girando para fora a partir do topo entre uma primeira posição e uma segunda posição; e um ou mais muros de ala (110), cada um disposto substancialmente paralelo a um plano definido pelo lado direito ou esquerdo do conjunto de porta de escória conforme a porta de escória gira da primeira posição para a segunda posição, o um ou mais muros de ala estendem-se para fora de uma parede lateral (380) do forno e estão dispostos em estreita proximidade com um limite (130) de um forno, de forma que o um ou mais muros de ala estejam dispostos em grande proximidade de pelo menos uma parte dos lados esquerdo e direito da porta de escória para ocupar o espaço entre a porta de escória e a fornalha quando a porta de escória está na posição parcialmente fechada para reduzir a infiltração de ar e a perda de calor na fornalha.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, Caracterizado por compreender ainda:

fechar parcialmente a porta de escória;

acionar um maçarico (170) disposto no conjunto de porta de escória para remover detritos da soleira; e retornar o conjunto de porta de escória para a primeira posição para ocupar substancialmente a abertura da parede lateral.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17, Caracterizado pelo fato de que o conjunto de porta de escória é aberto em um ângulo entre a partir de aproximadamente 1 a 20 graus a partir da vertical.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, Caracterizado pelo fato

Petição 870190000504, de 03/01/2019, pág. 18/20 de que o ângulo da porta de escória determina a vazão do material para fora da fornalha.