BR112013011716B1

BR112013011716B1 - distribuidor reforçado para lança de pós-combustão

Info

Publication number: BR112013011716B1
Application number: BR112013011716-8A
Authority: BR
Inventors: Todd G. Smith
Original assignee: Berry Metal Company
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2021-03-02
Also published as: US20130341841A1; AU2011326369A1; EP2638347B1; RU2013124965A; CA2817708C; CN103261825B; WO2012064996A1; CA2817708A1; EP2638347A1; KR20130140739A; RU2593052C2; CN103261825A; ZA201303967B; US9194014B2; BR112013011716A2; AU2011326369B2

Abstract

DISTRIBUIDOR REFORÇADO PARA LANÇA DE PÓS-COMBUSTÃO Um distribuidor para um lança de pós- combustão, compreendendo um elemento anular, uma manga de reforço interna e uma manga externa, podendo o elemento anular e a manga de reforço interna ser fabricados de materiais diferentes e o elemento anular e a manga externa ser ambos fabricados de um primeiro material. O elemento anular e a manga externa podem ser ambos fabricados de um primeiro material e a manga interna de reforço pode ser fabricada de um segundo material, estando uma multiplicidade de hastes de reforço longitudionais disposta, com as hastes espaçadas entre si, ao redor de uma superfície interna da manga de reforço interna e/ou sendo a uma superfície interna da manga de reforço interna e/ou sendo a uma ou mais da multiplicidade de hastes de reforço longitudionais fabricada de aço ou de outro material de grande resistência. Além disso, uma multiplicidade de haste de reforço longitudionais pode ser disposta, com as hastes espaçadas entre si, ao redor de uma superfície interna da manga externa e pode ser fabricada de aço ou de outro material de grande resistência. O elemento anular define uma multiplicidade de aberturas que permitem que o (...).

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A APLICAÇÕES CORRELATAS

[001] Este pedido reivindica o benefício da data de depósito do pedido de patente provisório U.S. No. de Série 61/412.348, intitulado “Reinforced Distributor For Post-Combustion Lance”, e depositado em 10 de novembro de 2010, cujo conteúdo integral é incorporado ao presente documento a título de referência para todos os fins.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção é referente a um conjunto de distribuidor compósito reforçado para uma lança de pós-combustão.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[003] Conforme mostrado na Figura 1, os processos metalúrgicos, tais como o siderúrgico básico de conversor a oxigênio, frequentemente empregam grandes lanças de oxigênio resfriadas a água 1 (tipicamente tendo de aproximadamente 8 pol. [20,32 cm] a aproximadamente 16 pol. [40,64 cm] de diâmetro, aproximadamente 65-85 pés [19,81225,908 m] de comprimento e até aproximadamente 10 toneladas de peso) para remover eficientemente elementos oxidáveis do metal fundido 8 abaixo da escória 7 em um conversor metalúrgico tal como um forno de conversor a oxigênio 6. Tipicamente além dos orifícios de oxigênio primário 2 na ponta 3 da lança 1, a lança de oxigênio 1 da técnica anterior pode incluir um anel 4 de pequenos orifícios de oxigênio 5 localizados na parte externa da lança 1 a uma distância para cima da lança 1 a partir da ponta de oxigênio primário 3. Estas lanças 1 são conhecidas como lanças de pós-combustão. O anel 4 de pequenos orifícios 5 distribui o oxigênio à atmosfera do forno para reagir com os gases provenientes do processo e é conhecido como um distribuidor de pós-combustão (ou PC).

[004] Devido às exigências de transferência de calor, e também para proteger o distribuidor de PC da atmosfera no forno e do calor localizado gerado pela reação de pós-combustão, o distribuidor de PC (e, frequentemente, a tubulação associada com ele) é fabricado de metais de alto grau de condutividade térmica, tais como cobre de alto grau de pureza.

[005] Embora a lança de pós-combustão seja frequentemente usada para conduzir o oxigênio para dentro do conversor metalúrgico, diversos outros gases podem ser conduzidos através da lança, dependendo das reações desejadas. Todo e qualquer gas de reação direcionado através da lança será doravante designado, para fins de conveniência e em linhas gerais como “gas”, ficando subentendido que o gas pode ser oxigênio ou qualquer outro gas ou gases reativos ou não. Tipicamente o gas é injetado através da lança a taxas muito elevadas. O oxigênio pode ser injetado, por exemplo, na lança a taxas entre 300 metros cúbicos/min. e 600 metros cúbicos/min.

[006] Conforme é bem conhecido na técnica, as lanças são submetidas a pressões de flexão durante a sua vida útil, especialmente durante as operações de carregamento e descarregamento e durante as operações de desencrustamento da lança quando a lança é tipicamente colocada horizontalmente no chão de serviço. Durante o movimento da lança, quer para a sua instalação ou desencrustamento, a lança é tipicamente levantada somente na extremidade superior (isto é, acima do distribuidor) com a ponta na extremidade inferior deitada no chão em algum momento durante tais movimentos. Consequentemente, a lança da técnica anterior é tipicamente sujeita a deflexão (isto é, a uma deflexão substancialmente, ou pelo menos parcialmente, transversal) devido às cargas de flexão às quais ela é submetida.

[007] O intervalo entre manutenções para uma lança é normalmente ditado pela vida útil da ponta da lança, durando o corpo da lança muitas vezes mais do que a vida útil da ponta. As lanças equipadas com o distribuidor de PC são tipicamente propensas a uma flexão considerável (isto é, a uma deflexão permanente), e, em alguns casos, a falha no distribuidor de PC, devido à resistência a tração relativamente baixa dos componentes de condutividade térmica elevada no distribuidor de PC. Desde a introdução do distribuidor de PC no meio da lança (isto é, pelo menos desde a década de 1980, e possivelmente mais cedo), nenhuma solução eficaz foi implementada para os problemas associados com a flexão e/ou a falha. As lanças de pós- combustão da técnica anterior vergam depois de um período de tempo relativamente curto de serviço, exigindo substituições relativamente frequentes do distribuidor de PC.

[008] Tentativas anteriores para se solucionar este problema incluíram o desenvolvimento de mangas protetoras removíveis externas que são colocadas sobre as lanças equipadas com um distribuidor de PC novo e reguarnecido para proteger as lanças durante o transporte até as instalações do usuário. No entanto, as mangas protetoras devem ser removidas antes de se colocar a lança em funcionamento. Na prática, as mangas são tipicamente removidas antes de serem completadas a descarga e a instalação da lança. Por este motivo, a lança sofre frequentemente uma flexão subsequente à remoção da manga protetora, isto é, quando se completa a instalação durante o serviço ou quando a lança é novamente carregada no caminhão para voltar e ser reparada no fim do seu intervalo entre manutenções.

[009] Outras tentativas de se solucionar estes problemas incluíram o uso de um tubo de reforço interno disposto dentro da passagem principal de gas com colares de suporte com orifícios que permitem que o gas corra através dos colares, não fazendo o tubo de reforço interno parte do distribuidor de PC, mas se estendendo dentro da passagem de gas principal a montante e a jusante do distribuidor de PC.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0010] Em um primeiro aspecto, a presente invenção compreende um distribuidor para uma lança de pós-combustão, compreendendo: um elemento anular, uma manga de reforço interna e uma manga externa. Neste primeiro aspecto, o elemento anular e a manga de reforço interna podem ser fabricados de materiais diferentes e o elemento anular e a manga externa podem ser fabricados, ambos, de um primeiro material. Além disso, o elemento anular e a manga externa podem ser fabricados, ambos, de um primeiro material e a manga de reforço interna pode ser fabricada de um segundo material.

[0011] Em um outro aspecto do distribuidor para uma lança de pós-combustão da presente invenção, uma multiplicidade de hastes de reforço longitudinais está disposta, com as hastes espaçadas entre si, ao redor de uma superfície interna da manga de reforço interna e/ou um ou mais da multiplicidade de hastes de reforço longitudinais é fabricada de aço ou de um outro material de grande resistência. Além disso, uma multiplicidade de hastes de reforço longitudinais pode estar disposta, com as hastes espaçadas entre si, ao redor de uma superfície interna da manga externa e pode ser fabricada de aço ou de um outro material de grande resistência.

[0012] Em um outro aspecto ainda do distribuidor para uma lança de pós-combustão da presente invenção, o elemento anular pode definir uma multiplicidade de aberturas que permitem que o gas corra de dentro uma passagem para gas da lança para correr através do elemento anular e para fora da lança, podendo a manga de reforço interna definir uma multiplicidade de primeiras aberturas e podendo o elemento anular definir uma multiplicidade de segundas aberturas, estando cada uma das primeiras e segundas aberturas em comunicação por fluido, direta ou indiretamente, com uma primeira passagem para fluido de resfriamento da lança. Além disso, cada uma das primeiras aberturas é contígua a uma das segundas aberturas e em comunicação por fluido direta com ela. Além disso, o elemento anular pode definir uma multiplicidade de terceiras aberturas, estando cada uma das terceiras aberturas em comunicação por fluido com uma segunda passagem para fluido de resfriamento da lança.

[0013] Em um outro aspecto adicional do distribuidor para uma lança de pós-combustão da presente invenção, o elemento anular e a manga externa são ambos fabricados de cobre e a manga de reforço interna é fabricada de aço.

[0014] Em um outro aspecto ainda do distribuidor para uma lança de pós-combustão da presente invenção, o elemento anular e a manga externa são ambos fabricados de um ou mais materiais de alto grau de condutividade térmica e/ou de alto grau de resistência a oxidação, sendo a manga de reforço interna fabricada de um material de grande resistência. Além disso, uma multiplicidade de primeiras hastes de reforço longitudinais é disposta, com as hastes espaçadas entre si, ao redor de uma superfície interna da manga de reforço interna, e uma multiplicidade de segundas hastes de reforço longitudinais é disposta, com as hastes espaçadas entre si, ao redor de uma superfície interna da manga externa, e sendo uma ou mais das primeiras e das segundas hastes de reforço longitudinais fabricadas de aço ou de um outro material de grande resistência.

DESCRIÇÃO SUCINTA DAS DIVERSAS VISTAS DOS DESENHOS

[0015] Para uma melhor compreensão da presente invenção e uma mais pronta implementação dela, a presente invenção será agora descrita com fins de ilustração e não de limitação em conexão com as figuras que seguem, em que: - a Figura 1 é uma vista em perspectiva recortada mostrando uma operação típica de uma lança de pós-combustão em um forno de conversor a oxigênio para a produção de aço; - a Figura 2 é uma vista em perspectiva de um conjunto distribuidor reforçado compósito de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção para uma lança de pós-combustão; - a Figura 3 é uma vista em seção longitudinal de um conjunto de distribuidor reforçado compósito de acordo com uma modalidade preferida da invenção para uma lança de pós-combustão; - a Figura 4 é uma vista em seção longitudinal de um conjunto de distribuidor reforçado compósito de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção para uma lança de pós-combustão; - a Figura 5 é uma vista em perspectiva de um componente elemento anular de um conjunto de distribuidor reforçado compósito de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção para uma lança de pós-combustão; - a Figura 6 é uma outra vista em perspectiva de um elemento anular componente de um conjunto de distribuidor reforçado compósito de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção para uma lança de pós-combustão; - a Figura 7 é uma vista em perspectiva de uma manga de reforço componente de um conjunto de distribuidor reforçado compósito de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção para uma lança de pós-combustão; - a Figura 8 é uma outra vista em perspectiva de uma manga de reforço componente de um conjunto de distribuidor reforçado compósito de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção para uma lança de pós-combustão; e - a Figura 9 é uma vista em elevação lateral de uma manga de reforço componente de um conjunto de distribuidor reforçado compósito de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção para uma lança de pós-combustão.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE(S) PREFERIDA(S) DA INVENÇÃO

[0016] Na descrição detalhada que segue será feita referência aos exemplos e a figuras apensas que fazem parte da mesma, sendo nelas mostradas, a título de ilustração, modalidades específicas em que pode ser implementado o objeto inventivo. Estas modalidades são descritas de um modo suficientemente detalhado para permitir que os versados na técnica a coloquem em prática, e deve ficar subentendido que podem ser utilizadas outras modalidades, e que alterações estruturais ou lógicas podem ser introduzidas sem que haja desvio do âmbito do objeto inventivo. A tais modalidades do objeto inventivo pode se referir, individual e/ou coletivamente, com o termo “invenção” somente para fins de conveniência, sem que se pretenda com tal, limitar voluntariamente o âmbito deste pedido a uma única invenção ou idéia inventiva, se mais de uma tiver sido de fato descrita.

[0017] A descrição que segue não deve, portanto, ser tomada como tendo um sentido limitado, sendo o âmbito do objeto inventivo definido pelas reivindicações apensas e seus equivalentes.

[0018] A presente invenção é voltada a um conjunto de distribuidor reforçado compósito 60 da presente invenção para uso com uma lança de pós-combustão 10 que compreende um tubo externo 20, um tubo intermediário 30 e um tubo interno 40, definindo o interior deste último a passagem principal de oxigênio 50. Espaçadores 22 são dispostos, de preferência, na medida do necessário, entre os tubos 20, 30 e 40, conforme mostrado na Figura 3. O conjunto de distribuidor reforçado compósito 60 da presente invenção compreende um elemento anular 70, fabricado, de preferência, de cobre fundido ou forjado, uma manga de reforço interna 80, de preferência de aço usinado ou formado e uma manga externa resistente a oxidação e condutora de calor 89, fabricada, de preferência, de cobre. As mangas 80 e 89 são, de preferência, soldadas ao elemento anular 70 para formar o conjunto de distribuidor 60, embora outros meios conhecidos de ligação dos tres componentes 70, 80 e 89, tais como soldadura e outros meios de ligação químicos ou mecânicos incidem no âmbito da invenção. As hastes de reforço espaçadas entre si 90, fabricadas de aço ou cobre, são dispostas, de preferência, ao redor da superfície interna anular da manga externa condutora de calor 89 contíguas à manga de reforço interna 80.

[0019] Conforme mostrado nos desenhos, a manga de reforço 80 compreende, de preferência, uma seção principal de corpo 81, uma seção intermediária anular inclinada 83 e uma porção de extremidade aberta anular 85. Além disso, o interior da manga de reforço 80 tem, de preferência, dispostas sobre ele hastes de reforço alongadas 82, fabricadas, de preferência, de aço ou de um outro material de grande resistência que proporcione um reforço adicional ao conjunto de distribuidor 60 e também servem para dividir uniformemente o conjunto de distribuidor 60 em relação ao tubo interno 40. As hastes de reforço 82 podem ser formadas fazendo parte integrante da manga 80 ou serem presas a ela por solda ou outros meios conhecidos.

[0020] O elemento anular 70 define os orifícios de oxigênio de pós-combustão 71 em comunicação por fluido com a passagem secundário de oxigênio 52. A manga de reforço 80 define ainda aberturas para o fluido de resfriamento 84 que permitem o fluxo do fluido de resfriamento através da passagem de entrada para o fluido de resfriamento através de tais aberturas 84.

[0021] Conforme mostrado nas figuras, as aberturas 84 da manga 80 correspondem às aberturas 72 definidas pelo elemento anular 70 no distribuidor 60 montado. O elemento anular 70 também define as aberturas 74 que estão em comunicação por fluido com a passagem de retorno do fluido de resfriamento 56. Deste modo o conjunto de distribuidor 60 com a manga de reforço 80 proporciona uma resistência de reforço para a lança de pós-combustão 10 permitindo, mesmo assim, a entrada e o retorno do fluido de resfriamento para correr pelo distribuidor 60.

[0022] Na Descrição Detalhada acima, diversas características estão agrupadas em uma única modalidade para simplificar a descrição. Este método de descrição não deve ser interpretado como refletindo a intenção de que as modalidades reivindicadas da invenção exigem mais características do que as que estão expressamente citadas em cada reivindicação. Pelo contrário, conforme as reivindicações a seguir refletem, o objeto inventivo consiste em um número menor do que o de todas as características de uma única modalidade descrita. Assim, as reivindicações apensas são incorporadas pelo presente à Descrição Detalhada, constituindo cada reivindicação de modo autônomo uma modalidade separada.

Claims

1. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), CARACTERIZADO por compreender; um elemento anular (70), uma manga de reforço interna (80) compreendendo uma seção principal de corpo (81), uma seção intermediária anular inclinada (83), e uma porção de extremidade aberta anular (85); e uma manga externa (89); em que a manga de reforço interna (80) define uma multiplicidade de primeiras aberturas (84) e o elemento anular (70) define uma multiplicidade de segundas aberturas (72), em que cada uma das primeiras e das segundas aberturas (84, 72) está em comunicação por fluido, direta ou indiretamente, com uma primeira passagem para fluido de resfriamento (54) da lança (10); em que cada uma das primeiras aberturas (84) é contígua com e em comunicação por fluido direta com uma das segundas aberturas (72); e em que a manga de reforço interna (80) e a manga externa (89) estão conectadas ao elemento anular (70), a manga de reforço interna (80) sendo disposta através do elemento anular (70), de modo que a seção intermediária anular inclinada (83) seja assentada dentro do elemento anular (70).

2. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento anular (70) e a manga de reforço interna (80) são fabricados de materiais diferentes.

3. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento anular (70) e a manga externa (89) são ambos fabricados do mesmo primeiro material.

4. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento anular (70) e a manga externa (89) são ambos fabricados de um primeiro material e a manga de reforço interna (80) é fabricada de um segundo material.

5. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma multiplicidade de hastes de reforço longitudinais (82) é espaçada ao redor da superfície interna da manga de reforço interna (80).

6. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que uma ou mais da multiplicidade de hastes de reforço longitudinais (82) é fabricada de aço.

7. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma multiplicidade de hastes de reforço longitudinais (82) está espaçada ao redor de uma superfície interna da manga externa (89).

8. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que uma ou mais da multiplicidade de hastes de reforço longitudinais (82) é fabricada de aço.

9. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento anular (70) define uma multiplicidade de orifícios de oxigênio (71) que permite que o gás escoe de dentro da passagem de gás (52) da lança (10) através do elemento anular (70) e para fora da lança (10).

10. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento anular (70) define uma multiplicidade de terceiras aberturas (74), em que cada uma das terceiras aberturas (74) está em comunicação por fluido com uma segunda passagem para fluido de resfriamento (56) da lança (10).

11. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento anular (70) e a manga externa (89) são ambos fabricados de cobre, e a manga de reforço interna (80) é fabricada de aço; ou o elemento anular (70) e a manga externa (89) são ambos fabricados de cobre, e em que a manga de reforço interna (80) é fabricada de aço.

12. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma multiplicidade de primeiras hastes de reforço longitudinais (82) está espaçada em torno de uma superfície interna da manga de reforço interna (80) e uma multiplicidade de segundas hastes de reforço longitudinais (82) é espaçada em torno de uma superfície interna da manga externa (89).

13. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que uma ou mais das primeira e segunda hastes de reforço longitudinais (82) são feitas de aço.

14. Distribuidor (60) para uma lança de pós- combustão (10), de acordo com a reivindicação 12 ou 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento anular (70) e a manga externa (89) são ambos fabricadas de cobre e a manga de reforço interna (80) é fabricada de aço.