BR112014001512B1 - Dispositivo de carregamento para forno de buca, método para operar um dispositivo de carregamento de um forno de cuba, e, controlador. - Google Patents
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Abstract
dispositivo de carregamento para forno de cuba, método para operar um dispositivo de carregamento de um forno de cuba, e, controlador a invenção se refere a um dispositivo de carregamento para forno de cuba que compreende um invólucro principal e pelo menos um bocal para introduzir um gás limpo no invólucro. de acordo com um aspecto importante da invenção, um controlador é configurado para adaptar o suprimento (a taxa de fluxo) ou pressão de gás limpo ao invólucro principal com base nas informações do estado do carregamento.
Description
[001] A presente invenção se refere de um modo geral a instalações de carregamento de fornos de cuba e, em particular, a um dispositivo para distribuir material de carga no forno. Mais especificamente, a invenção se refere ao tipo de dispositivo que é equipado com uma calha destinada à distribuição radial e circunferencial do material de carga.
Fundamentos da Invenção [002] Como é sabido no estado da técnica, o carregamento de um alto-forno é realizado de forma convencional pela instalação de carregamento superior que tem a função de armazenar matéria prima superior do forno e nele distribuir os materiais. As matérias primas são pesadas no armazém e enviadas em forma de lote (por carrinho de despejo ou correia transportadora) até a instalação de carregamento superior do forno onde elas são armazenadas em funis intermediários.
[003] Para distribuir o material de carga (peso) no forno, a instalação de carregamento superior do forno compreende, preferivelmente, um dispositivo de carregamento giratório disposto na garganta do forno e abaixo dos funis intermediários. O dispositivo de distribuição giratório compreende um alojamento estacionário e um rotor de suspensão com um distribuidor de carga, o rotor de suspensão é sustentado no alojamento estacionário para girar em torno do eixo do forno. O rotor de suspensão e o alojamento estacionário formam um invólucro principal no dispositivo de carregamento giratório em que são dispostos mecanismos para acionar o rotor de suspensão e articular o distribuidor de carga.
Petição 870180136883, de 02/10/2018, pág. 8/21 / 10 [004] O dispositivo de distribuição giratório é apresentado, por exemplo, na patente US 3.693.812.
[005] Como é conhecido no estado da técnica, enquanto o alojamento estacionário e o rotor de suspensão interagem para formar um invólucro fechado, a montagem giratória do rotor de suspensão e a ação operacional entre o movimento (rotor de suspensão) e as partes estacionarias (alojamento) exige uma folga anular pela qual os gases do forno ingressam no invólucro principal.
[006] Para que o gás do forno, com sobrecarga de poeira, não ingresse no invólucro principal do dispositivo de distribuição giratório, pode-se preencher o invólucro com nitrogênio. Para uma maior eficácia, o fluxo de nitrogênio deve ser elevado o suficiente para manter o nível de pressão no invólucro principal acima da pressão no interior do forno.
[007] US 6.540.958, por exemplo, descreve o uso de uma leve sobrepressão de nitrogênio no invólucro principal do dispositivo de distribuição giratório e sugere que ela pode ser executada automaticamente. Como observado pelo conhecedor da técnica, o controle automático da pressão de nitrogênio no invólucro pode ser executado em circuito fechado por um sensor de pressão instalado na garanta do forno.
[008] GB 1.526.478 apresenta um alto-forno com dispositivo de carregamento giratório em que o gás da garanta limpo e resfriado é introduzido para resfriar o mecanismo de acionamento da calha de distribuição e determinar um diferencial de pressão positiva para que a poeira não ingresse no forno. O condicionamento do gás superior do forno é obtido em um sistema que compreende um “mini-venturi” e um estágio de compressão que apresenta um compressor principal e um compressor auxiliar. O sistema é ajustado para que o mini-venturi seja automaticamente ajustado em posições predeterminadas e para que seja constante a pressão e o grau de purificação do gás.
Petição 870180136883, de 02/10/2018, pág. 9/21 / 10
Objeto da Invenção [009] A presente invenção tem como objeto propor uma forma alternativa de regular a pressão do gás no invólucro principal de um dispositivo de carregamento.
Resumo da Invenção [010] Os inventores detectaram que a taxa de fluxo de gás necessária para não haver ingresso de gás no forno carregado de poeira dentro do invólucro principal do dispositivo de distribuição é maior durante as fases de carregamento do que quando não há material introduzido no forno. Os inventores observaram também que a taxa de fluxo de gás adequada no invólucro do dispositivo de carregamento depende do tipo de matéria prima carregada no forno pelo dispositivo de carregamento.
[011] Naturalmente, a presente invenção se refere a um dispositivo de carregamento de um forno de cuba que compreende o seguinte:
[012] um invólucro principal, isto é, guarnecido para nele acomodar o mecanismo de acionamento da calha de distribuição do dispositivo de carregamento que envolve o canal de alimentação, [013] uma calha de distribuição móvel para distribuir material de carga nela depositado pelo canal de alimentação, a calha de distribuição é preferivelmente articulável e/ou giratória; e [014] pelo menos um bocal para introduzir gás limpo no invólucro (isto é, gás limpo de alto-forno), preferivelmente um gás inerte, mais preferivelmente nitrogênio (N2). Na forma aqui utilizada, a expressão “gás limpo” indica um gás que é essencialmente isento de partículas de poeira, isto é, que contém menos de 20 mg/Nm3, preferivelmente menos de 10 mg/Nm3 de poeira (1 Nm3 = 1 m3 em condições normais: em 0% de umidade, 1.02325 bar e 0°C).
[015] De acordo com um aspecto importante da invenção, um controlador é configurado para adaptar o abastecimento (a taxa de fluxo) ou
Petição 870180136883, de 02/10/2018, pág. 10/21 / 10 pressão de gás limpo no invólucro principal baseado nas informações do estado do carregamento.
[016] O dispositivo de carregamento pode ser de qualquer tipo. Por exemplo, ele pode compreender uma calha de distribuição suspensa em cardãs, como descrito, por exemplo, em EP 1.662.009. Entretanto, de acordo com uma modalidade preferida da invenção, o dispositivo de carregamento é um dispositivo de carregamento giratório que compreende o seguinte:
[017] um alojamento estacionário destinado à montagem na garganta do forno de cuba, o alojamento estacionário tem um canal de alimentação com uma seção de entrada e uma seção de saída pelas quais o material de carga flui em direção ao forno de cuba;
[018] um rotor de suspensão com um distribuidor de carga, o rotor de suspensão é sustentado no alojamento estacionário para girar em torno do eixo; e [019] em que o rotor de suspensão e o alojamento estacionário interagem para formar o invólucro principal do dispositivo de carregamento giratório em que os mecanismos que auxiliam na rotação e articulação do distribuidor de carga podem normalmente ser dispostos.
[020] O presente sistema leva em conta as informações que refletem o estado do carregamento para determinar o nível de gás limpo e ele não necessita uma medição de pressão permanente no gás do forno. Como explicado acima, os inventores observaram que as diferentes taxas de fluxo de gás limpo podem ser utilizadas dependendo do carregamento ou não do forno, além do tipo de matéria prima carregada no forno. Em particular, uma taxa de fluxo de gás limpo comparativamente menor é necessária para que o gás do forno com sobrecarga de poeira não ingresse no invólucro principal quando o material não é carregado. Por outro lado, o
Petição 870180136883, de 02/10/2018, pág. 11/21 / 10 abastecimento/pressão de gás limpo tende geralmente a aumentar quando a matéria prima é introduzida no forno.
[021] A expressão “informações do estado do carregamento” é considerada no sentido de contemplar qualquer informação que reflete o estado do carregamento do dispositivo, respectivamente, do forno. As informações do estado do carregamento podem indicar o seguinte: o dispositivo de carregamento é efetivamente (deve ser) operado para carregar o forno; ou que o material de carga flui efetivamente pelo dispositivo de carregamento até o forno; ou que nenhum carregamento é realizado.
[022] As informações do estado do carregamento podem incluir vantajosamente informações que identificam o tipo de material de carga que é utilizado como um parâmetro a mais para determinar o nível visado de abastecimento ou pressão de gás limpo.
[023] Na prática, a implementação da invenção pode envolver a calibração do nível de abastecimento ou pressão de gás limpo que é apropriado a cada estado do carregamento. O controlador pode armazenar o mapa correspondente do abastecimento/pressão de gás limpo versus o estado da operação.
[024] Como observado mais adiante pelos conhecedores da técnica, as informações do estado do carregamento podem ser oriundas do programa de carga do forno de cuba. O programa de carga define convencionalmente o procedimento de carregamento em lote do forno de cuba, e inter alia os tipos e quantidades de matérias primas e sua ordem de abastecimento no interior do alto-forno. O controlador é preferivelmente configurado para receber do controlador do programa de carregamento as informações de carregamento relevantes que refletem o estado efetivo da carga.
Petição 870180136883, de 02/10/2018, pág. 12/21 / 10 [025] Pelas razões supra, a invenção propõe um controle de circuito aberto do abastecimento de gás limpo, em particular nitrogênio, no invólucro principal do dispositivo de distribuição. O esquema de controle proposto compreende vantajosamente a adaptação da taxa de fluxo de gás limpo no invólucro principal com base nas informações do programa de carregamento disponíveis no sistema de controle do alto-forno.
[026] Em comparação ao controle de circuito fechado com um sensor de pressão, a invenção propõe uma forma mais simples e estável de controlar a pressão de gás limpo no invólucro principal. Ela pode ser operada com calibração com base nas informações disponíveis no sistema de controle do alto-forno. Ela não necessita de um sensor de pressão diferencial de alta precisão (pressão no invólucro principal do sistema de carregamento/pressão do alto-forno) cuja segurança é desafiada pelas condições críticas no forno.
[027] Em comparação ao preenchimento de nitrogênio básico, em que uma única taxa de fluxo de nitrogênio é determinada sem depender da operação do forno, a economia de nitrogênio é substancial.
Breve Descrição dos Desenhos [028] A invenção é descrita a seguir com exemplos e com referência aos seguintes desenhos em anexo:
[029] - a FIG. 1 é uma vista básica, transversal e vertical no dispositivo de distribuição giratório do forno de cuba.
Descrição Detalhada de uma Modalidade Preferida [030] A Fig. 1 mostra os elementos principais do dispositivo de distribuição giratório 10 para distribuir material de carga a granel (“peso”) em um forno de cuba, especialmente na linha de estoque de um alto-forno (não mostrado). Como é sabido no estado da técnica, o dispositivo 10 é projetado para fazer parte da instalação de carregamento superior do forno (não mostrado).
Petição 870180136883, de 02/10/2018, pág. 13/21 / 10 [031] Geralmente, o dispositivo de distribuição 10 é disposto para fechar a abertura do topo do reator, isto é, na garganta do forno. O dispositivo de distribuição 10 é alimentado com material de carga por um ou mais funis de armazenagem intermediários (não mostrado), isto é, de acordo com a configuração apresentada em WO 2007/082633.
[032] O dispositivo de distribuição 10 tem um alojamento estacionário 12 com um flange montado e circunferencial em forma de anel em sua parte inferior, e na circunferência externa pela qual o invólucro é geralmente fixo, à prova de vazamentos, isto é, na borda (não mostrado) da abertura da garganta do forno. Dentro do invólucro 12, um rotor de suspensão, geralmente identificado como 14, é sustentado por um rolamento de rolos anular e de diâmetro largo 16 (isto é, rolamento de giro) no alojamento estacionário 12. O rotor 14 é giratório em torno do eixo de rotação A substancialmente vertical que corresponde, por exemplo, ao eixo do alto-forno. Como visto na Figura, a calha de distribuição, geralmente identificada como 18, é montada no rotor de suspensão 14 para girar junto com ele em torno do eixo A. a calha 18 compreende um par de braços de suspensão lateral 20 pelo qual ele é suspenso no rotor de suspensão 14 permitindo sua inclinação em torno do eixo horizontal. Como consequência, a calha 18 gira em torno do eixo B e é articulada em torno do eixo A.
[033] Na presente variante, o rotor define 14 o canal de alimentação central 19 do dispositivo 10 pelo qual o material de carga flui pelos funis de armazenagem acima até a calha de distribuição 18. Em outros momentos, um bico de alimentação que define um canal de alimentação mais estreito pode ser disposto dentro do rotor 14.
[034] Como observado a seguir, o rotor de suspensão 14 e o alojamento estacionário 12 interagem para formar o invólucro principal 22 no dispositivo de carregamento giratório e definem uma câmera anular
Petição 870180136883, de 02/10/2018, pág. 14/21 / 10 substancialmente fechada. O invólucro principal 22 envolve o canal de alimentação 19.
[035] Convencionalmente, uma parte dos mecanismos (não mostrada) necessita girar o rotor 14 em torno do eixo A e inclinar a calha em torno do eixo horizontal que são dispostos no invólucro principal 22. A configuração dos mecanismos que giram e inclinam a calha 18 é conhecida no estado da técnica e, por não ser o foco da invenção, não apresenta maiores descrições. Para maiores detalhes sobre os mecanismos, pode-se referir ao documento US 2003/0180129. Além disso, é instalado convencionalmente dentro do invólucro principal 22 um sistema de refrigeração que não danifica os mecanismos e, em especial, mas não exclusivamente, e protege seus componentes necessários à operação do rotor 14 e da calha 18.
[036] Pode-se observar que o rotor 14 compreende um suporte tubular ou corpo 24 que é disposto e coaxial ao eixo de rotação A e que sustenta a calha 18. O corpo tubular 24 se estende verticalmente desde a seção de entrada 26 do alojamento estacionário 12 (também a entrada do canal de alimentação 19), em que o anel externo 161 do rolamento de rolo 16 é fixo, até a seção de saída 28 na extremidade inferior do alojamento 12 (saída do canal de alimentação 19). O anel interior 162 do rolamento de rolo 18 é fixo na borda superior do corpo 24. No exemplo da variante, o corpo do rotor 24 tem um perfil graduado que se amplia em direção ao forno e termina com um flange anular e horizontal 30 que também forma uma tela entre o interior do invólucro principal 22 e o interior do forno.
[037] O flange 30 do rotor de suspensão 14 se estende lateralmente (radialmente) na proximidade do contraflange horizontal e periférico 32 do alojamento estacionário 12. As dimensões respectivas do flange do rotor 30 e do flange do alojamento 32 são projetadas para manter, da menor forma
Petição 870180136883, de 02/10/2018, pág. 15/21 / 10 possível, a fenda anular 34 que forma a ação operacional que faz o rotor girar 14.
[038] Devido à ação operacional, o gás do forno pode ingressar no invólucro principal 22 - representado por setas 36 - e quantidades substanciais de poeira e partículas podem ser nele depositadas e prejudicar a operação das engrenagens e outros mecanismos nele instalados. Outra área crítica referente ao fluxo de gás do forno no invólucro principal 22 se encontra no nível do rolamento 16. Para minimizar a entrada do gás do forno no invólucro principal 22, o gás limpo, preferivelmente nitrogênio, é introduzido no invólucro principal, isto é, por um ou mais bocais 38, sendo mantida a pressão do gás limpo pelo menos ligeiramente superior àquela dentro do forno.
[039] Deve-se observar que no dispositivo a taxa do fluxo de gás limpo dentro do invólucro principal 22 é controlada por um controlador 40 com base nas informações que refletem o estado do carregamento do dispositivo 10 ou forno.
[040] Como explicado acima, os inventores observaram que as taxas do fluxo de gás limpo podem ser utilizadas, dependendo de o forno ser ou não carregado, e também do tipo de matéria prima carregada no forno. Em particular, a taxa do fluxo de gás limpo comparativamente menor é necessária para que o gás do forno não ingresse no invólucro principal 22 quando não há material carregado. Em contrapartida, a taxa do fluxo de gás limpo é geralmente maior quando a matéria prima é introduzida no forno. [041] O estado do carregamento é oriundo do programa de carga convencionalmente utilizado no sistema de controle do alto-forno. O controlador 40 pode se comunicar com o sistema de controle do alto-forno e, preferivelmente, nele integrado.
[042] A taxa do fluxo de gás limpo é necessária para que o gás do forno não ingresse no invólucro quando o carregamento dos materiais com
Petição 870180136883, de 02/10/2018, pág. 16/21 / 10 conteúdo de ferro é maior do que a referida taxa quando com carga de coque. A menor taxa do fluxo de gás limpo ocorre quando o dispositivo de carregamento 10 está em repouso e o material de carga não é introduzido. [043] Embora sem se limitar à teoria, acredita-se que a amplitude da variação de pressão entre os vários materiais de carga depende da respectiva densidade aparente e índice nulo. Quanto mais compacto o volume de matéria prima (índice nulo mínimo entre as partícula do material a granel), maiores o deslocamento das correntes de gás e a pressão do gás no forno próximo ao dispositivo de distribuição giratório 10.
[044] Na prática, a taxa do fluxo de gás limpo adequada para que o gás do forno não ingresse no invólucro principal 22 pode ser determinada pela calibração.
[045] O mapa, por exemplo, mostrado na tabela 1, da pressão de gás limpo ou taxa de fluxo versus o estado do carregamento pode ser armazenado no controlador, o qual adapta o abastecimento de gás limpo em função do estado do carregamento. Como será entendido a partir das explicações acima: L1 < L2 < L3.
Tabela 1
| Estado do carregamento | Pressão de gás limpo ou taxa de fluxo |
| 1 - sem carrregamento | L1 |
| 2 - carregamento / coque | L2 |
| 3 - carregamento / carga ferrosa | L3 |
[046] Concluindo, embora a presente invenção seja descrita com relação a uma modalidade particular do alojamento estacionário e do rotor interno, fica claro que a regulação proposta de gás limpo pode ser implementada com uma variedade de modelos do dispositivo de distribuição giratório, assim como do invólucro principal.
Claims (6)
1. Dispositivo de carregamento para forno de cuba, compreendendo:
- um invólucro principal (22) que envolve um canal de alimentação (19);
- uma calha de distribuição móvel (18) para distribuir material de carga nela depositado pelo canal de alimentação (19); e
- pelo menos um bocal (38) para introduzir gás limpo no invólucro principal (22);
caracterizado por um controlador (40) que é configurado para adaptar o abastecimento ou a pressão do gás limpo no invólucro principal (22) dependendo das informações do estado de carregamento, em que a informação do estado de carregamento é indicativa do tipo do material de carga e se o material de carga está atualmente sendo carregado no forno, ou não;
em que as referidas informações do estado da carga são determinadas pelo programa de carga do alto-forno, o referido controlador (40) compreendendo um mapa que prescreve uma pressão predeterminada ou o nível de fluxo do gás limpo em cada fase do programa de carga do altoforno;
em que para cada fase do programa de carga do alto-forno em que a pressão predeterminada ou o nível de fluxo é calibrado para manter a pressão do gás limpo no invólucro principal superior à pressão do gás no forno na proximidade do dispositivo de carregamento (10);
em que no caso do material não ser carregado no invólucro do alto-forno, e pelo controlador (40) operar em uma pressão predeterminada ou nível de fluxo inferior àquela utilizada durante a fase de carga; e em que o referido gás limpo é nitrogênio.
Petição 870190009381, de 29/01/2019, pág. 8/10
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2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser um dispositivo de carga giratório que compreende:
- um alojamento estacionário (12) destinado à montagem na garganta do forno de cuba;
- um rotor de suspensão (14) com um distribuidor de carga (18), o rotor de suspensão é sustentado no alojamento estacionário (12) para girara em torno de um eixo;
sendo que o rotor de suspensão (14) e o alojamento estacionário (12) interagem para formar o invólucro principal (22) do dispositivo de carga giratório.
3. Método para operar um dispositivo de carregamento de um forno de cuba que compreende um invólucro principal (22); sendo o gás limpo suprido ao invólucro principal para nele impedir o fluxo de gás do forno;
caracterizado pelo abastecimento ou pressão do gás limpo ser adaptado em função das informações do estado do carregamento; em que dita informação de estado de carregamento é indicativa se o material de carga está atualmente carregado no forno, ou não.
4. Método de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelas informações do estado do carregamento serem determinadas pelo programa de carregamento do alto-forno.
5. Método de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo dispositivo de carregamento compreender um alojamento estacionário (12) e um rotor de suspensão (14) com um distribuidor de carga (18), e pelo rotor de suspensão ser sustentado no alojamento estacionário (12) para girar em torno de um eixo; o rotor de suspensão (14) e o alojamento estacionário (12) interagem para formar o invólucro principal (22) do dispositivo de carregamento.
Petição 870190009381, de 29/01/2019, pág. 9/10
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6. Controlador para um dispositivo de carregamento de um forno de cuba, caracterizado por ser configurado para receber informações do estado do carregamento e gerar um sinal de controle de pressão de gás limpo em função das informações do estado do carregamento, em que dita informação de estado de carregamento indicativa de se o material de carga está atualmente carregado no forno, ou não.
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