BR112016013581B1

BR112016013581B1 - Forno metalúrgico

Info

Publication number: BR112016013581B1
Application number: BR112016013581-4A
Authority: BR
Inventors: John Chao
Original assignee: 9282-3087 Québec (Dba Tmc Canada)
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2019-10-15
Also published as: CN108613554A; CA2875536A1; CN104729299B; CN104729299B8; CN105579803B; CN108613555A; US20190285346A1; FI20195097A1; CN108826959A; FI20165480A; CN108592640A; US20180031324A1; CA2932161A1; CN108826959B; US20150176907A1; US9752830B2; US20170030646A1; BR112016013581A2; AP2016009317A0; CN104729299A

Abstract

a presente invenção refere-se a um forno metalúrgico que inclui um elemento refratário, que pode incluir uma camada interna, que inclui tijolos de um primeiro tipo tendo uma espessura de dissipação de calor, e tijolos de um segundo tipo tendo uma maior espessura sacrificial e se salientando em direção do espaço do forno. o forno pode incluir um membro de exercer força para a contração de uma carcaça externa segmentada em torno do elemento refratário, interna, na medida em que o elemento refratário se contrai quando se resfria. o membro de exercer força pode incluir um membro de tensão. o forno pode incluir um membro de compressão vertical para exercer uma força de compressão sobre o elemento refratário, verticalmente compri-mindo o elemento refratário na medida em que o mesmo se contrai. o forno pode incluir um sistema de resfriamento, que inclui uma manga que circunda a camada de ar aquecido, e membros de deslocamento de ar para deslocar em afastamento o ar aquecido. o forno pode incluir uma região de abóbada, que tem membros de suspensão que se estendem através do mesmo, para suportar uma malha interna, a malha interna suportando o material isolante. o forno pode também incluir uma vedação de eletrodo tendo uma pluralidade de membros de sapata orientados contra o(s) eletrodo(s).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para FORNO METALÚRGICO.

Campo Técnico [001] A presente invenção em geral refere-se a fornos metalúrgicos, e, mais particularmente, a fornos metalúrgicos elétricos. Antecedentes [002] Diversas formas de forno metalúrgico tendo um refratário, uma carcaça de aço externa circundando o refratário, uma região de abóbada, e uma região de soleira são conhecidos na técnica. Os fornos conhecidos na técnica podem ser retangulares ou quadrados em seção horizontal (quando visto a partir de cima ou de baixo), ou podem ser redondos em seção horizontal. Os fornos conhecidos na técnica em geral têm uma estrutura de metal suportada pela região de soleira e protegida pelo refratário, no qual metal, escória, e outros materiais têm que ser aquecidos. Acima do metal aquecido e escória está uma área de espaço referida como borda livre, que é circundada horizontalmente pelo refratário. Um forno metalúrgico elétrico usa eletricidade para aquecer e fundir. Mais particularmente, em um típico forno metalúrgico elétrico redondo, três eletrodos são usados para produzir arcos elétricos para aquecer os conteúdos da região de soleira. Em um típico forno elétrico, o refratário é tipicamente produzido de tijolos empilhados.

[003] O refratário de tijolo tipicamente serve para proporcionar isolamento térmico entre os diferentes elementos dentro do forno, que inclui metal fundido e escória assim como gás aquecido no espaço interno do forno, a partir do ambiente circunvizinho. Nos fornos conhecidos na técnica, a temperatura do material fundido pode variar a partir de 1400 a 2200 graus Celsius. Em uso, a superfície interna do refratário de tijolo pode ser revestida com uma camada de sólido de escória congelada ou fumaças e poeiras depositadas, também referidas co

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2/64 mo um cascão, cuja camada pode ser aquecida a uma temperatura em excesso de 1000 graus Celsius. A espessura do referido cascão irá variar dependendo do nível de energia do forno e do comprimento do arco, que é uma função da voltagem.

[004] Em alguns fornos conhecidos na técnica, os espaços entre os tijolos do refratário de tijolo e as rachaduras dentro dos tijolos tende a se formar com o tempo e o uso, especialmente no decurso de ciclos repetidos de aquecimento e de resfriamento em virtude de tensões térmicas. Adicionalmente, o refratário de tijolo pode ser corroído ou degradado em virtude de tensões químicas, térmicas e mecânicas causadas pelas propriedades do metal fundido e escória contido no mesmo, o que resulta em eventual ruptura do refratário a partir de dentro. Espaços e rachaduras no refratário podem resultar em escape do metal fundido a partir do forno, para dentro da alvenaria de tijolo do refratário. O desgaste e a ruptura dos tijolos podem, em última análise, resultar em falha do refratário. O risco de vazamento através do cascão e então através de espaços no refratário, e eventualmente para fora do forno, é aumentado pelos espaços entre os tijolos do refratário. [005] Em alguns fornos conhecidos na técnica, a região de abóbada falha em proporcionar o adequado isolamento térmico para o ambiente circunvizinho. A região de abóbada pode adicionalmente falhar em proporcionar uma barreira para evitar o escape de gases tóxicos, que incluem monóxido de carbono, no ambiente circunvizinho, criando um ambiente potencialmente perigoso para os trabalhadores.

[006] Em alguns fornos elétricos conhecidos na técnica, a alta temperatura criada pelos eletrodos pode indevidamente aquecer a região de abóbada. Adicionalmente, a alta voltagem que corre através dos eletrodos pode causar risco de choque elétrico para os trabalhadores que estão trabalhando próximos da região de abóbada.

[007] A presente invenção em geral vai de encontro a determina

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3/64 dos inconvenientes dos fornos metalúrgicos conhecidos na técnica. SUMÁRIO [008] O presente sumário é proporcionado para introduzir uma seleção de conceitos em uma forma simplificada que são adicionalmente descritos abaixo na Descrição Detalhada. O presente Sumário não é pretendido para identificar as características chaves ou características essenciais do assunto reivindicado, nem é pretendido que seja usado como um auxílio para determinar o âmbito do assunto reivindicado.

[009] Em algumas modalidades, a presente invenção procura proporcionar um forno metalúrgico tendo um refratário com uma carcaça de aço externa segmentada expansível, para permitir que o refratário se expanda e se contraia com a ciclagem térmica do forno. Em algumas modalidades, a presente invenção procura proporcionar um forno metalúrgico tendo um membro de compressão vertical em comunicação com o refratário, para permitir que o refratário se expanda e se contraia verticalmente com ciclagem térmica do forno. Em algumas outras modalidades, a presente invenção procura proporcionar um forno metalúrgico tendo uma região de abóbada isolada. Em algumas modalidades adicionais, a presente invenção procura proporcionar o isolamento dos eletrodos. Em algumas modalidades adicionais, a presente invenção procura proporcionar resfriamento externo de um forno. Embora existam sinergias entre os vários exemplos de modalidades, as modalidades são esperadas funcionar com outros fornos de design convencional (por exemplo, refratário de tijolo convencional e/ou eletrodo e/ou sistema de resfriamento externo e/ou designs de região de abóbada).

[0010] Em um primeiro aspecto amplo, a presente invenção proporciona um forno metalúrgico tendo um refratário, que circunda um espaço do forno, para a dissipação de calor quando o espaço do fo rno

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4/64 é aquecido, e um membro de exercer força para a contração de uma carcaça externa segmentada em torno do refratário, em direção do espaço do forno, na medida em que o refratário se contrai quando o espaço do forno está resfriando.

[0011] O membro de exercer força pode permitir que o refratário se expanda quando o espaço do forno é aquecido e pode exercer uma força de compressão no refratário na medida em que o refratário se contrai quando o espaço do forno está resfriando. O membro de exercer força pode ter pelo menos um cabo disposto em torno de uma superfície externa da carcaça externa segmentada, e pode ter uma pluralidade de pares de cabos dispostos em intervalos em torno de uma superfície externa da carcaça externa segmentada. Os cabos podem ter um membro de tensão montado ao mesmo para ajustar o comprimento do cabo, para desse modo ajustar a tensão do membro de tensão e a força exercida pelo cabo.

[0012] Em outro aspecto, o membro de exercer força pode ser uma pluralidade de membros de pressão dispostos em torno de uma superfície externa da carcaça externa segmentada, cada membro de pressão para exercer pressão contra a superfície externa e desse modo exercer uma força de compressão na mesma. Os membros de pressão podem ser membros de mola, podem ser orientados contra a superfície externa da carcaça de aço segmentada por membros de orientação, e podem ser ajustáveis para aplicar maior ou menor força de compressão na carcaça externa segmentada.

[0013] Em outro aspecto, o forno pode ter pelo menos um membro de tensão, que pode ser uma mola, montada ao membro de exercer força para exercer tensão no membro de exercer força, para desse modo exercer a força de compressão. O membro de exercer força pode ser suportado em pelo menos um membro de suporte, ou pode ser suportado em uma pluralidade de membros de suporte que podem ser

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5/64 colunas verticais, por exemplo, colunas do tirante de suporte do assento, dispostas em torno da carcaça externa segmentada. O membro de posicionamento pode permitir o movimento da carcaça externa segmentada com relação ao membro de exercer força. O membro de exercer força pode engatar pelo menos um membro de posicionamento, e o membro de posicionamento pode ser um membro de roda montado em modo pivotável ao membro de suporte.

[0014] Em outro aspecto, o forno pode ter pelo menos um membro de ajuste de força conectado ao membro de exercer força, para inicialmente ajustar a força exercida pelo membro de exercer força. Pelo menos um membro de medir força pode ser conectado a um membro de tensão, que pode ser um dinamômetro para medir a tensão da mola, para medir a tensão do membro de tensão e desse modo medir a força exercida pelo membro de exercer força.

[0015] Em outro aspecto, o refratário pode ser radialmente simétrico em seção transversal em pelo menos um ponto ao longo de sua altura, e pode ser em geral redondo em seção transversal em pelo menos um ponto ao longo da altura do refratário. A carcaça externa segmentada pode ser em geral de formato cilíndrico em uma configuração contraída quando o espaço do forno é resfriado, e pode ter pelo menos um espaço entre os segmentos de carcaça horizontalmente adjacentes em uma configuração expandida quando o espaço do forno é aquecido.

[0016] Em outro aspecto, o forno pode ter um ou mais membros de vedação para vedar um espaço entre os segmentos de carcaça horizontalmente adjacentes em uma configuração expandida quando o espaço do forno é aquecido. Os membros de vedação podem ser tiras para a colocação entre o refratário e a carcaça externa em uma posição para vedar pelo menos um espaço entre os segmentos de carcaça horizontalmente adjacentes em uma configuração expandida quando o

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6/64 espaço do forno é aquecido.

[0017] Em outro aspecto, o refratário pode ter uma camada mais interna de tijolos termicamente condutores dispostos em torno do espaço do forno para absorção e dissipação do calor. O refratário pode também ter pelo menos uma camada adicional de tijolos termicamente condutores dispostos em torno da camada mais interna de tijolos termicamente condutores, para adicional absorção e dissipação de calor. A camada adicional pode incluir tijolos produzidos de um material diferente do que tijolos de camada mais interna. Alguns dos tijolos termicamente condutores podem incluir um material de periclásio. O refratário pode também ter uma camada de tijolos mais externa disposta em torno das uma ou mais camadas de tijolos termicamente condutores, que pode ser produzida de um material de grafite.

[0018] Em outro aspecto, antes do espaço do forno ser inicialmente aquecido, o forno pode ter pelo menos uma camada de material de espaçamento entre a camada mais interna e pelo menos uma camada adicional de tijolos termicamente condutores, desse modo resultando em um diâmetro de refratário maior do que uma configuração contraída da carcaça. O material de espaçamento pode ser produzido de um material adaptado para combustão ou se dissipar quando o espaço do forno é aquecido, desse modo deixando o espaço para compensar espaço adicional ocupado por expandir os tijolos termicamente condutores.

[0019] Em outro aspecto, a carcaça externa segmentada do forno pode ter pelo menos três segmentos, pode ter um menor ou maior número de segmentos proporcionais com o tamanho relativo do forno, e pode ter oito ou mais segmentos. Cada segmento da carcaça externa segmentada pode ter uma borda que é adaptada para cooperar com uma borda de um segmento de carcaça adjacente.

[0020] Em outro aspecto, o forno pode ter um ou mais membros

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7/64 de vedação para a colocação entre a carcaça externa segmentada e o refratário, cada membro de vedação para vedar um ou mais espaços formados entre os segmentos de carcaça horizontalmente adjacentes em uma configuração expandida quando o espaço do forno é aquecido.

[0021] Em outro aspecto, o forno pode ter um ou mais membros de retenção para conectar de modo móvel os pares de segmentos de carcaça horizontalmente adjacentes, cada membro de retenção desse modo proporcionando uma distância de espaço máximo entre cada par conectado de segmentos de carcaça horizontalmente adjacentes.

[0022] Em um segundo aspecto amplo, a presente invenção proporciona um método de adaptar um forno metalúrgico tendo um refratário que circunda um espaço interno do forno para a dissipação de calor quando o espaço do forno é aquecido, e tendo uma carcaça externa contígua que circunda o refratário. O método pode incluir as etapas de dividir a carcaça externa em uma carcaça externa segmentada, e dispor pelo menos um membro de exercer força em torno do refratário, o membro de exercer força para a contração da carcaça externa segmentada, em direção do espaço do forno, na medida em que o refratário se contrai quando o espaço do forno está resfriando.

[0023] Em outro aspecto, o membro de exercer força pode permitir que o refratário se expanda quando o espaço do forno é aquecido, e pode exercer uma força de compressão no refratário na medida em que o refratário se contrai quando o espaço do forno está resfriando. O membro de exercer força pode incluir um cabo disposto em torno de uma superfície externa da carcaça externa segmentada.

[0024] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de substituir o refratário com pelo menos uma camada interna de tijolos termicamente condutores que circunda o espaço interno do forno, e com pelo menos uma camada externa de tijolos que circunda as uma

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8/64 ou mais camada internas. A camada interna pode incluir tijolos com base em periclásio, alumina, sílica ou cromo, e a camada externa pode incluir tijolos de grafite.

[0025] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de montar pelo menos um membro de tensão, que pode ser uma mola, ao membro de exercer força para manter o membro de exercer força sob tensão.

[0026] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de suportar o membro de exercer força em pelo menos um membro de suporte, que pode ser uma coluna vertical, disposta em torno da carcaça externa segmentada.

[0027] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de engatar o membro de exercer força com pelo menos um membro de posicionamento, o membro de posicionamento para permitir o movimento da carcaça externa segmentada com relação ao membro de exercer força. O membro de posicionamento pode ser um membro de roda montado em modo pivotável à coluna vertical.

[0028] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de conectar pelo menos um membro de ajuste de força ao membro de exercer força para ajustar a força exercida pelo membro de exercer força. O método pode adicionalmente incluir uma etapa de ajustar o comprimento do membro de exercer força com um membro de ajuste de força, para desse modo ajustar a tensão do membro de tensão e a força exercida pelo cabo, e pode também incluir uma etapa de conectar pelo menos um membro de medir força a um membro de tensão e medir a força exercida pelo membro de exercer força.

[0029] Em outro aspecto, onde o membro de exercer força inclui um cabo e um membro de ajuste de força é para ajustar o comprimento do cabo, para desse modo ajustar a tensão do membro de tensão e assim a força exercida pelo cabo, um membro de medir força pode ser

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9/64 um dinamômetro, para medir a força exercida pelo cabo.

[0030] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de dispor pelo menos uma camada de material de espaçamento entre os tijolos termicamente condutores da mesma camada de refratário, desse modo resultando em um diâmetro do refratário maior do que uma configuração contraída da carcaça, em que o material de espaçamento inclui um material adaptado para combustão ou dissipação quando o espaço do forno é aquecido, desse modo deixando um espaço para compensar espaço adicional ocupado por tijolos em expansão termicamente condutores.

[0031] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de dividir a carcaça externa em pelo menos três segmentos, pelo menos oito segmentos, e/ou em um menor ou maior número de segmentos proporcionais com o tamanho relativo do forno.

[0032] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de proporcionar um ou mais membros de vedação entre a carcaça externa segmentada e o refratário, cada membro de vedação para vedar um ou mais espaços formados entre os segmentos de carcaça horizontalmente adjacentes em uma configuração expandida quando o espaço do forno é aquecido.

[0033] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de conectar de modo móvel um ou mais pares de segmentos de carcaça horizontalmente adjacentes, desse modo proporcionando uma distância de espaço máximo entre cada par conectado de segmentos de carcaça horizontalmente adjacentes.

[0034] Em um terceiro aspecto amplo, a presente invenção proporciona um membro de exercer força para uso em um forno metalúrgico tendo um refratário, que circunda um espaço do forno do forno, para a dissipação de calor quando o espaço do forno é aquecido. O membro de exercer força tem uma estrutura circundante que circunda

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10/64 uma carcaça externa segmentada em torno do refratário, e tem pelo menos um membro de tensão, que pode ser uma mola e que pode ser conectado a um elemento de ajuste de tensão inicial para inicialmente ajustar a força exercida pelo membro de exercer força, para exercer força na estrutura circundante para a contração da carcaça externa segmentada em torno do refratário, em direção do espaço do forno , na medida em que o refratário se contrai quando o espaço do forno está resfriando.

[0035] Em outro aspecto, o membro de tensão inicial é para ajustar o comprimento do membro de exercer força. O membro de exercer força pode ser montado a um membro de ajuste de força, que pode ser um dinamômetro, para medir a força exercida pelo membro de exercer força.

[0036] Em um quarto aspecto amplo, a presente invenção proporciona um forno metalúrgico que inclui um refratário, que pode ser produzido de uma pluralidade de tijolos que circunda o espaço do forno, que circunda um espaço do forno para a dissipação de calor quando o espaço do forno é aquecido e um membro de compressão vertical exercer uma força de compressão sobre o refratário, desse modo verticalmente comprimindo o refratário na medida em que o refratário se contrai quando o espaço do forno está resfriando. O membro de compressão vertical(s) pode ser uma ou mais molas.

[0037] Em outro aspecto, o membro de compressão vertical pode ser adicionalmente para permitir a expansão do refratário par se expandir quando o espaço do forno é aquecido.

[0038] Em outro aspecto, o refratário pode incluir uma primeira camada de tijolos que circunda o espaço do forno e uma segunda camada de tijolos que circunda a primeira camada de tijolos.

[0039] Em outro aspecto, o forno pode incluir um ou mais membros de transferência de força para transferir a força exercida pelo

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11/64 membro de compressão vertical a um ou mais dos tijolos nas camadas. Um membro de transferência de força pode ser um membro de cobertura para transferir a força exercida para a camada de tijolos.

[0040] Em outro aspecto, a primeira camada de tijolos pode não ser ancorada na segunda camada de tijolos.

[0041] Em outro aspecto, o membro de compressão vertical pode incluir um membro de ajuste de força para ajustar a força exercida desse modo. O membro de compressão vertical pode também ser montado a um membro de suspensão, o qual, por sua vez pode ser montado a um membro de suporte. O membro de suspensão pode ser montado de modo móvel ao membro de suporte, para permitir o movimento dos membros de suspensão para acomodar a contração e/ou a expansão do refratário. O forno pode também incluir um ou mais membros de ajuste de comprimento para ajustar o comprimento de cada membro de suspensão, para desse modo ajustar a força exercida pelo membro de compressão vertical.

[0042] Em outro aspecto, o refratário é adaptado para compensar a maior expansão de uma porção interna do refratário em comparação com aquela de uma porção externa do refratário quando o refratário é aquecido pelo espaço do forno. O refratário pode incluir pelo menos uma camada de tijolos que circunda o refratário, e a camada de tijolos podem incluir pelo menos um tijolo tendo uma maior altura vertical em uma face externa em comparação com aquela de uma face interna, para compensar a maior expansão da face interna em comparação com aquela da face externa quando o tijolo é aquecido pelo espaço do forno.

[0043] Em um quinto aspecto amplo, a presente invenção proporciona um método de adaptar um forno metalúrgico que inclui um refratário, o refratário que circunda um espaço do forno e para a dissipação de calor quando o espaço do forno é aquecido e opcionalmente que

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12/64 inclui uma pluralidade de tijolos que circundam o espaço do forno. O método inclui uma etapa de dispor um membro de compressão vertical contra o refratário para verticalmente comprimir o refratário na medida em que o refratário se contrai quando o espaço do forno está resfriando e/ou para acomodar a expansão vertical do refratário quando o forno está aquecendo. O refratário pode incluir uma primeira camada de tijolos que circunda o espaço do forno e uma segunda camada de tijolos que circunda a primeira camada de tijolos.

[0044] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de dispor um ou mais membros de transferência de força entre o membro de compressão vertical e o refratário, um membro de transferência de força, que pode ser um membro de cobertura para transferir a força a pelo menos uma das camadas de tijolos, e é para transferir força exercida pelo membro de compressão vertical, que pode ser uma mola, a um ou mais dos tijolos nas camadas.

[0045] Em outro aspecto, a primeira camada de tijolos pode não ser ancorada na segunda camada de tijolos.

[0046] Em outro aspecto, o membro de compressão vertical pode incluir um membro de ajuste de força para ajustar a força exercida.

[0047] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de montar o membro de compressão vertical a um membro de suspensão, que pode por sua vez ser montado a um membro de suporte.

[0048] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de montar de modo móvel o membro de suspensão ao membro de suporte, para desse modo permitir o movimento dos membros de suspensão para acomodar pelo menos um de contração ou expansão do refratário.

[0049] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de montar um ou mais membros de ajuste de comprimento ao membro de suspensão, e ajustar o comprimento do membro de suspensão com o

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13/64 membro de ajuste de comprimento, para desse modo ajustar a força exercida pelo membro de compressão vertical.

[0050] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de adaptar o refratário para compensar maior expansão de uma porção interna do refratário em comparação com aquela de uma porção externa do refratário quando o refratário é aquecido pelo espaço do forno.

[0051] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de adaptar pelo menos um tijolo no refratário para ter uma maior altura vertical em uma face externa em comparação com aquela de uma face interna, para compensar maior expansão da face interna em comparação com aquela da face interna quando o tijolo é aquecido pelo espaço do forno.

[0052] Em um sexto aspecto amplo, a presente invenção proporciona um sistema para o resfriamento de um forno metalúrgico, o sistema que inclui uma manga externa que circunda a camada de ar aquecida por um espaço interno do forno do forno, e que inclui um ou mais membros de deslocamento de ar para deslocar o ar circundante aquecido em afastamento a partir do forno.

[0053] Em outro aspecto, o membro de deslocamento pode ser para extrair ar do refrigerador dentro da manga externa por deslocar o ar circundante aquecido em afastamento a partir do forno.

[0054] Em outro aspecto, o ar do refrigerador pode ser atraído para dentro da manga externa pelos um ou mais membros de deslocamento de ar.

[0055] Em outro aspecto, o ar circundante aquecido pode ser atraído em afastamento a partir do forno pelos um ou mais membros de deslocamento de ar.

[0056] Em outro aspecto, a manga externa pode incluir uma ou mais aberturas para permitir que o ar passe através da mesma.

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14/64 [0057] Em outro aspecto, o sistema pode incluir um ou mais bocais de pulverização para pulverizar líquido refrigerante, a partir de dentro da camada de ar, em direção de uma superfície externa do forno. Os bocais de pulverização podem incluir um aparelho atomizador para atomizar o líquido refrigerante para formar uma névoa e para pulverizar a névoa em direção da superfície externa do forno.

[0058] Em outro aspecto, o sistema pode incluir um monitor para monitorar o acúmulo de líquido refrigerante.

[0059] Em outro aspecto, o sistema pode incluir um elemento de regulagem para reduzir o coeficiente de pulverização do líquido refrigerante em resposta ao acúmulo de líquido refrigerante.

[0060] Em outro aspecto, a manga externa pode incluir uma pluralidade de segmentos de manga. Cada segmento de manga pode corresponder com um segmento de uma carcaça de aço que circunda um refratário do forno metalúrgico, e cada segmento de manga e segmento de carcaça correspondente pode ser para circundar de modo coletivo um volume de ar aquecido a partir da camada de ar para ser deslocada em afastamento a partir do forno.

[0061] Em um sétimo aspecto amplo, a presente invenção proporciona um método de resfriamento de um forno metalúrgico, que inclui as etapas de deslocar o ar aquecido por um espaço interno de forno do forno em afastamento a partir do forno com um ou mais membros de deslocamento de ar, o ar aquecido sendo circundado por uma manga externa desse modo formando a camada de ar aquecido que circunda o forno.

[0062] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de pulverizar líquido de resfriamento, a partir de dentro da camada de ar, em direção da superfície externa do forno.

[0063] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de atomizar o líquido de resfriamento para ser pulverizado em direção da

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15/64 superfície externa do forno.

[0064] Em outro aspecto, o método pode incluir uma etapa de regular a pulverização do líquido de resfriamento em resposta a níveis detectados de líquido de resfriamento em uma superfície inferior do forno.

[0065] Em outro aspecto, a manga externa pode incluir uma pluralidade de segmentos de manga. Cada segmento de manga pode corresponder com um segmento de uma carcaça de aço que circunda o refratário do forno metalúrgico, cada segmento de manga e segmento de carcaça correspondente sendo para circundar de modo coletivo um volume de ar aquecido a partir da camada de ar para ser deslocada em afastamento a partir do forno.

[0066] Em um oitavo aspecto amplo, a presente invenção proporciona uma região de abóbada para um forno metalúrgico, que inclui um membro de região de abóbada tendo membros de suspensão que se estendem através de uma superfície externa, os membros de suspensão suportando uma malha interna de um membro de região de abóbada, a malha interna suportando o material isolante, que pode ser capaz de ser fundido, e que pode ser não condutor, e/ou um material isolante térmico, e/ou que pode ser não reativo com água. O material isolante pode ser um material de alumina superior capaz de ser fundido. O material isolante tem uma espessura de mais do que 40 cm.

[0067] Em outro aspecto, a superfície externa pode formar uma tampa de cobre externa de extremidade aberta.

[0068] Em outro aspecto, a região de abóbada pode incluir uma pluralidade de membros de região de abóbada dimensionado para se encaixarem juntos para formar a região de abóbada.

[0069] Em outro aspecto, a superfície superior da região de abóbada pode ser dimensionada para permitir que o líquido refrigerante seja dispersado na mesma para fluir para fora em direção da periferia

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16/64 da região de abóbada, e pode ser dimensionado para conter a camada do líquido refrigerante na mesma. O líquido refrigerante pode ser para o resfriamento da região de abóbada e/ou para proporcionar uma vedação de líquido na região de abóbada para evitar a fuga de gás a partir de um espaço interno do forno.

[0070] Em outro aspecto, a região de abóbada pode incluir um orifício contíguo para conter o líquido refrigerante, desse modo permitindo a formação da camada do líquido refrigerante tendo uma profundidade alvo para a formação na superfície superior da região de abóbada. O orifício pode incluir uma parede externa que é mais alta do que uma parede interna, para permitir a formação da camada do líquido refrigerante tendo a profundidade alvo para a formação na superfície superior da região de abóbada.

[0071] Em outro aspecto, a região de abóbada pode incluir uma armação estrutural suportada pelos membros de suspensão, a armação estrutural suportando a malha interna. A armação estrutural pode ser produzida parcialmente ou inteiramente de uma haste de reforço, e a malha interna pode ser produzida parcialmente ou inteiramente de malha de aço.

[0072] Em outro aspecto, a região de abóbada pode incluir uma bomba para dispensar e/ou circular o líquido refrigerante sobre a região de abóbada.

[0073] Em outro aspecto, a região de abóbada pode incluir um membro elástico para manter a vedação entre a região de abóbada e uma superfície superior do forno metalúrgico.

[0074] Em outro aspecto, pelo menos um espaço entre membros adjacentes da região de abóbada da pluralidade de membros de região de abóbada pode ser selado com um selante, que pode ser cimento, alcatrão, selante de silicone de alta temperatura, ou qualquer combinação dos mesmos, para evitar o fluxo de fluidos através do espaço.

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17/64 [0075] Em outro aspecto, a região de abóbada pode incluir pelo menos uma abertura para acomodar pelo menos um tubo de alimentação.

[0076] Em outro aspecto, a região de abóbada pode incluir um cilindro de cobre que se estende para dentro do espaço do forno em uma extremidade e que se estende adiante da altura do refrigerante líquido alvo em uma segunda extremidade, do cilindro de cobre que circunda o tubo de alimentação e unido em modo de vedação ao mesmo.

[0077] Em um nono aspecto amplo, a presente invenção proporciona um forno metalúrgico para a fundição de minerais que inclui um refratário, que circunda um espaço do forno, para a dissipação de calor quando o espaço do forno é aquecido. O refratário inclui uma camada interna tendo uma espessura de dissipação de calor, e a camada interna inclui uma primeira pluralidade de tijolos de um primeiro tipo tendo a espessura de dissipação de calor, e uma segunda pluralidade de tijolos de um segundo tipo tendo uma espessura sacrificial maior do que a espessura de dissipação de calor, a segunda pluralidade de tijolos se salientando em direção do espaço do forno. A espessura sacrificial pode ser determinada a partir de uma consistência previsível de escória fundida formada durante o uso do forno metalúrgico para a fundição de minerais, e pode ser determinada a partir de uma consistência previsível do metal fundido durante o uso do forno metalúrgico para a fundição de minerais.

[0078] Em outro aspecto, a espessura sacrificial pode variar ao longo da altura do refratário de acordo com diferentes propriedades de material dentro do refratário em variáveis alturas.

[0079] Em outro aspecto, a primeira pluralidade de tijolos e a segunda pluralidade de tijolos podem ser empilhadas de modo independente através do refratário, e podem ser empilhadas de maneira uni

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18/64 forme através do refratário, e podem ser empilhadas de maneira uniforme através do refratário formando um formato de favo de mel.

[0080] Em um décimo aspecto amplo, a presente invenção proporciona um método de modificar um refratário existente em um forno metalúrgico para a fundição de minerais, em que o refratário existente circunda um espaço do forno, para a dissipação de calor quando o espaço do forno é aquecido. O método inclui as etapas de proporcionar uma camada de refratário interno dentro do refratário existente, a camada de refratário interno tendo uma espessura de dissipação de calor, e a camada de refratário interno incluindo uma primeira pluralidade de tijolos de um primeiro tipo tendo uma espessura de dissipação de calor, e que inclui uma segunda pluralidade de tijolos de um segundo tipo tendo uma espessura sacrificial maior do que a espessura de dissipação de calor, a segunda pluralidade de tijolos se salientando em direção do espaço do forno.

[0081] Em outro aspecto, o método inclui etapa(s) de determinar a espessura sacrificial a partir de uma consistência previsível de escória fundida formada durante o uso do forno metalúrgico para a fundição de minerais, e/ou determinar a espessura sacrificial a partir de uma consistência previsível do metal fundido durante o uso do forno metalúrgico para a fundição de minerais.

[0082] Em outro aspecto, o método inclui a etapa de arranjar a primeira pluralidade de tijolos e a segunda pluralidade de tijolos em um modo de empilhamento através do refratário, e/ou uma maneira empilhada de modo uniforme através do refratário, e/ou em uma maneira empilhada de modo uniforme através do refratário, desse modo formando um formato de favo de mel.

[0083] Em um décimo primeiro aspecto amplo, a presente invenção proporciona uma vedação de eletrodo para uso em um forno metalúrgico. O forno inclui um espaço do forno aquecido por eletrodos

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19/64 que se estendem através de uma abertura dentro do espaço do forno, e a vedação inclui pelo menos três membros de sapata em contato lateral consecutivo, cada membro de sapata tendo um membro de orientação, que pode ser uma mola, que pode ser substituível, e que pode ser ajustável para proporcionar mais ou menos orientação, para orientar a superfície do membro de sapata contra um dos eletrodos desse modo permitindo que o um eletrodo se mova longitudinalmente dentro da vedação de eletrodo ao mesmo tempo em que proporciona isolamento elétrico entre o eletrodo e a abertura.

[0084] Em outro aspecto, os pelo menos três membros de sapata proporcionam uma vedação de gás que evita pelo menos alguma fuga de gás a partir do espaço do forno.

[0085] Em outro aspecto, os pelo menos três membros de sapata permitem um movimento lateral do eletrodo dentro dos mesmos ao mesmo tempo em que mantém a vedação de gás.

[0086] Em outro aspecto, os pelo menos três membros de sapata permitem um movimento lateral do eletrodo dentro dos mesmos ao mesmo tempo em que mantém o isolamento elétrico.

[0087] Em outro aspecto, a vedação pode incluir material isolante elétrico embalado em torno de um eletrodo acima dos pelo menos três membros de sapata, e o material isolante elétrico pode ser lã de cerâmica.

[0088] Em outro aspecto, a vedação pode incluir usar uma câmara que circunda os membros de sapata para conter gás inerte eletricamente pressurizado, para proporcionar uma vedação pressurizada para evitar a fuga de gás a partir do espaço do forno.

[0089] Em outro aspecto, a vedação pode incluir um membro de resfriamento eletricamente isolado que circunda um eletrodo. O membro de resfriamento pode incluir uma placa de fundição, que pode ser embutida em um material isolante, que pode ser um material capaz de

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20/64 ser fundido, por exemplo, um material de alumina superior capaz de ser fundido.

[0090] Em outro aspecto, a placa de fundição pode definir um canal interno contíguo para direcionar fluido de resfriamento que flui através do mesmo.

[0091] Em outro aspecto, o membro de resfriamento pode incluir uma placa de cobre.

[0092] Em outro aspecto, a câmara pode ser pelo menos parcialmente definida pelo membro de resfriamento.

[0093] Em um décimo segundo aspecto amplo, a presente invenção proporciona um forno metalúrgico que inclui um refratário, que circunda um espaço do forno, para a dissipação de calor quando o espaço do forno é aquecido. O refratário inclui uma camada interna tendo uma espessura de dissipação de calor, a camada interna inclui uma primeira pluralidade de tijolos de um primeiro tipo tendo a espessura de dissipação de calor, e uma segunda pluralidade de tijolos de um segundo tipo tendo a espessura sacrificial maior do que a espessura de dissipação de calor, a segunda pluralidade de tijolos se salientando em direção do espaço do forno. O forno também inclui um membro de exercer força para a contração de uma carcaça externa segmentada em torno do refratário, em direção do espaço do forno, na medida em que o refratário se contrai quando o espaço do forno está resfriando. O membro de exercer força inclui uma estrutura circundante que circunda a carcaça externa segmentada em torno do refratário, e pelo menos um membro de tensão para exercer força na estrutura circundante para a contração da carcaça externa segmentada em torno do refratário, em direção do espaço do forno, na medida em que o refratário se contrai quando o espaço do forno está resfriando. O forno também inclui um membro de compressão vertical para exercer uma força de compressão sobre o refratário, desse modo verticalmente comprimindo o

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21/64 refratário na medida em que o refratário se contrai quando o espaço do forno está resfriando. O forno também inclui um sistema de resfriamento para o resfriamento do forno metalúrgico, o sistema de resfriamento que inclui uma manga externa que circunda a camada de ar aquecido por um espaço interno do forno do forno, e um ou mais membros de deslocamento de ar para deslocar o ar circundante aquecido em afastamento a partir do forno. O forno também inclui a região de abóbada, que inclui um membro de região de abóbada tendo membros de suspensão que se estendem através de uma superfície externa do membro de região de abóbada, os membros de suspensão suportando uma malha interna do membro de região de abóbada, a malha interna suportando o material isolante.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0094] Características adicionais e exemplos das vantagens da presente invenção se tornarão aparentes a partir da descrição detalhada a seguir, tomada em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais:

[0095] A figura 1 é uma vista em seção transversal horizontal que ilustra um exemplo de forno metalúrgico da presente invenção.

[0096] A figura 1A é uma vista em seção transversal horizontal que ilustra parcialmente a porção inferior de uma carcaça externa e os componentes relacionados de um exemplo de forno metalúrgico da presente invenção.

[0097] A figura 2 é uma vista em seção transversal vertical que ilustra um exemplo de forno metalúrgico da presente invenção.

[0098] A figura 2A é uma vista elevada que ilustra parcialmente uma superfície interna de um refratário de um exemplo de forno metalúrgico da presente invenção.

[0099] A figura 3 é uma vista em seção transversal vertical que ilustra parcialmente uma porção superior de um refratário e membros

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22/64 de compressão vertical de um exemplo de forno metalúrgico da presente invenção, e que ilustra parcialmente um exemplo de região de abóbada e um exemplo de sistema de resfriamento, ambos para os fornos metalúrgicos, da presente invenção.

[00100] A figura 3A é uma vista detalhada de um único exemplo de tijolo de um exemplo de refratário para um forno metalúrgico da presente invenção.

[00101] A figura 4 é uma vista elevada que ilustra parcialmente um exemplo de forno metalúrgico da presente invenção e que ilustra parcialmente um exemplo de sistema de resfriamento para um forno metalúrgico da presente invenção.

[00102] A figura 4A é uma vista em seção transversal horizontal que ilustra um refratário e membros de compressão vertical de um exemplo de forno metalúrgico da presente invenção, e que ilustra parcialmente um exemplo de sistema de resfriamento que inclui bocais para pulverizar líquido refrigerante, todos para um forno metalúrgico da presente invenção.

[00103] A figura 5 é uma vista plana que ilustra a parte de topo de um exemplo de região de abóbada para um forno metalúrgico da presente invenção.

[00104] A figura 6 é uma vista em seção transversal que ilustra a porção de um exemplo de região de abóbada para um forno metalúrgico da presente invenção.

[00105] A figura 6A é uma vista plana que ilustra a parte de fundo da seção de um exemplo de região de abóbada para um forno metalúrgico da presente invenção.

[00106] A figura 7 é uma vista em seção transversal vertical que ilustra um exemplo de vedação de eletrodo para um forno metalúrgico da presente invenção.

[00107] A figura 8 é uma vista em seção transversal horizontal que

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23/64 ilustra um exemplo de vedação de eletrodo para um forno metalúrgico da presente invenção.

[00108] A figura 9 é uma vista em seção transversal horizontal que ilustra um exemplo de vedação de eletrodo para um forno metalúrgico da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [00109] Diferentes modalidades vão de encontro a diferentes aspectos do desenho do forno. Será entendido que nem todos os diferentes aspectos do desenho do forno discutidos aqui são necessários para pelo menos a solução de alguns inconvenientes conhecidos dos desenhos existentes. Em alguns casos, os únicos aspectos descritos aqui podem de modo independente ir de encontro a pelo menos determinados inconvenientes conhecidos. Embora existam sinergias entre os vários exemplos de modalidades, é esperado que as modalidades funcionem com outros desenhos convencionais de fornos (por exemplo, refratário de tijolo convencional e/ou eletrodo e/ou sistema de resfriamento externo e/ou desenhos de região de abóbada).

[00110] Um refratário de tijolo pode ser produzido de múltiplas camadas de tijolos laterais ou radiais, dispostas adjacentes uma à outra. Camadas individuais podem ser produzidas para intertravar, que podem proporcionar estabilidade adicional. Durante o uso, o aquecimento do refratário de tijolo causa a expansão térmica dos tijolos. De modo a compensar por essa expansão, podem haver papéis de expansão dispostos entre as camadas de tijolos individuais horizontal, e/ou vertical, antes do primeiro uso do forno com as mesmas. Uma vez aquecidos, os referidos papéis se queimam, proporcionando espaço para as camadas de tijolo se expandirem em ambos os eixos horizontal e vertical. Entre a camada de tijolos mais externa e uma carcaça de aço externa, alguns fornos podem ter a camada de placa de expansão. A referida camada é de natureza elástica, e é pretendida para permitir

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24/64 que a camada de tijolos mais externa se expanda sem pressionar sobre a superfície interna da carcaça de aço, assim minimizando a tensão ao refratário de tijolo.

[00111] Quando expostos a numerosos ciclos de aquecimento e resfriamento do forno, os tijolos podem apresentar falhas. Por exemplo, quando os papéis de expansão tiverem queimado, os mesmos não podem ser facilmente substituídos antes de ciclos de aquecimento adicionais. Assim, os ciclos de aquecimento e resfriamento adicionais tipicamente resultarão em espaços entre os tijolos, aumentando fuga de calor a partir do forno se o ar ambiente flui em torno do mesmo, como pode também resultar em escape de metal fundido a partir do forno, para dentro da alvenaria de tijolo do refratário de tijolo. Adicionalmente, os ciclos de expansão e contração podem resultar em fricção e pressão entre os tijolos, e eventualmente desgaste e ruptura dos tijolos, que pode em última análise resultar em falha do refratário de tijolo. Adicionalmente, as placas de expansão tipicamente usadas para preencher o espaço entre a carcaça de aço externa e o refratário de tijolo têm uma limitada vida útil, e perdem a sua elasticidade com cada ciclo, o que resulta em um espaço entre o refratário de tijolo e a carcaça. Os espaços entre os tijolos podem adicionalmente resultar em instabilidade do refratário de tijolo, o que eventualmente pode contribuir para o desgaste e a ruptura dos tijolos. Os espaços entre os tijolos são também conhecidos por reduzir a eficiência do resfriamento de alguns fornos.

[00112] Em alguns exemplos, cada camada de tijolos pode ser empilhada e intertravada com relação à camada imediatamente acima ou abaixo. Os tijolos são ligados e mantidos juntos pela estrutura definida por uma carcaça de aço externa, com todos os tijolos sendo efetivamente intertravados juntos, o que resulta em uma estrutura inicialmente forte. Entretanto, após uma série de ciclagem térmica, os tijolos po

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25/64 dem começar a rachar e se desgastar. Por exemplo, uma vez que os tijolos mais próximos do espaço aquecido do forno podem se tornar mais quentes, os mesmos podem também ser submetidos a maior expansão térmica, em comparação com os mais afastados a partir do espaço aquecido do forno. Na medida em que os referidos tijolos se expandem verticalmente, o modo de intertravamento no qual os mesmos são dispostos pode resultar em tensão nos tijolos em expansão. O referido efeito pode ser mais pronunciado em casos onde os fornos são desligados por períodos mais longos e então reaquecidos rapidamente.

[00113] A integridade do tijolo pode ser vulnerável quando a camada de escória cascão congelada dentro do forno se racha e forma espaços durante o resfriamento, parcialmente como um resultado das diferentes densidades dos diferentes materiais e sólidos fundidos. Em casos onde o cascão se rompeu durante o resfriamento e o forno é rapidamente reaquecido, a probabilidade de um rompimento do forno, onde os materiais fundidos vazam através do cascão e então através de espaços no refratário de tijolo e eventualmente para fora do forno, é aumentada.

[00114] Acima da borda livre, fornos metalúrgicos tipicamente têm alguma forma de região de abóbada. A região de abóbada pode ser parcialmente suportada pelo próprio forno. A região de abóbada pode também ser suportada, como um todo ou em parte, por meios de suporte externos (por exemplo, a estrutura ou construção na qual o forno é alojado). Em uso, fumaças e poeira podem se depositar na superfície interior da região de abóbada, e os referidos depósitos podem ter uma espessura de 10 a 20 cm. A temperatura na referida superfície interior da região de abóbada pode alcançar aproximadamente 1200 a 1600 graus Celsius durante o uso.

[00115] A região de abóbada pode ser produzida de um material

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26/64 capaz de ser fundido, que não é condutor de eletricidade ou de calor. Em alguns exemplos, a região de abóbada pode ter uma máxima espessura de 10 a 20 cm de alumina superior capaz de ser fundida, que é suspensa por uma âncora de aço fixada a um painel de aço resfriado a água. A região de abóbada tem o objetivo de proporcionar isolamento térmico para o ambiente que circunda e/ou para proporcionar uma barreira para evitar o escape de gases tóxicos, que inclui monóxido de carbono, no ambiente que circunda, o que contribui para criar um ambiente seguro para os trabalhadores.

[00116] Fornos elétricos tipicamente têm um ou mais eletrodos suspensos a partir de cima o forno. A elevada temperatura criada pelos eletrodos pode aquecer a área circundante da região de abóbada. Adicionalmente, a alta voltagem que corre através dos eletrodos pode causar um risco de choque elétrico para os trabalhadores que estão trabalhando próximos da região de abóbada do forno.

[00117] Um sistema de resfriamento pode ser proporcionado para o forno usar água pulverizada, ou caindo como um filme, em uma superfície externa do forno. O excesso de água, entretanto, pode acarretar em um risco de segurança, especialmente em situações onde o metal fundido escapa a partir do forno, por exemplo, em virtude de uma falha de integridade no forno (comumente referida como uma deterioraÇão).

[00118] Referência é agora feita aos desenhos, nos quais a figura 1 mostra uma seção transversal horizontal ou vista de topo de um exemplo de forno metalúrgico 10 de acordo com uma modalidade da presente invenção. O forno 10 ilustrado é de formato redondo ao longo da seção transversal horizontal mostrada. A seção mostrada é a partir do espaço do forno chamado borda livre. O espaço de borda livre é acima da linha de escória no forno 10, acima da qual tipicamente não há metal fundido ou sólido ou escória no forno durante a operação. Um

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27/64 refratário de tijolo 20 do forno 10 no referido espaço pode ser em contato direto ou com fumaça ou material de poeira a partir do forno 10, ou em contato direto com o gás aquecido do forno. A figura 1A mostra uma vista em seção transversal horizontal que ilustra parcialmente a porção inferior de uma carcaça externa 40 e os componentes relacionados dos exemplos de forno metalúrgico ilustrado na figura 1. O forno 10 é circundado por uma manga exterior 520 discutida adicionalmente abaixo, e é suportada por um número de colunas estruturais 70, que podem ser colunas de aço do tirante de suporte do assento.

[00119] Referência é agora feita concomitantemente às figuras 1 a 4A. Com referência à figura 2, o forno 10 ilustrado compreende o refratário de tijolo 20 que circunda radialmente um espaço interno do forno 30 e a carcaça externa 40 que circunda radialmente o refratário de tijolo 20. Abaixo do espaço interno do forno 30, a região de soleira da alvenaria de tijolo 45 pode compreender quatro camadas de tijolo, que podem ser tijolos de periclásio (por exemplo, camada(s) interna(s)) e tijolos de grafite (por exemplo, camada(s) externa(s)). Papéis de expansão ou camadas de feltro de grafite (não mostradas) podem ser dispostas entre os referidos tijolos. Uma estrutura de aço como um segmento de uma esfera, parte de uma carcaça externa *e ilustrada na parte de fundo, suporta a região de soleira da alvenaria de tijolo 45 que contém metal fundido ou escória, ou outros materiais que são aquecidos ou têm que ser aquecidos no forno 10.

[00120] O forno 10 ilustrado no exemplo da figura 2 compreende a manga exterior 520 discutida adicionalmente abaixo, e é suportada por um número de colunas estruturais 70, e é coberta pela região de abóbada 200, na qual há aberturas através das quais eletrodos 400 são mostrados se salientando. Os exemplos de região de abóbada 200 serão descritos mais especificamente com referência às figuras 6 e 6A. No exemplo da figura 2, os eletrodos 400 são radialmente circun

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28/64 dados por membros de sapata não condutores 415 e 410, que serão descritos mais especificamente com referência às figuras 7 a 9. Ainda com referência à figura 2, os membros de deslocamento de ar 500 são ilustrados para uso em mover o ar aquecido em afastamento a partir de um envelope de ar que circunda o forno 10. Com referência à figura 4 e à figura 4A, o ar ambiente ou resfriado é permitido entrar no envelope de ar através das aberturas de ingresso de ar 510 na manga exterior 520 para substituir o ar aquecido que foi deslocado. Meio ou mecanismo de pulverização de líquido refrigerante 540 pode ser usado para pulverizar uma névoa fina de líquido refrigerante, por exemplo, água, sobre a carcaça de aço exterior 40 do forno 10, desse modo resfriando do forno 10, de acordo com determinadas modalidades preferidas da presente invenção. No exemplo da figura 4A, o meio de pulverização de líquido refrigerante 540 é organizado como uma estrutura de bocais de pulverização de água 545. Outras configurações podem ser usadas sem afetar o resultado final buscado (por exemplo, um ou mais nebulizadores posicionados ao longo das colunas 70). O meio de pulverização de líquido refrigerante 540 pode ser configurado para pulverizar água em um volume fixo ou em um volume variável. O meio de pulverização de líquido refrigerante 540 pode ser configurado para monitorar a temperatura da manga exterior 520 e ajustar o volume e/ou o tempo de pulverização considerando a temperatura. O meio de pulverização de líquido refrigerante 540 pode adicionalmente compreender um detector de água (não mostrada) que transmite um alarme e/ou desliga o sistema quando água é detectada como estando acumulada. O meio de pulverização de líquido refrigerante 540 pode adicionalmente compreender um termômetro e a higrômetro (não mostrados) que monitoram a temperatura e a umidade do ar em um ou mais locais específicos (não mostrados) em torno da manga exterior 520 e ajusta o volume e/ou o tempo de pulverização de acordo com as

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29/64 mesmas. Em modalidades preferidas, a superfície da carcaça 40 e o ar circundante como medido a partir de dentro da manga 520 pode não exceder a temperatura de 80°C durante o uso, e a temperatura do ar pode ser mais baixa do que aquela da superfície da carcaça 40, enquanto a máxima umidade do ar pode estar em ou em torno de 100% a 80 C.

[00121] No exemplo das figuras 1, 2 e 4, o refratário de tijolo 20 é compreendido de uma camada interna de tijolo 22 que circunda radialmente o espaço interno do forno 30, uma segunda camada de tijolo 24 que circunda radialmente a camada interna 22, e uma camada externa de tijolo 26, que circunda radialmente a segunda camada 24. Em outras modalidades, uma, duas, três, ou mais camadas de tijolo podem ser usadas. O número de camadas pode variar dependendo dos materiais fundidos dentro do forno 10 durante o uso. As camadas de tijolos podem ser de espessura variável, por exemplo, espessura radialmente aumentando, que pode ser particularmente adequada para casos de uso onde pressões mais altas são esperadas para serem exercidas no refratário de tijolo 20 durante o uso, ou para usos onde os materiais contidos têm uma condutividade térmica relativamente baixa para o cascão solidificado.

[00122] Em modalidades preferidas, de modo a facilitar o travamento da escória cascão sobre o refratário de tijolo 20, a face quente (isto é, interna) da camada mais interna 24 de tijolo de periclásio 22 pode ser formada com tijolos de diferentes espessuras. Em modalidades adicionais preferidas, tijolos de diferentes espessuras podem ser arranjados em uma forma empilhada, para proporcionar um refratário interior em formato similar a favo de mel como ilustrado nas figuras 2, 2A e 4A. Em algumas modalidades, apenas a face interna dos tijolos na área da escória estão com o referido arranjo.

[00123] Em uso, por exemplo, no momento de partida de um forno

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30/64 metalúrgico tendo um novo refratário do tipo do refratário 20, um refratário em que a camada mais interna 22 compreende tijolos de diferentes espessuras, por exemplo, em um formato similar a favo de mel como ilustrado na figura 2A, pode permitir que escória quente e/ou metal fundido, assim como poeira e outros materiais no espaço de borda livre, se adira ou congele, como apropriado, na superfície do refratário voltada para dentro. A superfície mais interna dos tijolos tendo a maior espessura 2200 pode, durante o uso, ser corroída ou rompida por ação química ou mecânica, embora a integridade e resistência geral do refratário não seja comprometida. Assim sendo, as referidas porções mais internas dos referidos tijolos mais espessos 2200 podem ser consideradas para serem de sacrifício. De modo a reduzir a possibilidade de corrosão da superfície dos referidos tijolos, inicialmente a camada de material capaz de ser fundido que pode ser de aproximadamente 50 mm de espessura, e que pode ser produzida de óxidos de magnésio, pode ser fundida em cima de toda a superfície interior do refratário que pode formar um formato escalonado ou em formato de favo de mel.

[00124] Em modalidades preferidas, as camadas de tijolos interna 22 e segunda 24 podem compreender tijolos produzidos de um material termicamente condutor, para absorção e dissipação de calor a partir de metal fundido e escória, e a partir de gás aquecido do forno, todos dentro do forno. Outros materiais tais como refratário com base em cromo são adequados para fundição de minério de metais não ferrosos. Refratário de mag-grafite é também adequado para a fundição de minério de metais ferrosos. Refratário com base em sílica e alumina pode também ser adequado dependendo das propriedades dos materiais contidos. Em modalidades adicionais preferidas, as referidas camadas podem compreender um óxido de magnésio, ou periclásio, material para a fundição de minério e metal titaniferroso (por exemplo,

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31/64 ilmenita). A camada externa 26 de tijolo pode compreender um material de grafite. Uma ou mais camadas externas 26 tendo alta condutividade térmica podem proporcionar um benefício vantajoso, por exemplo, em casos onde os materiais fundidos vazam através das camadas de refratário interno 22 e 24. Na medida em que a camada externa 26 pode estar em uma temperatura similar àquela da carcaça de aço 40, ela pode vantajosamente fazer com que os materiais que vazaram se resfriem e se solidifiquem rapidamente, evitando um vazamento. Em tais casos, a camada externa 26 pode funcionar como uma extensão da carcaça de aço 40 termicamente, mas com uma resistência muito mais alta aos materiais fundidos quentes.

[00125] Em modalidades preferidas, a camada externa 26 de tijolos irá compreender tijolos contendo grafite. A espessura do tijolo de grafite pode variar entre 150 a 300 mm, dependendo do nível de energia do forno 10. Por exemplo, os tijolos de grafite podem ter um tamanho de 150 mm x 230 mm x 100 mm. O tamanho físico de um tijolo para ser usado pode variar dependendo de seu peso para facilidade de transporte e de uso. Como um exemplo, uma primeira camada dos tijolos de grafite é depositada a partir de uma parte de fundo para a parte de topo com o lado de 100 mm verticalmente, o lado d e 150 mm lateralmente e o lado de 230 mm radialmente. Os referidos tijolos podem ser empilhados na direção vertical, e depositada diretamente um sobre o outro verticalmente sem qualquer papel de expansão ou cimento de qualquer tipo.

[00126] A figura 3A mostra um exemplo de tijolo 4000 dos exemplos de refratário 20 de acordo com exemplos de modalidade. De modo a compensar por diferenças em expansão vertical dentro de uma única camada radial de tijolo, em algumas modalidades, o tijolo 4000 pode ser configurado adequadamente, como exemplificado na figura 3A. Na figura 3A, três eixos (x, y, z) são representados. Para fins de exemplo,

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32/64 uma fonte de aquecimento é esperada na superfície 4020 ou plano y' z'. O calor seria assim mais alto, em uso, na face côncava (i nterior) 4020 do tijolo 4000 do que na face convexa ou plano y-z. A altura do tijolo 4000 ao longo do eixo y na face interior 4020 (y') pode ser menos do que na face exterior (y) de modo a compensar por variação de expansão entre as duas faces. Para o exemplo da figura 3A, o perfil lateral 4080 do tijolo 4000 é um trapézio isósceles, com o x sendo igual a x'. Aqueles versados na técnica podem observar que o perfil pode também ser um trapézio retangular ou outro tipo de trapézio (onde x e X podem ser diferentes) desde que a diferença desejada entre y e y' seja estabelecida. No presente exemplo, pelo fato da diferença para cada tijolo ser tão pequena uma correção razoável pode apenas ser necessária para 4-5 tijolos combinados. De modo similar, o comprimento do tijolo 4000 na face interior 4020 (y'-z') pode ser menor do que o comprimento esperado do arco na face exterior (y-z). Em uma menor extensão, o comprimento na face interior 4020 na parte de fundo do tijolo 400 (z'') pode ser menor do que na parte de topo da mesma face (z') se um gradiente de temperatura vertical existir.

[00127] Aqueles versados na técnica irão prontamente entender que a configuração do tijolo 4000 terá que elevar em conta a capacidade de empilhamento do mesmo. Pode ser difícil ter dimensões ajustadas na altura e no comprimento ao mesmo tempo em que se garante que as camadas 22, 24 e/ou 26 possam ser montadas a partir do tijolo 4000. Em determinadas modalidades, apenas uma das dimensões pode ser selecionada para o ajuste. Outra solução é de manter uma porção traseira plana do tijolo 4040, o que garante uma capacidade de empilhamento estável, enquanto a porção dianteira 4060 é formada considerando a variação de expansão com base em dissipação de calor, como exemplificado acima. Ainda outra solução é para ter uma distribuição dos tijolos configurados em uma camada 22, 24 e/ou 26 de

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33/64 modo a proporcionar estabilidade. Por exemplo, a configuração variável pode ser aplicada através da camada de tijolos, mas pode também variar dependendo da posição do tijolo 4000 na pilha. A configuração variável pode também ser aplicada a apenas alguns dos tijolos empilhados e não a outros, por exemplo, nos tijolos circundados por tijolos normais, em uma série diagonal de tijolos, etc.

[00128] Por exemplo, para uma camada interna de tijolo tendo a altura vertical de resfriamento de 4 ou 101.6 mm por tijolo 4000, experimentando temperaturas de 800 graus Celsius na face interna 4020, e 400 graus Celsius na face externa, com a camada interna tendo uma altura de 11 m, uma correção pode ser produzida ao formato dos tijolos, de aproximadamente 3 mm (isto é, o tijolo é 3 mm mais alto em sua face externa do que na face interna), para cada quarto vertical da camada de tijolos, exceto pela parte de topo de oito camadas de tijolos. Aqueles versados na técnica prontamente observarão que o grau apropriado de correção para ser produzido para compensar a expansão térmica vertical desigual experimentada por uma única camada radial de tijolo.

[00129] As camadas de tijolos interna 22 e segunda 24 podem ser depositadas do mesmo modo que a camada externa 26. Nas referidas modalidades, as três camadas 22, 24, 26 de tijolos são assim independentes uma da outra verticalmente.

[00130] Em modalidades preferidas, os tijolos de cada camada do refratário 20 são configuradas para formar uma série de camadas circulares, empilhados uma em cima da outra, por ter duas extremidades laterais cortadas em um ângulo apropriado e uma extremidade dianteira e traseira cortada em um formato apropriado, de modo que quando um número suficiente dos tijolos é posicionados um adjacente ao outro, extremidade lateral para extremidade lateral, um círculo é formado, cujo círculo é assim resistente a qualquer força de compressão horiPetição 870190062246, de 04/07/2019, pág. 39/80

34/64 zontal.

[00131] Nos fornos 10 ilustrados nas figuras 1 e 2, o refratário 20 é alojado na carcaça 40, que pode ser de formato cilíndrico, e pode ser produzida de aço. Aqueles versados na técnica podem observar que outros metais ou materiais podem também ser adequados para o material da carcaça 40. No exemplo ilustrado, a carcaça 40 é dividida em diversas seções 42 dividida por cortes verticais 44 ou espaços entre seções adjacentes 42. Na modalidade ilustrada na figura 1, a carcaça 40 é dividida em oito seções 42. Em geral, ao se aumentar o número de seções de carcaça 42 irá aumentar a uniformidade de distribuição de tensão proporcionada no refratário 20 durante a expansão e a contração, e maiores números de segmentos de carcaças 42 podem ser apropriados em casos onde o tamanho geral do forno é relativamente maior, onde menores números podem ser apropriados para fornos relativamente menores. Em modalidades preferidas, em cada seção uma placa de aço em forma de anel ou o mesmo material que a carcaça é soldado nas extremidades da parte de fundo da placa da carcaça, que funciona como um flange 46. Orifícios podem ser produzidos para permitir o aparafusamento da placa da carcaça no flange da parte de fundo na região de soleira 47 ilustrada na figura 4A. Um espaço livre de 60 - 70 mm entre cada seção de carcaça 42 pode ser necessário para o presente exemplo. No exemplo ilustrado na figura 1A em cada lado da placa da carcaça 42 uma tira é soldada no flange 43. Os orifícios no flange são produzidos para permitir longos parafusos 41 aparafusados sobre o mesmo flange da placa adjacente. Os parafusos são posicionados de modo que o espaço livre de 60-70 mm pode existir. Um número de parafusos 41 pode ser ajustado desse modo para resistir a pressão ferrostática a partir de dentro do forno 10 durante a operação para travar a máxima posição expandida da carcaça 42. De modo a evitar vazamento de gás do forno através do referido espaço,

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35/64 tiras delgadas, que podem compreender aço ou qualquer outro material adequado, podem ser dispostas atrás da camada de tijolo externa 26 contra as seções de carcaça 42 para cobrir o espaço. A largura das tiras pode ser relativamente maior do que o espaço para formar a vedação entre as duas seções de carcaça adjacentes 42. Em outras modalidades, os flanges 43 podem compreender um material expansível configurado para proporcionar uma vedação entre duas seções de carcaça adjacentes. Aqueles versados na técnica prontamente observarão que outro meio de vedação adequado pode ser usado para proporcionar uma vedação de gás entre as seções de carcaça adjacentes 42, desse modo evitando a fuga ou o ingresso de gás durante a expansão e a contração do refratário 20 e movimento correspondente das seções de carcaça adjacentes 42 uma em afastamento a partir da outra. Em modalidades preferidas, após todas as seções de placa da carcaça serem fixadas e instaladas, os tijolos 26, 24, e 22 podem ser depositados contra a placa da carcaça. Quando o forno 10 está pronto para dar a partida, os parafusos no flange da parte de fundo 46 podem ser removidos e as placas da carcaça podem então se mover livremente na medida em que as mesmas se expandem ou se contraem. Deslocadas horizontalmente sobre as seções de carcaça 42 estão um ou mais membros de exercer força que compreendem membros de ligação 50 e membros de tensão 60.

[00132] Em modalidades preferidas, os membros de ligação 50 podem ser cabos de aço, que podem ser cabos de aço trançados que compreendem numerosos filamentos ou fios de aço, embora aqueles versados na técnica prontamente observarão que muitas outras formas de membros de ligação 50 podem ser adequadas. Os membros de ligação 50 estão sob tensão, de modo que uma força de compressão é aplicada às seções de carcaça 42, que transfere essa força de compressão ao refratário 20.

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36/64 [00133] Para reduzir a probabilidade de que a força de ligação em uma condição de operação normal exceda a capacidade de tensão máxima, os membros de retenção 41, que podem ser parafusos, podem fixar a posição das placas da carcaça 42. Quando as seções de carcaça 42 se expandem para uma posição de travamento, as mesmas serão impedidas de expansão adicional, e a pressão ferrostática a partir de dentro pode ser retida pelas seções de carcaça travadas 42, em vez de pelos membros de tensão ou membros de ligação.

[00134] Em modalidades preferidas, os membros de ligação 50 são mantidos sob tensão pelo uso de membros de tensão 60 carregados sobre os membros de ligação 50. Em determinadas modalidades preferidas, os membros de tensão 60 são molas de trabalho pesado.

[00135] Em algumas modalidades, o membro de exercer força compreende uma pluralidade de membros de pressão dispostos em torno de uma superfície externa da carcaça externa segmentada 40, cada membro de pressão para exercer pressão contra a superfície externa e desse modo exercer uma força de compressão na mesma. Os referidos membros de pressão podem ser molas, configuradas para pressionar diretamente na superfície externa dos segmentos da carcaça de aço, ou podem ser membros de sapata, configurados para pressionar contra a superfície externa, e podem ser orientados contra a superfície de aço, por exemplo, por molas (não mostradas). Em algumas modalidades, os membros de pressão podem ser ajustáveis para aplicar maior ou menor força de compressão na carcaça externa segmentada 40. Em algumas modalidades, os membros de pressão podem ser suportados por uma estrutura de suporte, que pode ser externa ao forno metalúrgico 10, por exemplo, colunas de aço do tirante de suporte do assento 70 que circundam o forno metalúrgico 10 e conectadas um ao outro lateralmente. Aqueles versados na técnica prontamente observarão que o apropriado número, forma, e configuração de

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37/64 estruturas de suporte para suportar os membros de pressão considerando, por exemplo, dimensões do forno 10 e forças esperadas.

[00136] Nas modalidades ilustradas nas figuras 1 e 2, os membros de ligação 50 são suportados por uma pluralidade de colunas verticais 70. Nas modalidades ilustradas, as colunas verticais 70 são quatro colunas do tirante de suporte do assento, distribuídas radialmente e uniformemente, em ângulos de 90 graus um a partir do outro, em torno da carcaça 40. Aqueles versados na técnica podem prontamente entender que mais ou menos colunas de suporte 70 podem ser usadas sem afetar os ensinamentos da presente invenção. Em aplicações onde a capacidade dos membros de tensão 60 disponível não é suficientemente grande, mais membros de ligação 50 e membros de tensão 60 podem ser necessários, e o número de colunas 70 e membros de tensão 60 pode variar de modo a acomodar a necessidade de força de ligação total, particularmente para a área de metal na parte inferior do forno 10. Com referência à figura 4, em modalidades preferidas da presente invenção, quatro pares de cabos de aço que funcionam como membros de ligação 50 são posicionados ao longo da altura do forno 10, com cada par posicionado de modo que cada membro de um par de membros de tensão 60 corresponde com um par de membros de ligação 50 são posicionados radialmente um em oposição ao outro. O uso de múltiplos pares de cabos, embora opcional, tem o objetivo de reduzir a possibilidade de falha do sistema de ligação. De modo similar, não é provável que ambos os cabos em um par possam falhar simultaneamente. Adicionalmente, o uso de múltiplos cabos, uma vez que o sistema de ligação é dimensionado adequadamente, proporciona os exemplos de vantagem de facilitar a manutenção do sistema de ligação, na medida em que um membro falha, o outros pode ser de suficiente resistência para funcionar de modo independente. Assim, se um membro de tensão 60 ou um membro de ligação 50 requer substi

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38/64 tuição ou reparo, aquele membro de tensão 60 ou membro de ligação 50 pode ser removido sem a remoção do outro membro do par, e, portanto, sem ter um impacto na função do sistema de ligação horizontal no geral. Adicionalmente, com o sistema de travamento acima mencionado, a manutenção dos membros de ligação 50 e dos membros de tensão 60 pode ser adicionalmente facilitada.

[00137] Com referência às figuras 1 e 2, em modalidades preferidas, os membros de ligação são exemplificados como cabos de aço 50 suportados e mantidos no lugar por membros de posicionamento 52 que podem ser membros de rodas montados sobre o tirante de suporte do assento colunas verticais 70. Os referidos membros de posicionamento 52 permitem o esperado movimento dos cabos de aço 50 com relação às seções de carcaça 42, e vice-versa.

[00138] Em determinadas modalidades preferidas, um mecanismo ou meio de medir a tensão ocorre junto com os membros de tensão 60. Isso pode facilitar o monitoramento e a manutenção da tensão alvo nos membros de ligação 50. Os referidos meios são, em modalidades preferidas, uma escala para medir o alongamento das molas na medida em que a tensão se iguala ao alongamento multiplicado pela constante de mola dos membros de tensão 60. A tensão pode ser ajustada através do uso de um dispositivo de ajuste de comprimento 90, que é exemplificado como um tensor, para ajustar o comprimento, e, portanto, a tensão, dos membros de ligação 50. Como um resultado dos membros de ligação 50 estarem sob tensão, uma força de compressão será aplicada para a carcaça 40, e assim no refratário 20. Uma mais alta tensão resultará em uma maior força de compressão sendo disposta no refratário 20. Em modalidades preferidas, a força de compressão, e, portanto, a tensão adequada para manter a estabilidade radial do refratário 20 em torno do espaço de borda livre será relativamente menor quando comparada àquela adequada para manter a es

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39/64 tabilidade do refratário 20 em torno da porção inferior do forno 10 contendo os materiais fundidos ou materiais para serem aquecidos. Na medida em que a pressão ferrostática aumenta na parte inferior do forno contendo metal fundido, se a força de ligação não aumenta de acordo com a pressão, a parte inferior das seções de carcaça 42 pode se abaular e causar inclinação da seção como um todo. Um dispositivo de nivelamento pode assim ser disposto em um flange da parte de fundo para determinar se o mesmo está em ou próximo do nível. A tensão pode ser aumentada na parte inferior por encurtar o comprimento do membro de ligação 50 para apertar as seções de carcaça 42 para manter o flange em uma posição em geral horizontal.

[00139] Durante o uso, o refratário 20 é aquecido, e pode ter um gradiente térmico que varia a partir de aproximadamente 1000 graus Celsius em sua superfície interna reduzindo para aproximadamente 80 graus Celsius em sua superfície externa. Quando aquecido, o refratário 20 pode expandir em todas as direções. Em modalidades preferidas, as camadas de tijolos interna 22 e segunda 24 de periclásio irão absorver e difundir calor, e se expandirão a um tamanho expandido que irá variar dependendo da temperatura na qual o tijolo individual é aquecido. Por exemplo, tijolos mais próximos a ou em contato direto com o metal fundido ou escória, ou em contato direto com gás aquecido do forno dentro do espaço do forno, serão mais aquecidos, e, portanto, mais expandidos, do que os tijolos que não estão em contato direto com metal fundido ou escória, ou gás aquecido do forno. Deve ser observado que em uso, alguns dos tijolos da porção inferior da camada interna 22 serão provavelmente revestidos em um congelado ou sólido cascão de escória ou metal, que pode ter um ponto de fusão que varia a partir de 1000 a 1600 graus Celsius. Por manter o refratário de tijolo 20 em uma faixa de temperatura alvo, o referido cascão irá permanecer sólido e pode agir como um forro ao forno 10,

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40/64 que pode proporcionar estabilidade adicional ao forno 10, e que pode funcionar para limitar o escape de metal fundido ou escória dentro da alvenaria de tijolo do refratário 20. Como um exemplo de um típico forno de fundição de ilmenita, a escória contém mais de 80% de TiO2 com a temperatura líquida de 1640°C, a escória fundida se congela na medida em que a mesma entra em contato com o refratário 20 a 800 a 1000°C. A escória fundida como cascão evita o ataque adicional de escória fundida no refratário 20. Por experiência, não foi possível se identificar um material óxido conhecido que pode resistir à corrosão de escória fundida de alto TiO2, exceto por metais de refratário tais como molibdênio, tântalo, e, platina. Um aspecto chave de fundição de minério de ilmenita é de controlar essa escória fundida de cascão e manter a mesma em torno de 300 mm de espessura como um alvo seguro.

[00140] Em modalidades preferidas da presente invenção, o refratário 20 é inicialmente montado com papéis de expansão (não mostrada), que pode ter uma espessura de aproximadamente 0,4 mm, disposta entre as camadas radiais de tijolos. A espessura dos papéis usados é calculada de modo a compensar a esperada expansão dos tijolos, e o diâmetro geral do forno 10, que inclui os papéis, é, portanto, pretendida se aproximar da configuração expandida esperada do forno

10. Uma vez aquecidos durante o uso, os papéis de expansão irão queimar, deixando um espaço para os tijolos de refratário 20 para se expandir e preencher os espaços. Em modalidades preferidas, onde uma camada externa de tijolos 26 compreende grafite, feltro de grafite pode ser usado em lugar de papéis de expansão na camada externa.

[00141] Durante o primeiro uso, como o refratário 20, membros de tijolo se expandem lateralmente (cuja forma de expansão pode também ser referida como horizontalmente ou radialmente aqui), o diâmetro geral do refratário 20 deve permanecer aquele da configuração em geral constante expandida, ou configuração aquecida, em vista da

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41/64 queima dos papéis de expansão como discutida acima. Entretanto, quando o forno 10 é resfriado, o refratário 20 irá resfriar e contrair, e o refratário 20 irá se contrair para uma configuração contraída, tendo um reduzido diâmetro.

[00142] Em modalidades preferidas, a carcaça de aço 40 terá um primeiro diâmetro que corresponde com uma configuração contraída do refratário 20. A carcaça de aço 40 pode ser fabricada como uma carcaça em geral cilíndrica, tendo o primeiro diâmetro, e então cortada com uma série de cortes verticais 44 para formar um conjunto de pelo menos três, ou pelo menos oito, seções de carcaça 42.

[00143] Quando o refratário 20 é montado, incluindo os papéis de expansão, como observado acima, o refratário 20 pode ter um diâmetro que corresponde com uma configuração expandida. Como discutido acima, a carcaça de aço 40, pode compreender um conjunto de seções de carcaça encurvadas 42, as quais coletivamente formam um cilindro tendo um diâmetro que corresponde com uma configuração contraída do refratário 20. Assim sendo, quando as seções de carcaça de aço 42 são montadas em torno do refratário montado 20, podem haver espaços ou espaços formados entre seções de carcaça adjacentes 42.

[00144] Quando o forno 10 é resfriado, por exemplo, durante um período de manutenção ou de não uso, os tijolos que formam o refratário 20 irão resfriar e contrair. Ao mesmo tempo, a força de compressão aplicada à carcaça de aço 40 irá forçar as seções de carcaça 42 em geral em direção de um eixo vertical no centre do forno 10, e os espaços ou espaços entre os segmentos adjacentes 42 irão diminuir ou desaparecer quando todo o forno é resfriado para temperatura ambiente. Em modalidades preferidas, a força de compressão irá de modo similar forçar a contração dos tijolos para dentro em direção do centro do forno 10, desse modo reduzindo as formações de espaços ou espaços

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42/64 entre os tijolos. A tensão dos membros de ligação 50 irão reduzir ou relaxar na medida em que o refratário 20 entra em uma configuração contraída, o dispositivo de ajuste de comprimento 90, que pode ser um tensor, pode ser usado para reduzir o comprimento dos membros de ligação 50 ao mesmo tempo em que mantém a mesma força de ligação quando adiante da faixa de ajuste automático, desse modo permitindo que os tijolos de refratário 20, quando eventualmente reaquecidos, se expandam um contra o outro com o ajuste do comprimento dos membros de ligação 50 quando a expansão está além da faixa de ajuste automática.

[00145] Quando o forno 10 é aquecido de novo, o refratário 20 irá se aquecer e se expandir a uma configuração expandida, tendo um diâmetro relativamente aumentado. Na medida em que o refratário 20 se expande, espaços ou espaços livres irão ocorrer entre os segmentos adjacentes 42 da carcaça 40, e os membros de ligação 50 (por exemplo, cabo de aço) irão se mover na medida em que o membro de tensão 60 (por exemplo, molas) se estiram e se expandem para compensar a expansão da carcaça 40. Durante a referida expansão, o movimento dos cabos com relação aos segmentos de carcaças 42 pode causar a rolagem dos membros de posicionamento 52, que pode por sua vez permitir o movimento ao mesmo tempo em que reduz a fricção e o desgaste nos membros de ligação 50 que podem ser alongados através do tensor 90.

[00146] Em modalidades preferidas, o refratário 20 e a carcaça 40 comprime as camadas de tijolo 48 e 49 do refratário da região de soleira 45. Nas referidas modalidades, os papéis de expansão podem ser dispostos entre as camadas 48 e 49 durante a instalação do forno, de modo a proporcionar um espaço entre as camadas 48 e 49 antes do uso do forno.

[00147] O processo de aquecimento e de resfriamento do forno, e a

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43/64 expansão e contração resultantes do refratário 20, pode ser repetido através de múltiplos ciclos, com os membros de ligação 50 mantidos sob tensão e aplicando a força de compressão, desse modo reduzindo a formação de espaços entre os tijolos entre ciclos e aumentando a estabilidade dos tijolos no refratário 20 durante os ciclos de aquecimento e de resfriamento. Adicionalmente, um espaço entre tijolos pode ser proporcionado, por exemplo, com papéis de expansão, para reduzir a tensão térmica gerada durante a expansão inicial do forno na partida.

[00148] Com particular referência ao exemplo das figuras 2 e 3, fornos metalúrgicos preferidos 10 de acordo com alguns exemplos de modalidades da presente invenção compreendem um mecanismo para a compensação de expansão vertical e contração do refratário 20, por exemplo, durante o aquecimento e o resfriamento.

[00149] Como mostrado na figura 3, em modalidades preferidas, membros de cobertura 104, cada um tendo um diferente diâmetro que corresponde com o diâmetro de uma das camadas 22, 24, 26 de tijolo de refratário, são dispostos acima do refratário 20. Fornos construídos de acordo com a presente invenção podem ser quadrados, retangulares, hexagonais, octogonais ou de outro modo apresentar alguns segmentos retilíneos em seção transversal horizontal. Nos referidos exemplos, os membros de cobertura 104 seriam formados adequadamente (quadrado, retangular, ou de outro modo), enquanto que em fornos que são redondos em seção transversal horizontal, os membros de cobertura 104 podem ser redondos em formato. Em modalidades preferidas, cada um dos membros de cobertura 104 tem diâmetros externo e interno aproximadamente o mesmo que um diâmetro externo da camada de tijolo correspondente, embora outras modalidades, por exemplo, onde o diâmetro externo do membro de cobertura 104 é menos do que aquele da camada de tijolo correspondente, e/ou o diâme

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44/64 tro interno é também menos do que aquele da camada de tijolo correspondente, pode ser usado. Em modalidades preferidas, o membro de cobertura 104 compreende uma única peça contígua tendo uma circunferência, mas aqueles versados na técnica prontamente observarão que aqueles membros de cobertura 104 podem também compreender uma pluralidade de segmentos separados ou elementos de anéis rompidos. Entre os membros de cobertura 104 e o refratário 20, uma delgada camada de material elástico tal como Teflon^TM (não mostrada) pode ser disposta como uma vedação, que pode evitar qualquer vazamento de gás através do refratário. Um material similar pode também ser disposto entre o refratário 22 e 24, e o refratário 24 e 26, nos tijolos da parte de topo para aprimorar a vedação.

[00150] Em modalidades preferidas, uma pluralidade de membros de pressão 100 é disposta em torno da circunferência de cada membro de cobertura 104. Em modalidades adicionais, nenhum membro de cobertura 104 é necessário, e os membros de pressão 100 estão diretamente em contato com uma superfície superior de uma camada de refratário. Em outras modalidades, o membro de cobertura 104 pode compreender uma pluralidade de segmentos, ou placas individuais podem ser dispostas sobre tijolos individuais ou sequências de tijolos. Em ainda modalidades adicionais, um único membro de cobertura ou outro membro pode ser disposto sobre mais do que uma camada radial de tijolos.

[00151] Os membros de pressão 100 são adaptados para exercer pressão para baixo ou força sobre o refratário 20. Em uso, quando o refratário 20 é aquecido, a expansão térmica resultante dos tijolos irá resultar em expansão do refratário 20 a uma configuração expandida. Como discutido acima, a referida expansão será em todas as direções, que inclui a vertical. Assim, a altura geral de cada uma das camadas 22, 24, 26 de tijolo no refratário 20 irá variar na medida em que os tijo

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45/64 los são aquecidos e resfriados com a ciclagem térmica do forno 10. Também como discutido acima, a camada interna 22 será exposta a mais altas temperaturas, e, portanto, maior expansão térmica, do que irá a segunda 24 camada, e assim por diante. Assim sendo, a altura da camada interna 22 em uma configuração expandida, a não ser que pré-configurado de outro modo, é esperada para ser relativamente maior do que aquela da segunda 24 camada ou da camada externa

26.

[00152] Em modalidades preferidas, os membros de pressão 100 são molas de aço, alojadas em uma tampa 102 disposta sobre a superfície de cada membro de cobertura 104. Em modalidades adicionais preferidas, os membros de pressão 100 são radialmente e uniformemente distribuídos em torno da circunferência de cada membro de cobertura 104.

[00153] Na modalidade ilustrada na figura 3, os membros de pressão 100 são montados a um membro de ajuste de pressão 110, que é por sua vez montado a um membro de suspensão 120 que pode ser rígido. Em modalidades preferidas, um membro de ajuste de pressão 110 pode ser um dispositivo de ajuste de comprimento, e o membro de suspensão rígido 120 pode ser uma vara de aço. Em modalidades adicionais preferidas, um membro de ajuste de pressão 110 e o membro de suspensão rígido 120 podem ser fabricados a partir de uma única vara de aço que é cortada e conectada por uma conexão roscada para permitir o ajuste do comprimento combinado do membro de suspensão rígido 120 e um membro de ajuste de pressão 110. Por ajustar o comprimento combinado o membro de suspensão rígido 120 e um membro de ajuste de pressão 110, a força para baixo exercida sobre o refratário 20 é também ajustada, e pode, portanto, ser mantida a um nível alvo.

[00154] Em uso, na medida em que o refratário 20 é aquecido e

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46/64 resfriado, e se expande e se contrai verticalmente, os membros de pressão 100 se contraem e se expandem em compensação, sempre forçando o refratário 20 para baixo, que tem o objetivo de aumentar a estabilidade vertical do refratário 20. Desse modo, é esperado que a formação de espaços e desigualdades das camadas verticais possa ser minimizado. Em particular, em um exemplo, onde cada camada vertical de tijolos de refratário é independente uma a partir da outra, sem qualquer cimento ou outro material de ligação entre as camadas verticais, a maior estabilidade vertical proporcionada pelo referido sistema pode aprimorar a estabilidade geral da estrutura e pode aumentar a vida útil do forno 10.

[00155] Na modalidade ilustrada na figura 3, os membros de suspensão rígidos 120 são montados de modo móvel ao membro de suporte horizontal ou viga 130 por membros de deslize horizo ntais ou membros de rolagem 140. Durante o uso, na medida em que o refratário 20 se expande ou se contrai radialmente ou horizontalmente, os membros de suspensão rígidos 120 podem também se mover a uma distância correspondente. Ao assim proceder, a direção da força exercida pelo membro de pressão 100 pode ser alinhada com o centro de gravidade de cada camada do refratário 20. Isso pode limitar ou eliminar a possibilidade de deslize do refratário que pode de outro modo resultar em um colapso. Em modalidades preferidas, os membros de anel 104, se incluídos, serão divididos em um número de segmentos para permitir a expansão e contração geral do refratário 20.

[00156] Em determinadas modalidades da presente invenção, fornos metalúrgicos radialmente simétricos ou circulares existentes podem ser adaptados ou adaptados. Em métodos preferidos, a carcaça de aço cilíndrica externa de um forno existente é cortada em um número, por exemplo, de três, oito, ou mais do que oito, segmentos de carcaças.

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47/64 [00157] Em métodos preferidos, um ou mais membros de ligação são dispostos horizontalmente sobre a carcaça de aço cortada. Os referidos membros de ligação são dispostos sob tensão, que podem ser mantidos pelos membros de tensão de carga, que podem ser molas de trabalho pesado, sobre os membros de ligação. Em modalidades preferidas, os membros de ligação são cabos de aço, e são arranjados em um ou mais pares distribuídos ao longo da altura da carcaça cortada. Os membros de ligação sob tensão exercem uma força compressiva, ou interna, em um refratário dentro da carcaça cortada do forno adaptado.

[00158] Quando aquecido e resfriado, o refratário do forno adaptado irá se expandir e contrair, e os segmentos da carcaça de aço irão se mover para dentro e para fora em resposta a expansão e a contração do refratário, mantido no lugar pelos membros de ligação, na medida em que os membros de tensão se expandem e se contraem. A tensão pode ser mantida, ajustada e/ou monitorada por carregar membros de ajuste de comprimento e membros de medição de tensão sobre os membros de ligação.

[00159] Métodos preferidos de adaptar ou de adaptação dos fornos existentes também incluem uma etapa de substituir o refratário. Uma vez substituído, o refratário pode compreender uma camada interna de tijolos, que pode cada uma das quais ser radialmente simétrica em seção transversal horizontal, com uma camada interna e segunda que compreende material termicamente dispersivo tal como periclásio, e a camada externa, próxima da carcaça que compreende um material que pode ter uma alta condutividade térmica, por exemplo, grafite. Em modalidades preferidas, as camadas de tijolos serão escalonadas verticalmente, e as camadas verticais serão independentes uma a partir da outra.

[00160] Em métodos preferidos, um flange pode ser fixado, por

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48/64 exemplo, soldado, na(s) extremidade(s) de segmento(s) de carcaça curvo(s) antes da partida do forno. As seções de carcaça podem ser aparafusadas no flange para fixar com o flange da região de soleira posicionado na parte de fundo. Uma vez que os tijolos são montados, os parafusos são removidos a partir do forno adaptado para permitir o movimento dos segmentos com relação ao refratário.

[00161] Em modalidades preferidas, os papéis de expansão podem ser dispostos entre as camadas radiais de tijolos para se aproximar a um diâmetro de refratário que corresponde com uma configuração expandida. Uma vez aquecidos durante o uso do forno, os referidos papéis queimarão, e os tijolos em expansão se adaptarão aos espaços resultantes.

[00162] Em ainda modalidades adicionais preferidas, métodos de adaptação ou de adaptar fornos radialmente simétrico existentes, ou fornos que são quadrados ou retangulares em seção transversal horizontal, incluem as etapas de instalar um sistema de ligação vertical para aumentar a estabilidade vertical do refratário. A instalação do sistema de ligação vertical pode incluir dispor um ou mais membros de pressão acima do refratário para exercer pressão para baixo no refratário. Métodos preferidos podem incluir dispor os membros de pressão nos membros de cobertura ou outros membros acima da camada radial de tijolo de refratário. Onde membros de cobertura são usados, um membro de cobertura para cada uma das duas, três, ou mais camadas radiais de tijolo pode ser usado. Os membros de pressão podem ser montados ou soldados na superfície dos membros de cobertura ou de outros membros, e podem ser alojados em uma tampa. Os membros de suspensão rígidos, que podem ser varas de aço, podem ser montados aos membros de pressão, que podem ser molas. Em modalidades preferidas, os membros de suspensão rígidos então serão conectados de modo móvel ou de deslize aos membros de suporte horizon

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49/64 tais, que podem ser vigas de aço. Pela conexão móvel, os membros de suspensão rígidos são permitidos se mover para frente e para trás horizontalmente em compensação pela expansão e contração radial do refratário a partir de uma posição expandida (aquecida) para uma posição contraída (resfriada).

[00163] Com referência à figura 5, modalidades preferidas da presente invenção compreendem uma região de abóbada 200. Em uso, a superfície interior da região de abóbada 200, voltada em direção do espaço interno do forno 30, como mostrado na figura 1, pode ser revestida com uma camada de poeira e de outros materiais gerados no forno 10. A referida camada pode ter uma espessura de 10 a 20 cm, dependendo de fatores que incluem fluxo de calor radiativo a partir da escória e a partir de quaisquer arcos elétricos gerados dentro do forno

10. A temperatura dentro do material fundido pode variar a partir de 1500 a 2200 graus Celsius, e a temperatura na face interna da região de abóbada 200 pode variar a partir de aproximadamente 1200 graus Celsius a 1600 graus Celsius. Assim sendo, a região de abóbada 200 tendo um baixo grau de condutividade térmica e elétrica é adequada para uso em conexão com os fornos 10 da presente invenção. A região de abóbada 200 que seria adaptada para manter uma superfície externa temperatura de 20 a 40 graus Celsius é especialmente adequada. Uma região de abóbada relativamente espessa e massiva 200 que compreende materiais tendo baixa condutividade pode ser adequada para proporcionar uma temperatura de superfície externa reduzida.

[00164] Como ilustrado, a região de abóbada 200 de acordo com um exemplo de modalidade da presente invenção pode ser formada de uma pluralidade de blocos 210, adaptados para se encaixarem juntos para formar o formato da região de abóbada 200. Na modalidade ilustrada na figura 5, todos menos o bloco mais central 212 são em

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50/64 forma de arco, com blocos adjacentes 210 formando uma série de anéis, enquanto que o bloco central 212 é de formato circular. Aqueles versados na técnica podem observar que muitas outras configurações possíveis podem também ser proporcionadas sem se desviar a partir dos ensinamentos da presente invenção.

[00165] Como mostrado nas figuras 6 e 6A, cada bloco 210 pode ser produzido a partir de uma tampa aberta 215, formada de um metal não magnético, por exemplo, cobre para evitar que corrente induzida seja gerada. Aqueles versados na técnica po dem observar que cobre tem uma alta condutividade térmica adequada para o uso pretendido, mas que outros materiais podem também ser usados de acordo com os ensinamentos da presente invenção. Na modalidade ilustrada, uma armação estrutural 220, que pode ser formada de haste de reforço, por exemplo, haste de reforço de aço, suporta a porção de tampa 215 e a rede de malha 230, que pode ser uma rede de malha de aço. Em modalidades especialmente preferidas, a referida rede de malha de aço 230 pode compreender aço resistente de alta temperatura.

[00166] Em modalidades preferidas, a porção de tampa 215 é preenchida com material não condutor capaz de ser fundido 240, tendo um baixo grau de condutividade térmica, por exemplo, alumina superior (Ab0a) capaz de ser fundida. Em geral, camadas mais espessas de material não condutor e mecanicamente forte irá proporcionar maior isolamento elétrico assim como isolamento térmico. Materiais que podem ser fundidos que são não reativos e não solúveis em água, por exemplo, alumina superior capaz de ser fundida, tendem a deteriorar mais lentamente durante o uso, têm uma vida útil mais longa, e são particularmente bem adequados para o uso na região de abóbada 200 para o forno 10 da presente invenção. A região de abóbada 200 tendo uma espessura relativamente aumentada de camada capaz de ser fundida 240 é em geral preferida. Em modalidades especialmente pre

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51/64 feridas, como ilustrado na figura 6, a camada capaz de ser fundida 240 pode exceder a profundidade da porção de tampa 215 por 10 cm, 15 cm, ou mais, para ter uma profundidade geral de 50 cm, 60 cm, ou maior. Nas modalidades preferidas ilustradas, a combinação de uma armação estrutural 220 e de rede 230 proporciona suporte para a maior massa da camada de material capaz de ser fundido 240. Em uso, a camada de poeira e matéria particulada, que pode ser referida como um cascão pode se acumular no lado de baixo da região de abóbada 200, proporcionando isolamento térmico adicional.

[00167] Na modalidade ilustrada na figura 5, blocos de região de abóbada individuais 210 são suportados verticalmente por uma pluralidade de membros de suporte 235 que são soldados na armação estrutural 220 e se estendem através de aberturas adequadamente dimensionadas 250 formadas na porção de tampa 215. Na modalidade ilustrada, cada bloco 210 pode ser suportado por quatro membros de suporte 235, cada um dos quais se estende através de uma abertura apropriada 250.

[00168] Em modalidades preferidas, quaisquer espaços entre os blocos adjacentes 210 são selados com uma substância apropriada tal como alcatrão, cimento, ou de função similar. De modo similar, em modalidades adicionais preferidas, os referidos espaços entre os membros de suporte 235 e a porção de tampa 215, formados dentro das aberturas 250, são selados em um modo similar.

[00169] Em modalidades preferidas, a região de abóbada 200 é adaptada para suportar e reter a camada de líquido de resfriamento, por exemplo, água. Nas referidas modalidades preferidas, o formato da superfície superior da região de abóbada 200 é adaptado de modo que pelo menos algum do líquido vertido ou disperso sobre a região de abóbada 200 irá se mover para fora, em direção da borda externa da região de abóbada 200. Nas referidas modalidades preferidas, como

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52/64 ilustrado na figura 3, uma calha 260 pode ser formada em torno da borda radial externa da região de abóbada 200, ou em qualquer ponto em torno da região de abóbada 200. Uma parede externa 275 do orifício 260 pode ter uma altura mais alta do que a parede interna 270 do orifício 260, de modo que a camada de líquido refrigerante pode ser retida na região de abóbada 200 com a espessura alvo, para absorver calor a partir do forno 10. Em modalidades preferidas, a calha 260 da presente invenção pode compreender uma parede interna estendida de barreira 270, e/ou um sensor, para monitorar e/ou controlar a profundidade do líquido de resfriamento. Em modalidades adicionais preferidas, o líquido de resfriamento pode ser deslocado em afastamento a partir do orifício 260 com um membro de deslocamento de líquido, por exemplo, uma bomba de poço, e pode ser continuamente substituído por líquido de resfriamento a temperatura ambiente ou resfriado. O referido deslocamento pode ser em base contínua, de modo que a camada do líquido de resfriamento é continuamente refrigerada e resfriado, ao mesmo tempo em que mantém uma profundidade alvo ou faixa de profundidade alvo, que pode ser variada em resposta a pressão interna do forno que é tipicamente entre 5 mm e 10 mm de calibre de água durante o uso. Em modalidades preferidas, a referida profundidade de líquido refrigerante pode ser entre 20 mm e 50 mm.

[00170] Em modalidades especialmente preferidas, a camada de líquido refrigerante, que pode ser água, retida na região de abóbada 200 pode funcionar para proporcionar a vedação para reduzir o escape de gases, por exemplo, monóxido de carbono, a partir do lado de dentro de espaço do forno 10. Durante o uso, os fornos metalúrgicos podem gerar uma variedade de materiais tóxicos, que incluem gases. Por reter uma camada da espessura alvo de líquido refrigerante tal como água em cima da região de abóbada 200, os fornos 10 podem reduzir as quantidades de gases e poeiras que passam a partir do for

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53/64 no 10 e no ambiente que circunda, que pode aprimorar as condições de segurança do trabalhador e reduzir o impacto ambiental da operação do forno 10.

[00171] Embora não mostradas na figura 5, as aberturas na região de abóbada 200 para os tubos de alimentação, por exemplo, no bloco mais central 212, pode ser proporcionado assim como em algum outro ponto conforme necessário. Os referidos tubos de alimentação podem ser circundados por um pequeno membro não magnético, por exemplo, um cilindro de cobre, que pode ser soldado na a placa 215, para resfriar o tubo e para evitar que qualquer líquido de resfriamento flua para baixo ao longo do tubo. A vedação pode ser proporcionada entre o tubo e o cilindro de cobre.

[00172] Em determinadas modalidades preferidas, a retenção de gás dentro do forno 10 é adicionalmente ajudado através de colocar a vedação (não mostrada), que pode ser uma vedação anular e que pode ter um grau de flexibilidade e elasticidade, entre a parede externa 275 do orifício 260 e o refratário de tijolo 20 a criar uma vedação. Em casos onde a vedação entre blocos adjacentes 210 é comprometida e pequenas quantidades de líquido refrigerante vaza através, se água for selecionada como o líquido refrigerante e material de alumina capaz de ser fundido for selecionado para os blocos 210, os mesmos proporcionam os exemplos de vantagem de serem não reativos com, e não solúveis no mesmo. Adicionalmente, em vista das temperaturas relativamente aumentadas às quais o referido líquido que vazou pode ser exposto, o referido líquido refrigerante pode provavelmente vaporizar. Em casos onde a integridade da região de abóbada 200 pode ser comprometida, vapor ou outra indicação visível de vaporização do líquido de resfriamento pode agir como um sinal para parar a operação do forno e para substituir quaisquer aspectos em falha da região de abóbada 200, por exemplo, blocos com defeito 210.

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54/64 [00173] Em determinadas modalidades, a região de abóbada 200 da presente invenção pode compreender uma camada de cobertura para encerrar e evitar a evaporação de líquido refrigerante para o ambiente circunvizinho.

[00174] A região de abóbada 200 da presente invenção pode ser adequada para uso ou a instalação em conjunto com os fornos metalúrgicos 10 que são radialmente simétricos em seção transversal horizontal, ou fornos que são quadrados ou retangulares em seção transversal horizontal.

[00175] Com referência às figuras 3 e 4, os exemplos de forno 10 podem ser resfriados pelo uso de meios de deslocamento de ar 500, que podem ser ventiladores para deslocar ar em afastamento a partir de um envelope de ar 505 que circunda o forno 10. Na modalidade ilustrada, uma manga externa ou cobertura 520, que pode ser produzida de aço, circunda o forno 10, e contém o envelope de ar 505. A manga 520 pode ser dividida em um número de seções, que pode corresponder com o número de seções de carcaça 42, desse modo circundando, coletivamente com a seção de carcaça correspondente, um volume de ar para ser deslocado. As referidas seções de manga podem ser soldadas a um flange 43 de seções de carcaça correspondentes 42. Cada seção pode ser proporcionada com os meios de deslocamento de ar 500. Nas referidas modalidades, a manga 520 irá se mover ao longo das seções de carcaça 42 durante a expansão e a contração do forno 10 que corresponde com os ciclos de aquecimento e resfriamento. Em uso, o envelope de ar 505, que pode compreender um número de segmentos individuais, cada um dos quais contidos entre um segmento de carcaça 42 e um segmento de manga 520, será aquecido pela superfície externa da carcaça 40 do forno 10. Os meios de deslocamento de ar 500, ilustrados como sendo montados em uma tubulação de conduto de ar conectada a uma seção flexível em uma

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55/64 porção superior da manga 520, irá então deslocar o ar aquecido em afastamento a partir do envelope de ar 505. Na modalidade ilustrada, o referido deslocamento será por meio de sucção criada por um ou mais ventiladores.

[00176] Na medida em que o ar é deslocado para fora do envelope 505, pressão negativa pode ser criada dentro da manga 520. Em modalidades preferidas, um diferencial de pressão entre o envelope 505 e o ambiente externo é suficiente para extrair uma quantidade adequada de ar ambiente para contribuir para o resfriamento da carcaça de aço 40, ao mesmo tempo em que proporciona a vantagem adicional de extrair em afastamento quaisquer gases perigosos que posam ter vazado a partir do espaço interno do forno 30 através do revestimento de cascão congelado e/ou através da camada de refratários 22, 24, 26 em um evento único. Como exemplificado na figura 4, uma ou mais aberturas de ingresso de ar 510, que podem ser fendas, formadas na manga 520 podem permitir o ingresso de ar ambiente ou resfriado dentro do envelope 505, para desse modo substituir o ar aquecido deslocado e resfriamento do forno 10. Por uso da manga 520 de acordo com algumas modalidades da presente invenção, em comparação com o uso apenas dos meios de deslocamento de ar ou ventiladores, a velocidade na qual o ar é deslocado pode ser aumentada. Em determinadas modalidades, o ar atraído em afastamento a partir do envelope 505 pode ser filtrado ou de outro modo processado de modo a remover ou neutralizar os contaminantes, se necessário.

[00177] Em modalidades adicionais preferidas, o sistema para o resfriamento do forno 10 pode compreender um ou mais bocais de pulverização 545, que pode ser qualquer adequado meio de pulverização, para pulverizar líquido de resfriamento sobre a superfície externa 40 do forno 10 durante o uso. Em modalidades especialmente preferidas, o líquido de resfriamento é atomizado para formar uma névoa pe

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56/64 los um ou mais bocais de pulverização 545 para ser direcionada sobre a superfície externa 40 do forno 10, cujos bocais 545 podem ser direcionados de acordo no caso em que pontos quentes no refratário 20 sejam detectados através de termopares embutidos. O líquido de resfriamento, que pode ser água, é então aquecido pelas superfície externa 40 do forno 10 e subsequentemente evapora, o que contribui para o resfriamento da carcaça 40. Quando usado em combinação com os meios de deslocamento de ar 500 discutidos acima, o uso dos quais pode resultar no movimento de ar ao longo da superfície externa 520 do forno 10, o líquido de resfriamento pulverizado pode evaporar a um maior coeficiente, o que leva a um maior resfriamento da carcaça 40. A rápida evaporação do líquido de resfriamento pode também ter o efeito de reduzir o acúmulo de líquido de resfriamento, por exemplo, em uma superfície inferior do forno 10, e pode, portanto, reduzir os perigos de segurança associados, por exemplo, explosão em um evento improvável de vazamento do forno que resulta a partir de metal fundido ou outros materiais escaparem a partir do forno 10 e entrarem em contato com qualquer excesso de líquido.

[00178] Em modalidades preferidas, um detector (não mostrado) pode ser empregado para regular a pulverização de líquido de resfriamento. Em uso, quando níveis de líquido de resfriamento são detectados como tendo se acumulado em uma superf ície inferior de envelope 505, o detector pode reduzir a pulverização de líquido de resfriamento e /ou, nesse meio tempo, aumentar o coeficiente de fluxo de ar se os pontos quentes forem ainda detectados. Uma vez que o líquido de resfriamento tiver dispersado, evaporado, ou de outro modo sido removido, de modo que o nível alvo, por exemplo, nenhum, líquido de resfriamento esteja presente na superfície interior, a pulverização de líquido de resfriamento seria aumentada para combater qualquer superaquecimento. Se não forem detectados pontos quentes, o líquido de

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57/64 pulverização pode não ser usado.

[00179] Com referência às figuras 7 e 8, o forno 10 preferido de acordo com exemplos de aspectos a presente invenção compreende um ou mais eletrodos 400 que são suspensos dentro do espaço interno do forno 30 através de aberturas na região de abóbada 200, que podem ser em blocos 210 que são posicionados adjacentes ao bloco mais central 212. Na modalidade ilustrada, o eletrodo 400 é mantido no lugar por um sistema de vedação para o resfriamento do eletrodo 400 e proporcionando isolamento elétrico em torno do eletrodo 400. Em uso, típicos eletrodos 400 de forno 10 da presente invenção podem experimentar voltagens elétricas de até 1000V, e as correntes variam com base na potência nominal e no tamanho do eletrodo.

[00180] Um sistema de vedação ilustrado na figura 7 compreende uma pluralidade de membros de sapata de isolamento e de vedação cerâmica 415 que circundam o eletrodo 400 e membros de sapata de pressão correspondentes 410 que pressionam radialmente os membros de sapata de vedação 415 e o eletrodo 400. Os membros de sapata de cerâmica 415 podem cada um dos quais formar um formato de L, de modo a ser suportado por uma tampa 460, que pode ser produzida de um material não magnético, por exemplo, cobre, como ilustrado na figura 7. Os membros de sapata 410 podem ser produzidos de um material não magnético, por exemplo, cobre. Como mostrado na figura 8, cada membro de sapata membro 410 é orientado ou forçado contra o membro de sapata de vedação 415 e o eletrodo 400 por um de uma pluralidade de membros de orientação 420, que podem ser molas. Na modalidade ilustrada, cada par de membros de sapata 415 e 410 é configurado para se encaixar de modo apertado contra o par adjacente de 415 e 410, e é formado adequadamente para coletivamente formar um anel anular em torno do eletrodo 400. Os membros de sapata de vedação de cerâmica 415 e os membros de pressão 410

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58/64 podem funcionar como a vedação principal do eletrodo 400, isolamento elétrico, assim como um acolchoamento para acomodar o movimento lateral do eletrodo 400. A força exercida pelos membros de orientação 420 deve ser ajustada de modo a não reduzir a resistência ao movimento vertical do eletrodo 400.

[00181] Em modalidades preferidas, cada membro de orientação 420 é suportado por um parafuso prisioneiro não magnético 430, que pode ser produzido de cobre e pode ser roscado. O parafuso prisioneiro 430 pode ser soldado sobre ou de outro modo conectado a uma placa de resfriamento não magnética espessa 475, que pode ser produzida de cobre, e a pressão do membro de orientação 420 pode ser ajustada por um parafuso 450 roscado através do parafuso prisioneiro 430. Acima dos membros de sapata 410 e acima do parafuso prisioneiro 430, uma tampa 460, que pode ser construída de metal não magnético, pode ser disposta e suportada pelos parafusos prisioneiros 430. Como mostrado na figura 7, em modalidades especialmente preferidas, uma tampa de cobre roscada 460 pode ser aparafusada sobre a placa de resfriamento 475 com uma rosca produzida na borda externa para formar a vedação entre a tampa 460 e a placa de resfriamento de cobre.

[00182] Em determinadas modalidades preferidas, a vedação de eletrodo é adaptada para resfriar o eletrodo 400 durante o uso. Como mostrado na figura 7, uma placa não magnética 475, que pode ser produzida de cobre, pode formar a parte de fundo da vedação do eletrodo. Os membros de sapata de vedação de cerâmica 415 podem ser estendidos para baixo para a borda da parte de fundo da placa de resfriamento 475 para completamente isolar a placa de cobre 475 a partir do eletrodo 400. Uma camada delgada de material de lã de cerâmica 466 pode ser disposta entre 415 e 410 que pode adicionalmente se estender para baixo para preencher algum ou todo o possível espaço

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59/64 entre a vedação dos membros de sapata 415, a placa 475 e a camada capaz de ser fundida 405. A placa 475 se apoia em e é suportada pela tampa de cobre da região de abóbada 215 a qual, por sua vez é suportada pela haste de suspensão 235. A camada de material de isolamento elétrico 476 pode adicionalmente ser disposta entre a placa 475 e a porção de tampa 215.

[00183] Em modalidades preferidas, na parte de fundo de a placa de resfriamento de cobre 475, a superfície é coberta com a camada de capaz de ser fundida, que pode ser produzida de alumina superior, que funciona como um isolante elétrico. A referida camada de isolamento 405 pode ser pelo menos de 50 a 100 mm de espessura. De modo a travar a camada de isolamento 405, a parte de fundo da superfície da placa de cobre 475 pode ser tornada áspera ao se fazer ranhuras com 10 mm a 20 mm de profundidade. Em modalidades preferidas, a rede condutora 220 e a armação estrutural 230 dos membros adjacentes de região de abóbada serão cobertas com alumina capaz de ser fundida de pelo menos 50 mm a 100 mm de espessura. Durante o uso, em um evento improvável a camada de isolamento capaz de ser fundida 405 falha e uma ponte elétrica é formada entre o eletrodo e placa de cobre 475 com fumaças e poeiras condensadas, a camada de isolamento 476 pode reter a sua função de isolamento da tampa da região de abóbada 215 a partir de placa de cobre 475.

[00184] A placa de resfriamento de cobre 475 pode definir um canal 480 na mesma, através da qual o líquido de resfriamento pode ser direcionado. Na modalidade ilustrada, o canal 480 tem um formato em geral circular, mas aqueles versados na técnica podem observar que outros formatos podem também proporcionar um canal de resfriamento funcional. Na modalidade ilustrada na figura 9, o líquido de resfriamento, por exemplo, água, pode ser direcionada para dentro do canal de resfriamento 480 através de um membro de entrada de fluxo 482, e

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60/64 ser então deslocada em torno do canal de resfriamento 480, e fluir para fora do canal de resfriamento 480 através de um membro de saída de fluxo 484. O líquido de resfriamento no canal de resfriamento 480 pode ser pressurizado, de modo a aumentar o coeficiente de resfriamento. Em modalidades especialmente preferidas, o referido líquido de resfriamento irá, durante o uso, fluir em torno do canal de resfriamento 480, desse modo resfriando o eletrodo 400, o fluxo para fora do canal de resfriamento 480, será resfriado, e então reintroduzido no canal de resfriamento 480, tudo em bases contínuas.

[00185] Como ilustrado na figura 7, uma abertura 465 na tampa não magnética 460 pode ser incluída, para permitir que o nitrogênio pressurizado (N2), ou qualquer outro gás adequado, por exemplo, argônio, seja direcionado para dentro da vedação, de modo a preencher quaisquer possíveis espaços entre os membros de sapata de vedação de cerâmica 415 e membros de sapata de pressão 410 em toda a câmara de vedação.

[00186] Os membros de sapata de vedação de cerâmica 415 podem ser adicionalmente estendidos para cima com uma porção de topo em formato de L para cobrir a tampa não magnética 460. Um material de embalagem de resistência a extra alta temperatura 467 pode ser embalado com membros de sapata de vedação 415 em uma câmara que circunda o eletrodo 400, que pode funcionar para manter a pressão adequada do gás limitando o vazamento dentro do forno ou dentro da atmosfera ambiente. A referida câmara de vedação pode compreender um elemento de anel não magnético 462 soldado na tampa 460. A parte de topo do anel 462 é roscada para apertar a tampa roscada 464. A porção de tampa tem um grande espaço livre a partir do eletrodo 400. Em modalidades preferidas, uma arruela cerâmica 468 como um isolante elétrico é disposta abaixo da tampa não magnética 464 para nivelar a pressão sobre o material de embalagem 467,

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61/64 que pode agir como um acolchoamento e vedação. Em geral, vedações de eletrodo da presente invenção serão construída de tal modo a proporcionar isolamento elétrico entre todos os metais e o eletrodo 400. Adicionalmente, em modalidades preferidas, todos os materiais de suporte de vedação de eletrodo podem compreender metais ou ligas não magnéticas, de modo a reduzir a geração de corrente induzida. Cobre é o material preferido pelo fato de sua alta condutividade térmica, na medida em que os elementos que incluem 410, 460, 462 e 462 podem estar em contato com a placa de resfriamento de cobre 475 e podem desse modo ser resfriados durante o uso.

[00187] Um exemplo adicional dos arranjos de tijolos e carcaça de aço para um forno de fundição de ilmenita de acordo com uma modalidade da presente invenção é com a seguir. Um forno tendo 50 - 60 MW de potência operacional, com 2 camadas de tijolo de periclásio (228.6 mm em espessura para os tijolos mais finos e 406.4 mm para os tijolos mais espessos) e uma camada de tijolo de grafite (228.6 mm de espessura) que compreende o refratário para o forno a partir da parte de fundo na parte oblíqua da borda livre circundada por uma carcaça de aço. A superfície interna em forma de favo de mel dos tijolos que inclui as cavidades que resultam a partir dos tijolos escalonados com diferentes espessuras é coberta com a camada (50.8 mm) de MgO capaz de ser fundido como um material sacrificial durante partida. Entretanto, para a área no ferro fundido, as cavidades podem ser opcionalmente preenchidas com o material capaz de ser fundido. O diâmetro interno da carcaça de aço (ID) durante a operação normal do forno (sob condições quentes) é 13,379 mm. É esperado que seja contraído em 13,208 mm quando o forno estiver completamente resfriado, o que representa uma contração de 85 mm do refratário na direção radial. Assumindo que 8 peças de uma placa curva de carcaça de aço sejam usadas para compreender a carcaça, o espaço livre entre cada

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62/64 placa antes da partida do forno, quando os papéis são dispostos entre as camadas radiais de tijolos para se aproximar de uma configuração expandida, é estimada em 67 mm. Para a camada mais interna de tijolo de periclásio cuja largura interna é 101.6 mm (a mais quente) requer 7 papéis por 2 tijolos com uma espessura de papel de 0,4 mm. Para a camada externa de tijolo de periclásio são necessários 2 papéis por tijolo. Para o tijolo de grafite, é recomendado se usar feltro de grafite como um acolchoamento. É assumido na nova instalação, que o feltro de grafite pode ser pressionado para reduzir em 20% a espessura em uma condição de operação regular e durante a contração para a completa condição fria, o mesmo pode ser pressionado para reduzir em 70% a sua espessura. Assim é estimado que a cada dois tijolos de grafite é necessário 8 mm de espessura de feltro de grafite sem qualquer compressão. Sob condições quentes, a espessura é 6,4 mm e na máxima compressão ela se torna 2,4 mm.

[00188] No referido exemplo adicional, para um refratário da região de soleira, os papéis de expansão podem também ser usados. É estimado que para a camada mais interna 5 papéis de expansão podem ser necessários para dispor em torno de cada tijolo. Embaixo dessa camada 6 papéis de expansão podem ser necessários antes da próxima camada (2^nd camada) de refratário. Para a próxima camada (2^ndcamada) de refratário, a cada 3 tijolos como um bloco pode requerer 8 papéis e 2 papéis podem ser dispostos entre a referida camada e a próxima camada (3^rd) de refratário. Nenhum papel pode ser necessário para os tijolos da terceira camada de refratário e entre tijolos de grafite. Na parte de topo da camada de refratário, mais uma vez uma camada sacrificial de MgO capaz de ser fundido de 50,8 mm de espessura é fundida na parte de topo da superfície do refratário.

[00189] No referido exemplo adicional, em uso, em vista do movimento do refratário durante a expansão e a contração, em ambas as

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63/64 extremidades de cada placa vertical curva da carcaça um flange pode ser soldado na extremidade antes da partida. Os segmentos de carcaça adjacentes podem ser aparafusados no flange para fixar com o flange da região de soleira na parte de fundo e na parte de topo com um piso de aço. Após os tijolos revestidos na região de soleira, as placas da carcaça podem ser instaladas e travadas com um parafuso, pino, ou outro meio de fixação adequado, por exemplo, por acoplar aos flanges 46. Os tijolos 26 podem então ser revestidos contra os segmentos de carcaças, com o resto das camadas 24, 22 revestidas contra os tijolos 26, para formar o refratário. Após os tijolos serem depositados e as molas serem carregadas em torno das placas da carcaça, o meio de fixação pode então ser removido de modo que as placas podem se mover livremente na medida em que o forno se expande ou se contrai. É estimado que a temperatura do lado mais quente do tijolo interno durante a operação é de aproximadamente 800 - 1000 graus Celsius, e o mesmo tijolo no lado mais frio é de aproximadamente 400 graus Celsius. Para um forno com uma altura geral de 11 m, o lado quente irá se expandir verticalmente por 152 mm versus o lado frio em aproximadamente 84 mm. Portanto, uma correção pode ser produzida da altura do tijolo para acomodar essa expansão desigual, de outro modo a parte de topo tijolo pode ser inclinada e a carga da mola no tijolo será desigual. Por exemplo, onde a altura do tijolo é designada em 4 ou 101.6 mm, para cada 4 cursos de tijolo, o lado quente do tijolo pode ser mais curto por 2.5 mm, isto é a altura de 68 mm para correção. O número total de cursos de tijolo para a parede é 108. A correção pode não ser produzida para oito cursos da parte de topo. Para a próxima camada de tijolo em direção da carcaça, a correção é similar, mas 3 mm com 5 cursos de tijolo. O tijolo de grafite pode não ser corrigido, pelo fato de que a temperatura é baixa e o coeficiente de expansão do revestimento é quase zero. Na parte de topo da parede

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64/64 lateral dos tijolos, a camada de Teflon^TM pode ser depositada, com uma placa de anel de aço depositada em cima do mesmo, para o engate direto com os membros de compressão verticais que podem ser molas.

[00190] A descrição da presente invenção foi apresentada com fins de ilustração, mas não se pretende que seja exaustiva ou limitada ás modalidades descritas. Muitas modificações e variações serão aparentes para aqueles versados na técnica. As modalidades foram escolhidas para explicar os princípios da presente invenção e de suas aplicações práticas e para permitir que outros versados na técnica entendam a presente invenção de modo a implementar várias modalidades com várias modificações como possam ser adequadas para outros usos contemplados.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Forno metalúrgico (10) caracterizado pelo fato de que compreende:

um refratário (20), que circunda um espaço do forno (10), para dissipar calor quando o espaço do forno (10) é aquecido;

um membro de exercer força para contrair uma carcaça externa segmentada (40) em torno do refratário (20), em direção ao espaço do forno (10), conforme o refratário (20) contrai quando o espaço do forno (10) é resfriado;

em que o membro de exercer força compreende uma pluralidade de cabos (50) disposta em torno de uma superfície externa da carcaça externa segmentada (40) em intervalos espaçados verticalmente;

em que cada um da pluralidade de cabos (50) é suportado em um membro de suporte (70); e em que pelo menos um da pluralidade de cabos (50) possui um membro de tensão (60) montado no mesmo para ajustar o comprimento do cabo (50), dessa forma, ajustando a tensão do membro de tensão (60) e a força exercida pelo cabo (50).
2. Forno metalúrgico (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro de exercer força permite que o refratário (20) se expanda quando o espaço do forno (10) é aquecido e exerce uma força compressiva no refratário (20) conforme o refratário (20) contai quando o espaço de forno (10) é resfriado.
3. Forno metalúrgico (10), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que membro de exercer força compreende uma pluralidade de membros de pressão (100) dispostos em torno de uma superfície externa da carcaça externa segmentada (40), cada membro de pressão (100) para pressionar contra uma superfície externa e, dessa forma, exercer uma força de pressão a na mesma.

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4. Forno metalúrgico (10), de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um membro de tensão (60) montado no membro de exercer força para exercer tensão no membro de exercer força, dessa forma, exercendo a força.
5. Forno metalúrgico (10), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o membro de exercer força é suportado em uma pluralidade de membros de suporte (70), os quais são colunas verticais (70) dispostas em torno da carcaça externa segmentada (40).
6. Forno metalúrgico (10), de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o refratário (20) é radialmente simétrico em uma seção transversal pelo menos em um ponto ao longo de sua altura.
7. Forno metalúrgico (10), de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a carcaça externa segmentada (40) é geralmente cilíndrica em forma em uma configuração contraída quando o espaço do forno (10) é resfriado, e em que a carcaça externa segmentada (40) compreende pelo menos um espaço entre os segmentos de carcaça (42) horizontalmente adjacentes em uma configuração expandida quando o espaço do forno (10) é aquecido.
8. Forno metalúrgico (10), de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o refratário (20) compreende uma camada mais interna de tijolos (22, 24, 26) termicamente condutores dispostos em torno do espaço do forno (10) para absorver e dissipar o calor.
9. Forno metalúrgico (10), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o refratário (20) ainda compreende pelo menos uma camada adicional de tijolos (22, 24, 26) termicamente condutores disposto em tono da camada mais interna dos tijolos (22,

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24, 26) termicamente condutores para absorver e dissipar ainda mais o calor.
10. Forno metalúrgico (10), de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o refratário (20) ainda compreende uma camada mais externa de tijolos (22, 24, 26) dispostos em torno de uma ou mais camadas de tijolos (22, 24, 26) termicamente condutores.
11. Forno metalúrgico (10), de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a carcaça externa segmentada (40) compreende pelo menos três segmentos.
12. Forno metalúrgico (10), de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a carcaça externa (40) segmentada compreende um número menor ou maior de segmentos proporcional com a tamanho relativo do forno (10).
13. Forno metalúrgico (10), de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que cada segmento da carcaça (42) externa segmentada compreende uma borda, a qual é adaptada para cooperar com uma borda de um segmento de carcaça (42) adjacente.
14. Forno metalúrgico (10), de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um ou mais membros de vedação para colocação entre a carcaça externa segmentada (40) e o refratário (20), cada membro de vedação para vedar um ou mais espaços formados entres segmentos de carcaça (42) horizontalmente adjacentes em uma configuração expandida quando o espaço do forno (10) é aquecido.
15. Forno metalúrgico (10), de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um ou mais membros de retenção (41) para conectar de forma móvel pares de segmentos de carcaça (42) horizontalmente adjacentes,

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4/4 cada membro de retenção (41), dessa forma, fornecendo uma distância de espaço máxima entre cada par conectado de segmentos de carcaça (42) horizontalmente adjacentes.