BR112017002506B1

BR112017002506B1 - placa de resfriamento de alto-forno com sistema integrado de detecção de desgaste

Info

Publication number: BR112017002506B1
Application number: BR112017002506-0A
Authority: BR
Inventors: Nicolas Maggioli; Nicolas Mousel
Original assignee: Paul Wurth S.A.
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2021-05-18
Also published as: WO2016023838A1; JP2017527697A; CN106687606A; RU2017107851A; BR112017002506A2; LU92515B1; KR20170026636A; JP6578348B2; KR101759868B1; EP3180452A1; UA118486C2; EP3180452B1; RU2674054C2; CN106687606B; US20170226601A1; TW201615843A; RU2017107851A3; TWI652348B; US9963753B2

Abstract

A invenção se refere a uma placa de resfriamento para um forno metalúrgico que compreende um corpo (12) com uma face frontal (18) e uma face posterior oposta (20), no corpo é disposto ao menos um canal de refrigeração (14); a face frontal (18) é voltada para o interior do forno e compreende, preferivelmente, nervuras (22) e sulcos (24) alternados. A placa de resfriamento inclui meios de detecção de desgaste que compreendem: uma pluralidade de canais de pressão fechados (26, 28) distribuídos em locais diferentes no referido corpo, as referidas câmaras de pressão são posicionadas em profundidades predeterminadas abaixo da face frontal (18) do referido corpo; e um sensor de pressão (30) associado a cada câmara de pressão (26, 28) para detectar um desvio de uma pressão referencial na referida câmara de pressão quando esta última se abre pelo desgaste do referido corpo.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere às placas de resfriamento para fornos metalúrgicos, como altos-fornos, e, em particular, às placas de resfriamento com meios para detecção de desgaste do corpo após a abrasão da parede refratária.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] As placas de resfriamento para fornos metalúrgicos, também denominadas “estufas”, são bem conhecidas no estado da técnica. Elas são utilizadas para cobrir a parede interna da concha externa do forno metalúrgico, como de um alto-forno ou forno elétrico, apresentando as funções abaixo: (1) tela protetora de evacuação de calor entre o interior do forno e a concha exterior do forno; e (2) meios de ancoragem para um revestimento de tijolo refratário, gunitagem refratária ou camada de acreção gerada pelo processo dentro do forno.

[003] Originalmente, as placas de resfriamento são placas de ferro fundido que dispõem de tubos de refrigeração fundidos. Como alternativa às estufas de ferro fundido, vêm sendo desenvolvidas estufas de cobre. Hoje em dia, a maioria das placas de resfriamento de forno metalúrgico são feitas de cobre, liga de cobre ou, atualmente, aço.

[004] O revestimento de tijolo refratário, o material de gunitagem refratária ou a camada de acreção gerada pelo processo forma uma camada protetora disposta na frente da face quente do corpo em forma de painel. A camada protetora é útil na proteção da placa de resfriamento contra a deterioração causada pelo ambiente adverso no interior do forno. Na prática, entretanto, o forno é também operado ocasionalmente sem a camada protetora levando à erosão das nervuras lamelares na face quente.

[005] De acordo com o estado da técnica, embora o alto-forno apresente um revestimento de tijolo refratário no lado frontal da estufa, o revestimento se desgaste durante o processo. Particularmente, observa-se que na seção do encosto o revestimento refratário desaparece com rapidez relativa. Embora a camada de acreção da escória sobrecarregada se forme no lado quente das placas de resfriamento, ela continua a se desenvolver e desgastar, de modo que, durante alguns períodos, as placas de resfriamento são expostas diretamente às condições adversas dentro do alto-forno levando ao desgaste do corpo da placa de resfriamento.

[006] As causas principais do desgaste na camada de acreção, além do revestimento refratário e da placa de resfriamento, são o fluxo ascendente dos gases quentes e a fricção da escória submersa (carvão, minério, etc.). Com relação ao fluxo dos gases quentes, o desgaste não é apenas oriundo da carga térmica, como também da abrasão das partículas transportadas nos gases ascendentes.

[007] O documento JP-A2-61264110 apresenta uma estufa refrigerada que compreende um sistema de detecção de desgaste utilizando uma sonda ultrassônica em contato com a face posterior do corpo da estufa para detectar sua erosão. Ocorre que a técnica acima pode ser complexa quando implementada no ambiente do alto-forno.

OBJETO DA INVENÇÃO

[008] O objetivo da presente invenção é propor uma alternativa segura no monitoramento das condições de desgaste nas placas de resfriamento.

[009] O referido objetivo é atingido pela placa de resfriamento, de acordo com a reivindicação 1.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[010] De acordo com a presente invenção, a placa de resfriamento de um forno metalúrgico compreende um corpo com uma face frontal e uma face posterior oposta, no corpo é disposto pelo menos um canal de refrigeração. Durante o uso, a face frontal, que compreende, preferivelmente, nervuras e sulcos alternados, é voltada para o interior do forno.

[011] Deve-se observar que a placa de resfriamento é disposta com meios de detecção de desgaste que compreendem uma pluralidade de canais de pressão fechados distribuídos em locais diferentes no corpo e posicionados em profundidades predeterminadas abaixo da face frontal do corpo. Um sensor de pressão é associado a cada câmara de pressão para detectar um desvio de uma pressão referencial na câmara de pressão quando esta última se abre pelo desgaste da porção do corpo.

[012] A presente invenção, assim, proporciona uma forma de detectar o desgaste das placas de resfriamento com base no princípio físico da variação da pressão, cujo monitoramento é fácil e pouco dispendioso. Ademais, a rede das câmaras de pressão fechadas e embutidas no corpo da placa propiciam o monitoramento concomitante do desgaste em vários locais podendo distinguir diversas condições de desgaste (ou níveis de desgaste), dependendo do número das câmaras de pressão fechadas e sua distância na superfície. Consequentemente, a invenção propõe um maior monitoramento da placa de resfriamento onde pode ser observado sua condição de desgaste em várias regiões do corpo e se pode distinguir diferentes condições de desgaste na mesma região.

[013] Em uma modalidade preferida, as câmaras de pressão são formadas como flanges vazados na face posterior e fechadas por um tampão montado com vedação. Cada sensor de pressão é sustentado pelo tampão correspondente, e os fios de conexão do sensor de pressão perpassam na forma vedada o tampão voltado para o exterior. Os sensores apropriados são os do tipo piezelétrico. Para facilitar a implementação, as câmaras de pressão, respectivamente os flanges vazados, são formadas por câmaras ocas e alongadas que se estendem substancialmente de forma perpendicular pela face frontal do corpo. Os flanges vazados podem, por exemplo, ter um diâmetro inferior a 5 mm, preferivelmente entre 1 e 3 mm.

[014] Vantajosamente, as câmaras de pressão são distribuídas nos locais diferentes em grupos de pelo menos duas câmaras de pressão, cada câmara de pressão no grupo é posicionada em uma profundidade diferente predeterminada abaixo da face frontal do referido corpo. Particularmente, em cada grupo, uma câmara de pressão é posicionada na parte inferior de uma nervura e uma câmara de pressão é posicionada na parte inferior de um sulco. Desta forma, podem-se monitorar várias regiões da placa de resfriamento e em cada uma delas se distingue diferentes níveis de desgaste. Por exemplo, os grupos das câmaras de pressão estão localizados nas seções superior, inferior e central do corpo, preferivelmente utilizando 2 ou 3 grupos por seção.

[015] Na prática, as câmaras de pressão são fabricadas como câmaras fechadas e vedadas com fluido na pressão referencial e selecionadas, de modo que, durante o uso, sua pressão referencial difere das pressões de operação no alto-forno. Para facilitar a implementação, o ar flui dentro das câmaras de pressão, muito embora outros gases (especialmente os gases inertes) sejam, em princípio, utilizados. Inicialmente, o fluido nas câmaras de pressão é um líquido, como a água, lembrando a preferência pelos gases e, particularmente, o ar, para a água não ser liberada dentro do forno, mesmo em quantidades pequenas. A pressão referencial do gás é selecionada do seguinte: pressão a vácuo, pressão inferior à pressão de operação no forno e pressão superior à pressão de operação no forno. Supondo-se que a pressão de operação normal no alto-forno está na faixa entre 2 e 3 bars, a pressão referencial (medidas na temperatura ambiente) pode, por exemplo, ser em torno de 1 bar (pressão atmosférica) ou 4 - 5 bars, ou ainda maior.

[016] De acordo com outro aspecto, a invenção propõe um alto- forno compreendendo uma concha revestida com as placas de resfriamento descritas acima, e compreendendo um sistema de controle configurado para: receber sinais de pressão de cada um dos sensores de pressão das câmaras de pressão nas placas de resfriamento; detectar o desvio de pressão da pressão referencial nos sensores de pressão; e apresentar um mapeamento da condição de desgaste no revestimento da placa de resfriamento com base nas informações dos sinais de pressão e da localização conhecida das placas de resfriamento no alto-forno.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[017] A presente invenção é descrita a seguir com os exemplos e as referências das seguintes figuras anexadas, em que:

[018] FIG. 1 é um esboço inicial de uma modalidade da placa de resfriamento;

[019] FIG. 2 é uma vista da seção vertical na placa de resfriamento, na Fig. 1, montada na concha externa do forno;

[020] FIG. 3 é uma vista ampliada em detalhes, A, Fig. 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE PREFERENCIAL

[021] Uma modalidade preferencial da placa de resfriamento 10 é ilustrada esquematicamente nas Figs. 1-3. A placa de resfriamento 10 compreende um corpo 12 que é normalmente formado por uma laje, isto é, feita de um corpo de cobre fundido ou forjado, liga de cobre ou aço. Além disso, o corpo 12 tem nele embutido pelo menos um canal de refrigeração convencional 14. Na Fig. 1, a placa de resfriamento 10 é representada com quatro canais refrigerados 14 para gerar uma tela protetora de evacuação de calor entre o interior do forno e a concha exterior do forno 16 (ou armadura).

[022] Fig. 2 mostra a placa de resfriamento 10, Fig. 1, na seção transversal, montada na concha do forno 16. O corpo 12 tem uma face frontal indicada em linhas gerais 18, também denominada face quente, que é voltada para o interior do forno, e uma face posterior oposta 20, também denominada face resfriada, que, durante o uso, dá para a superfície interna da concha do forno 16.

[023] Conforme é conhecido no estado da técnica, a face frontal 18 do corpo 12 tem vantajosamente uma superfície estruturada, em particular com nervuras 22 e sulcos 24 alternados. Quando a placa de resfriamento 10 é montada no forno, os sulcos 24 e as nervuras lamelares 22 são geralmente dispostos no sentido horizontal formando um meio de ancoragem no revestimento do tijolo refratário (não mostrado).

[024] Como é conhecido, no decorrer da operação do alto-forno ou similar, o revestimento do tijolo refratário se erode devido ao material da escória que desce e as placas de resfriamento são desprotegidas e sofrem com o ambiente adverso dentro do alto-forno.

[025] Consequentemente, a abrasão das placas de resfriamento também ocorre sendo desejável conhecer a condição de desgaste das placas de resfriamento.

[026] Deve-se observar que a presente placa de resfriamento 10 é equipada com meios de detecção de desgaste, como irá ser explicado.

[027] Os presentes meios de detecção de desgaste compreendem uma pluralidade de canais de pressão fechados 26, 28 e distribuídos em locais diferentes no corpo 12 e posicionados em profundidades predeterminadas abaixo da face frontal 18 do corpo 12. As câmaras de pressão fechadas 26, 28 são fabricadas para serem instaladas em um pressão referencial interna (normalmente diferente da pressão de operação do alto-forno), e um sensor de pressão de pressão 30 é associado a cada câmara de pressão 26, 28. Quando o corpo 12 se erode até a profundidade da câmara de pressão fechada, a câmara se abre e a pressão é equilibrada em relação à pressão de operação do alto-forno. Ao monitorar a pressão na câmara de pressão fechada 26, 28, pode-se detectar o momento em que se abre a câmara de pressão fechada, o que é indicado pelo desvio da pressão referencial inicial.

[028] Na prática, as câmaras de pressão fechadas 26, 28 são formadas como flanges vazados e perfurados na face posterior 20 da placa de resfriamento. Os orifícios são perfurados substancial e perpendicularmente à face frontal 18 da placa de resfriamento 10, visto nas Figs. 2 e 3. Os flanges vazados podem ter um diâmetro pequeno, preferivelmente na faixa entre 1 a 3 mm. Cada flange vazado é fechado por um tampão 32 para vedar a câmara de pressão 26, 28. O tampão reforça o sensor de pressão 30 para o sensor dar para o interior da câmara de pressão fechada. O sensor de pressão 30 pode ser do tipo piezelétrico. Os fios de conexão 34 de cada sensor de pressão 30 perpassam na forma vedada o tampão 32 e eles são direcionados para o exterior do forno por uma abertura 36 na concha do forno, representada na Fig. 2.

[029] Como já foi dito, o princípio de monitoramento se baseia no desvio da pressão de uma pressão referencial. Naturalmente, cada câmara de pressão 26, 28 é inicialmente ajustada para uma pressão de gás referencial, que difere das pressões de operação comuns do alto-forno. Desta forma, uma alteração significativa na pressão pode ser medida quando a câmara de pressão fechada se abre em razão do desgaste da porção do corpo, separando inicialmente a extremidade interna na câmara de pressão da borda frontal no painel. A pressão de cada câmara de pressão 26, 28 pode ser implantada como uma pressão referencial menor ou maior do que as pressões de operação no alto-forno, ou mesmo como uma pressão a vácuo.

[030] Na Fig. 1, a posição das câmaras de pressão 26, 28 é indicada esquematicamente pelos círculos de linha contínua. Como pode ser visto, elas são distribuídas em diferentes locais bem definidos no corpo da placa de resfriamento. Na apresentação dos outros desenhos, as câmaras de pressão fechadas são, preferivelmente, dispostas em grupos.

[031] Por exemplo, as câmaras de pressão podem ser distribuídas em grupos de pelo menos duas câmaras de pressão, cada câmara de pressão no grupo é posicionada em uma diferente profundidade predeterminada abaixo da face frontal do referido corpo. Na Fig. 3, observa-se que uma câmara de pressão recebe uma nervura 22, enquanto que a outra câmara de pressão, um sulco.

[032] A extremidade interna da câmara de pressão 28 está localizada em uma distância D1 abaixo da superfície da nervura, ao passo que a câmara 26 está localizada na distância D2 abaixo do respectivo sulco, sendo também denominada D’2 na comparação com a nervura aproximada 22.

[033] A denominada “profundidade” da câmara de pressão corresponde à distância da extremidade interna da câmara de pressão no corpo até a face frontal 18 da placa de resfriamento, no caso D1 e D’2, tomando como referência o lado frontal no nível das nervuras não usadas 22 em uma nova placa de resfriamento.

[034] A detecção da variação de pressão nas câmaras de pressão 28 implica que a espessura da nervura diminui além de D1. A detecção da variação de pressão na câmara de pressão 26 implica que a espessura do corpo no sulco 24 diminui além de D’2, ou que o nível de desgaste no sulco 22 é superior a D2 (dependendo da referência).

[035] A configuração mostrada nas Figuras propicia monitorar 9 regiões/locais diferentes na placa de resfriamento 10: a placa de resfriamento é dividida nas seções superior, inferior e central, cada uma delas é subdividida nas porções esquerda, direita e central.

[036] Alem disso, para cada região, pode-se monitorar o desgaste da nervura ou do sulco.

Claims

1. Placa de resfriamento para um forno metalúrgico compreendendo: um corpo (12) com uma face frontal (18) e uma face posterior oposta (20), no referido corpo é disposto pelo menos um canal de refrigeração (14) em que, durante o uso, a referida face frontal (18) é voltada para o interior do forno e preferencialmente compreende nervuras (22) e sulcos (24) alternados; e meios de detecção de desgaste adaptados para monitorar o desgaste do referido corpo (12); caracterizada por os referidos meios de detecção de desgaste compreenderem: uma pluralidade de câmaras de pressão fechadas (26, 28) distribuídos em locais diferentes no referido corpo, as referidas câmaras de pressão são posicionadas em profundidades predeterminadas abaixo da face frontal (18) do referido corpo; e um sensor de pressão (30) associado com cada câmara de pressão (26, 28) para detectar um desvio de uma pressão referencial na referida câmara de pressão quando esta última se abre pelo desgaste do referido corpo; em que as câmaras de pressão (26, 28) são formadas como flanges vazados perfurados na referida face posterior (20) do referido corpo, e fechados por um tampão montado com vedação (32).

2. Placa de resfriamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por as referidas câmaras de pressão (26, 28), respectivamente os referidos flanges vazados, serem câmaras ocas alongadas que se estendem substancialmente de forma perpendicular pela referida face frontal (18) do referido corpo.

3. Placa de resfriamento de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por o referido sensor de pressão (30) ser sustentado pelo referido tampão (32), e pelos fios de conexão (34) do referido sensor de pressão (30) perpassar na forma vedada o referido tampão (32) voltado para o exterior.

4. Placa de resfriamento de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada por as referidas câmaras de pressão (26, 28), respectivamente os referidos flanges vazados, terem um diâmetro inferior a 5 mm, preferivelmente entre 1 e 3 mm.

5. Placa de resfriamento de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por as referidas câmaras de pressão (26, 28) serem distribuídas nos referidos locais diferentes em grupos de pelo menos duas câmaras de pressão, cada câmara de pressão no grupo é posicionada em uma profundidade diferente predeterminada abaixo da face frontal do referido corpo.

6. Placa de resfriamento de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por em cada grupo, uma câmara de pressão ser posicionada na parte inferior de uma nervura (22) e uma câmara de pressão ser posicionada na parte inferior de um sulco (24).

7. Placa de resfriamento de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada por os referidos grupos das câmaras de pressão estarem localizados nas regiões superior, inferior e central do corpo, preferivelmente 2 ou 3 grupos por região.

8. Placa de resfriamento de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o referido sensor de pressão (30) ser do tipo piezelétrico.

9. Placa de resfriamento de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por cada câmara de pressão (26, 28) ter uma pressão referencial selecionada de: pressão a vácuo, pressão de gás inferior a pressão de operação no forno e pressão de gás superior à pressão de operação no forno.

10. Alto-forno caracterizado por compreender uma concha revestida com placas de resfriamento de acordo com uma das reivindicações anteriores, compreendendo um sistema de controle configurado para: receber sinais de pressão de cada um dos sensores de pressão das referidas câmaras de pressão nas referidas placas de resfriamento; detectar desvios de pressão da pressão referencial em um ou mais dos referidos sensores de pressão; apresentar um mapeamento da condição de desgaste no referido revestimento da placa de resfriamento com base nas informações dos referidos sinais de pressão e da localização conhecida das placas de resfriamento no referido alto-forno.