BRPI0407883B1 - Forno e método de operação do mesmo - Google Patents

Description

FORNO E MÉTODO DE OPERAÇÃO DO MESMO

Campo da Invenção [001] A presente invenção se refere a um forno, seu método de operação e controle. [002] Mais particularmente, a invenção se refere a um forno, a um método de operação de um forno e a um método de controle de um forno, de modo a se recuperarem materiais não ferrosos, tais como, por exemplo, e sem limitação: cobre, chumbo e alumínio. A invenção é particularmente bem adequada para a recuperação de alumínio.

Antecedentes [003] Fornos para a recuperação de metais, tais como alumínio, são bem conhecidos. Crescentemente, há uma demanda por esses fornos, já que a leqislação tende a encorajar a recuperação e a reciclagem de materiais, particularmente materiais de resíduo. Também há benefícios ambientais na recuperação de materiais de resíduo, ao invés da mineração e do refino de minério virgem. O alumínio é particularmente bem adequado para mistura de alumínio recuperado (resíduo) com um material de alumínio novo. [004] Para as finalidades do presente relatório descritivo e para a compreensão da invenção, o forno, seus métodos de operação e de controle serão descritos com referência à recuperação de alumínio. Contudo, será compreendido que uma variação nos materiais, nas condições de operação e nos parâmetros pode ser feita, de modo a se modificar o forno de forma a permitir a recuperação de outros metais não ferrosos. [005] Fornos para a recuperação de alumínio de resíduo têm um sistema de aquecimento o qual funde o alumínio. Um fluxo é introduzido no forno para ajudar com a recuperação de alumínio. 0 fluxo geralmente consiste em NaCl e KC1, outros produtos químicos tais como criolita, podendo ser adicionados ao fluxo. 0 fluxo ou o bolo de sal ajuda no processo e é uma técnica bem conhecida. A temperaturas elevadas, tipicamente de 200 °C a 1000 °C, o fluxo fundido flutua no alumínio fundido, já que é menos denso. O vazamento de alumínio líquido recuperado então é possível por tombamento ou inclinação do forno de forma tal que o fluxo permaneça no forno.

Estado da Técnica [006] Os fornos de recuperação de metal existentes têm um corpo geralmente cilíndrico o qual é pivotado em um suporte, de modo que ele possa se mover de uma primeira posição, predeterminada, de fase de aquecimento geralmente horizontal (enquanto o alumínio está se fundindo) para uma segunda posição de vazamento inclinada, em cuja posição o alumínio fundido pode ser vazado. Alguns fornos existentes têm corpos que têm uma extremidade aberta e que se afunilam para dentro. O alumínio de resíduo é carregado no forno e o alumínio fundido é vazado a partir do forno na extremidade aberta. [007] Um exemplo de um forno de recuperação de metal com uma extremidade aberta afunilada para dentro é descrito no Pedido de Patente Européia EP-A3-1243663 (Linde AG) . Um processo para a fusão de sucata de alumínio contaminada é descrito. O processo compreende: a medição do teor de oxigênio de um gás de resíduo produzido na fusão da sucata; e o uso de um valor como um parâmetro de controle durante a pirólise das impurezas e/ou durante a fundição do alumínio. [008] Outros tipos de forno foram adaptados com uma ou mais portas de forno. A(s) porta(s) de forno foi (foram) provida(s) na extremidade aberta (de vazamento) do forno. Às vezes, as portas de forno suportavam um aquecedor de forno. A(s) porta(s) era(m) articulada(s) em um ponto fixo separado do corpo cilíndrico do forno. Portanto, apenas era possível fechar as portas de forno quando o corpo cilíndrico do forno estava em uma posição predeterminada. [00 9] Uma exigência era que o forno fosse capaz de adotar uma posição predeterminada de modo a se reter o metal fundido. O fato de que os fornos existentes tinham de adotar esta posição significa que o forno apenas poderia ser operado em um ângulo. Isso foi aliviado, até certo ponto, pelo uso de uma extremidade aberta afunilada para dentro, a qual definia um reservatório no forno no qual o alumínio fundido fluia. Quando era desejado vazar o alumínio fundido, por exemplo, para uma bateia (receptáculo refratário), às vezes o fluxo vazava com o material fundido porque era difícil separar o fluxo do alumínio fundido. Uma razão para isso era que os fornos existentes tinham de ser tombados até um ângulo, de modo a se fazer com que ou permitir que o alumínio fundido fosse vazado. O resultado foi que uma mistura de fluxo e alumínio fundido às vezes era vazada e um removedor de escória freqüentemente era requerido para a separação dos dois. Também, até certo ponto, a extremidade afunilada reduzia o tamanho da extremidade aberta do corpo de forno, desse modo limitando o tamanho dos objetos, os quais poderíam ser colocados no forno. [010] Com a porta fechada, não era possível ver o processo de fundição. Uma abertura inadvertida da porta leva a uma reação exotérmica, resultando no alumínio ser queimado mediante uma reação com o oxigênio em excesso. [011] A invenção provê um forno que elimina os problemas acima associados aos fornos existentes. [012] Um outro objetivo da invenção é prover um forno o qual tem uma taxa de recuperação de metal de resíduo maior do que até agora tem sido obtenível.

Sumário da Invenção [013] De acordo com a presente invenção, é provido um forno que compreende: um corpo de forno geralmente cilíndrico que tem uma extremidade fechada e uma aberta de diâmetro geralmente constante, um quadro pivotado em um membro de fundação, o referido quadro suportando o corpo de forno para rotação em vários ângulos em uma posição reclinada a partir da extremidade aberta e em uma posição inclinada em direção à extremidade aberta, um queimador para aquecimento do forno, e uma porta para selar a extremidade aberta. [014] Como resultado do diâmetro geralmente constante das paredes internas do cilindro do forno, não é mais necessário inclinar o forno para um ângulo exagerado, de modo a se vazar o metal fundido. Além disso, uma vez vazado, uma percentagem muito mais alta de metal fundido pode ser obtida, porque não há mais um confinamento de resíduo no forno, como resultado de uma virola ou um estreitamento. [015] De modo ideal, a porta é articulada ao quadro que suporta o forno e é capaz de deslocamento em uníssono com a inclinação (elevação e abaixamento) do forno. Uma vantagem disto é que as portas são sempre mantidas em grande proximidade com a boca do forno. Os efeitos benéficos disto são dois: em primeiro lugar, há menos risco de oxigênio entrar no forno (o que poderia contaminar a atmosfera) e, em segundo lugar, devido ao fato de o forno ser mantido em um estado fechado, durante sua operação, as perdas de calor são reduzidas. Assim, a eficiência é aumentada, já que menos energia é requerida para a fusão do alumínio. Portanto, é evidente que o uso da invenção provê um processo de recuperação de alumínio efetivo em termos de custos (e mais lucrativo). [016] Preferencialmente, a ou cada porta tem uma ou mais escotilhas de inspeção para visualização do processo de fundição e/ou através das quais o metal fundido pode ser vazado. Devido ao fato de a área da(s) ou de cada escotilha (s) de inspeção ser menor do que a porta em si, menos energia escapa na inspeção do interior do forno. [017] Vantajosamente, a ou cada porta tem duas metades articuladas em um lado do quadro. Em uma modalidade de exemplo, as dobradiças atuam como dutos integrais de envio de ar / combustível, permitindo que as portas sejam fechadas e o aquecimento ocorra em uma atmosfera controlada. [018] Preferencialmente, o aquecedor é um queimador de gás e é montado na porta, como descrito aqui anteriormente. Em uma modalidade particularmente preferida, o ar de combustão é direcionado através da dobradiça de porta de forno. O sistema de envio de ar e gás combustível (trem de ar e gás) é afixado ao forno e também é capaz de se inclinar e mover com o forno. Isso é obtido usando-se um joelho e/ou conexões de fluido rotativas empregando juntas rotativas que sejam estanques a gás. [019] De acordo com um outro aspecto da invenção, é provido um forno que compreende: um corpo de forno geralmente cilíndrico que tem uma extremidade fechada e uma aberta de diâmetro geralmente constante; um quadro pivotado em um membro de fundação, o referido quadro suportando o corpo de forno para rotação em vários ângulos em uma posição reclinada a partir da extremidade aberta e em uma posição inclinada em direção à extremidade aberta, havendo uma porta, a qual se abre e fecha pela oscilação de uma dobradiça, um queimador para aquecimento do forno, por meio do que ar e/ou gás são enviados para o queimador por meio de um coletor suportado pelas ou passando através das dobradiças. [020] Isso é obtido usando-se um joelho e/ou conexões de fluido rotativas que empregam juntas rotativas que são estanques a gás. Como resultado, o sistema de envio de ar e gás combustível (trem de ar e gás) é capaz de se inclinar e mover com o forno. [021] O queimador de modo ideal é montado em uma porta, em um ângulo e de forma tal que um jato de gás, emanando dali, não impinja sobre o material de carga útil sendo processado. Uma vantagem disto é que o calor nunca é aplicado diretamente à carga útil. Portanto, diferentemente dos fornos existentes, há menos risco de oxidação do metal fundido a ser recuperado. O corolário disto é que a produção é adicionalmente melhorada. [022] Convenientemente, o queimador é um queimador do tipo de alta velocidade, mas outros tipos de queimadores podem ser empregados. Tipicamente, a classificação térmica do queimador é determinada pelo tamanho e pela produção do forno, mas, usualmente, não é menor do que 1200 kW. [023] O ângulo do queimador montado na porta ou nas portas é tal que assegure uma transferência de calor ótima para o refratário e para o material sendo processado e, de modo ideal, objetiva o jato em direção à parede de extremidade do interior do corpo de forno. [024] Preferencialmente, o forno tem uma janela de exaustão. Um jato de ar ou uma cortina de ar é provido através da janela de exaustão para controle da pressão no forno. O jato de ar ou a cortina de ar permite um equilíbrio de pressão da atmosfera interna do forno com respeito à atmosfera externa. Este recurso melhora adicionalmente a eficiência de energia e a recuperação, já que a cortina de ar efetivamente sela o ar, desse modo reduzindo o oxigênio na atmosfera interna, assim reduzindo a oxidação. Mais ainda, devido ao fato de haver um efeito de vedação, menos energia é perdida a partir do forno, por exemplo, como resultado de perdas por convecção. Assim, a cortina de ar na exaustão de porta de forno ajuda a controlar a pressão do forno e as condições do forno. A cortina de ar preferencialmente é dimensionada e disposta para se adequar ao tamanho do forno e à aplicação. [025] Um sistema de controle de inteligência artificial, tal como um sistema de controle de rede neural de lógica polivalente, controla as variáveis de processo importantes e as subvariáveis de processo são descritas abaixo. [026] Convenientemente, um ou mais sensores são providos para a detecção da temperatura de um revestimento refratário e material fundido. [027] Os sensores de temperatura nas portas de forno são dirigidos para revestimentos refratários e/ou para o material sendo processado para a medição da temperatura do refratário e do material sendo processado. O conhecimento da temperatura de camada superficial de forno externo e a distribuição de calor através da superfície externa do forno permitem um maior controle do regime de aquecimento. [028] Uma pluralidade de sensores, posicionados em uma relação conhecida uns com os outros, permite que a média de temperatura de forno seja obtida, bem como provê uma informação importante quanto a transientes térmicos na temperatura do forno. [029] Convenientemente, um anel circunferencial suporta uma transmissão dentada a qual é conectada a um sistema de acionamento. O sistema de acionamento compreender um motor de acionamento ou é acionado por corrente, e é adaptado para se encaixar em rodas dentadas ou dentes de engrenagem dispostos em torno de uma superfície externa do forno. Quando um acionamento de corrente é usado, de modo ideal, o número de dentes de roda dentada no anel circunferencial, em torno da cilha do forno, é metade daquela do passo de corrente. Isso reduz o arrasto e o desgaste da corrente e, portanto, reduz a exigência de potência do motor de acionamento. Adicionalmente, as vidas da corrente e da roda dentada são aumentadas. [030] Cunhas de guarnição são empregadas, de modo ideal, para se garantir um ajuste apertado entre o anel circunferencial (no qual o forno gira) e a superfície externa do forno. Estas cunhas de modo ideal são conectadas usando-se um membro roscado, o qual, quando apertado, faz com que a cunha aperte o anel e garante uma pega firme concêntrica com orelhas montadas em superfície e o anel. Isso é necessário, devido a uma expansão térmica diferencial que ocorre quando do ciclo do forno através de seu regime de operação. [031] De modo ideal, o motor pode girar o forno a uma velocidade de rotação variável. A rotação do forno serve para agitação do material sendo processado e para transferência de calor para o material através do refratário. De modo ideal, a agitação é obtida pela rotação e contra-rotação do forno (isso é obtido por uma atuação rápida de um motor elétrico de corrente alternada (AC)), em ângulos e velocidades de operação predeterminados e selecionados. [032] O motor elétrico é conectado ao forno, como mencionado acima: por meio de uma ligação fixa, tal como uma engrenagem, cremalheira e pinhão; ou, de modo ideal, um acionamento por corrente. A combinação de motor elétrico, controlador de motor e mecanismo de ligação é referida, a partir deste ponto, como um sistema de rotação de forno. O sistema de rotação de forno vantajosamente é controlado para fins de frenagem pelo uso de um sistema de frenagem dinâmico. Um inversor é usado para controle do motor para fins de frenagem e uma corrente contínua (DC) é injetada de forma controlada como parte do sistema de frenagem dinâmico. [033] O sistema de frenagem dinâmico envolve as etapas de: injeção de corrente contínua (DC) sob o controle de um laço de feedback, com base em um sinal o qual é obtido a partir de um ou mais sensores detectando as características de carga do forno. Essas características de carga de forno incluem: torque requerido e suavidade de rotação. De modo a se desacelerar rapidamente o forno, um controlador obtém um valor de DC com base na configuração dos inversores, parametriza e extrai um sinal de feedback o qual é usado para o controle do nível e da taxa de injeção da DC para desaceleração do motor e/ou para manter o motor em uma orientação em particular. 0 forno e seu conteúdo desse modo são mantidos em uma posição predeterminada. Como o metal fundido é mais denso do que o fluxo, o metal cai para uma região inferior do forno a partir de onde ele pode ser prontamente vazado ou girado ao contrário para a obtenção de uma mistura ótima de material de resíduo e fluxo (agitação). [034] Devido ao fato das paredes do interior do forno serem paralelas e cilíndricas com uma porta de forno cobrindo a extremidade aberta do forno, o vazamento do metal em um ângulo de inclinação mais baixo (ângulo de tombamento) é obtido. Quando isto é desejado, o forno é inclinado preferencialmente pela extensão de dois êmbolos hidráulicos ou macacos. [035] De acordo ainda com um outro aspecto da invenção, é provido um método de operação de um forno, que compreende as etapas de: carregamento do forno com uma mistura de fluxo e um material a ser fundido, a partir do qual o metal é para ser recuperado; aquecimento da mistura até o metal se fundir; agitação da mistura, de modo a se promover a aglomeração do metal fundido; e inclinação de uma extremidade do forno, de modo a se vazar o metal fundido. [036] O método de operação do forno pode ser repetido pela reclinação da extremidade elevada, introduzindo-se um material novo a ser fundido, a partir do qual o metal é para ser recuperado, agitando-se a mistura de modo a se promover a aglomeração e elevando-se uma extremidade do forno, de modo a se vazar o metal recuperado. [037] Preferencialmente, o ângulo de inclinação é de menos de 20°, mais preferencialmente, o ângulo de inclinação é de menos de 15°, o mais preferencialmente o ângulo de inclinação é de menos de 10°. [038] De acordo ainda com uma outra invenção, é provido um método de controle de um forno, que compreende as etapas de: aquecimento de forma controlada de um forno, pelo controle de pelo menos uma das condições a seguir: a temperatura; a massa de carga útil; a viscosidade da carga útil; o tempo para se atingir a viscosidade; o teor de oxigênio atmosférico do forno; a taxa de aplicação de energia e a energia cumulativa aplicada. [039] A porta de forno ou as portas é / são adaptadas com portas de inspeção ou escotilhas, que podem ser abertas durante o processo de verificação da condição do material sendo processado com uma liberação mínima de energia. Contudo, a monitoração das variáveis mencionadas anteriormente é obtida, de modo ideal, por meio de uma pluralidade de sensores e por um sistema de aquisição de dados remoto, tal como um sistema de Controle Supervisor e Aquisição de Dados (SCADA) . De modo ideal, o sistema SCADA é incorporado no equipamento de controle do forno e coleta e analisa todos os dados de forno e entradas e saídas de controle. [040] O uso de sistemas SCADA permite um diagnóstico on-line do processo e suporte de acesso remoto. Este aspecto da invenção provê uma monitoração on-line e um arquivamento eletrônico. Um sistema de fiação de barramento de dados de comunicação de campo dedicado, por exemplo, Profi-Bus (marca registrada) é usado, de modo ideal, de preferência para redes de cabeamento de núcleo múltiplo. Caixas de controle locais e remotas recebem e codificam sinais para sensores de processo, os quais de modo ideal são posicionados para a medição de variáveis de processo incorporadas no sistema de controle de processo do forno, por exemplo, e sem limitação, temperaturas de camada superficial de forno, temperaturas de refratário, fluxos e pressões de gás combustível e ar. [041] Preferencialmente, o ângulo do quadro é alterado por meio de êmbolo(s) hidráulico (s) , por meio do que se suporta o corpo para uma rotação em vários ângulos em uma posição reclinada a partir da extremidade aberta e em uma posição inclinada em direção à extremidade aberta. Os êmbolos hidráulicos de modo ideal são do tipo resistente a calor de água - glicol. [042] Preferencialmente, o quadro é pivotado em relação ao membro de fundação, de modo que o eixo de pivotamento esteja em alinhamento com uma virola de vazamento na extremidade aberta do corpo de forno. [043] Preferencialmente, o forno é adaptado para a recuperação de alumínio de resíduo. [044] Tudo o mencionado anteriormente contribui para produções de recuperação de metal mais altas, menos uso de energia, menos uso de fluxo e tempos de ciclo mais rápidos. [045] O sistema de combustão do forno pode operar com vários combustíveis, gás natural, propano, óleo combustível pesado, óleo combustível leve, oxicombustível, etc.

Breve Descrição das Figuras [046] Uma modalidade da invenção será descrita, agora, com referência aos desenhos em anexo, nos quais: [047] a Figura 1 mostra uma vista em perspectiva de uma modalidade preferida de um forno (com a porta removida), mostrando um corpo de forno, um quadro de suporte e um sistema de acionamento; [048] a Figura 2 mostra uma vista lateral do forno mostrado na Figura 1, com o forno em um ângulo reclinado (a) ; [049] a Figura 3 mostra uma vista lateral do forno mostrado na Figura 1, com o forno em uma posição elevada para tombamento ou vazamento, em um ângulo inclinado (β); [050] a Figura 4 mostra uma vista em corte parcial ao longo da linha X-X da Figura 5, mostrando uma seção de uma das tipicamente 18 cunhas de guarnição forçadas para contato contra um "pneu" de aço circundando o forno; a. a Figura 5 é uma vista ao longo da seta Y da Figura 4, mostrando uma vista plana de uma das cunhas de guarnição forçadas para contato contra um "pneu" de aço circundando o forno; b. a Figura 6A mostra uma vista frontal da porta do forno; [051] as Figuras 6B e 6C mostram vistas laterais da porta do forno; [052] a Figura 6D mostra uma vista plana de topo diagramática das portas do forno (em ambas as posições fechada e aberta) , de modo a se ilustrar uma rotação dos coletores rotativos de ar e entrada de gás; [053] a Figura 7a é uma estrutura do sistema que ilustra processos de fluxo de inferência de lógica "polivalente" para alguns exemplos e (sem limitação) etapas de decisão chaves em um sistema de inteligência artificial; [054] a Figura 7b é um quadro que ilustra as funções de afiliação, por exemplo, de algumas variáveis e (sem limitação) etapas de decisão chaves em um sistema de inteligência artificial; e [055] a Figura 7c é um fluxograma que ilustra um controle de feedback do sistema de inteligência artificial para fornecimentos de gás e ar para o forno, e mostra como a temperatura do forno é elevada / abaixada. [056] Com referência às Figuras geralmente e às Figuras 1 a 3 em particular, é mostrado um forno 10. O forno 10 tem um corpo de forno geralmente cilíndrico 12 de diâmetro externo e diâmetro interno geralmente constantes, como resultado de paredes laterais paralelas. O corpo de forno 12 tem uma extremidade fechada 13 e uma extremidade aberta 14. O corpo 12 pode ser formado de aço e revestido internamente usando-se revestimentos ou tijolos refratários, como é bem conhecido na técnica. Os exemplos de revestimentos e tijolos refratários são STEIN 60 P (marca registrada) e NETTLE DX (marca registrada). [057] O quadro 15 é provido para suporte do corpo de forno 12 para uma rotação no sentido horário e no sentido anti-horário, como mostrado pelas setas A. Para rotação do corpo 12, o quadro 15 pode incluir rodas de suporte nas quais o corpo 12 se apóia e um motor 20 que aciona uma roda dentada 22 no corpo 12. O torque é transmitido do motor 20 para a roda dentada por meio de uma corrente 24. [058] O quadro 15 é pivotado em relação a um membro de suporte de fundação na forma de pés 16A e 16B presos ao terreno, provendo um eixo de pivotamento "Z-Z". O ângulo do quadro pode ser alterado em relação aos pés 16a, 16b, de modo que o quadro 15 possa suportar o corpo 12 para rotação em vários ângulos (a) com a horizontal, em uma posição reclinada a partir da extremidade aberta (boca do forno) e (β) em uma posição inclinada em direção à extremidade aberta. O ângulo de inclinação do quadro é alterado por meio de êmbolos hidráulicos. Os êmbolos hidráulicos 16c e 16d de modo ideal são do tipo resistente a calor de água -glicol. [059] O corpo de forno 12 tem uma virola de vazamento 17 no ponto mais baixo da extremidade aberta 14 e o eixo de pivotamento "Z-Z" está em alinhamento com a virola de vazamento 17 na extremidade aberta 14 do corpo de forno 12. [060] Como mostrado nas Figuras 6a, 6b e 6c, o quadro 15 tem em uma extremidade aberta uma estrutura de suporte de porta 15a na qual é articulada uma porta 18 para vedação da extremidade aberta 14. A porta 18 tem duas portas 19a e 19b articuladas em lados opostos da estrutura de suporte de porta 15A. As portas podem oscilar a partir da extremidade aberta 14, para se permitir que o forno seja carregado ou metal fundido seja vazado a partir dali, ou as portas podem oscilar em direção à extremidade aberta 14 para vedá-la. Na prática, há um espaço entre as portas e a extremidade aberta 14 quando as portas vedam a extremidade aberta. [061] Um queimador 30 é provido na porta 19b. O queimador 30 pode ter combustível (tal como gás natural) e ar alimentados através de um tubo ou duto de alimentação 31, com o gás sendo suprido através de uma junta rotativa de gás 32 e o ar sendo suprido através de uma junta rotativa de ar 33. O tubo de alimentação 31, a junta rotativa de gás 32 e a junta rotativa de ar 33 são coletivamente referidos como um sistema de envio de combustível 35. O alcance dos gases de combustível a partir do queimador 30 pode ser tão grande quanto 4 m ou menos 6 m em fornos mais longos. Devido ao fato de o sistema de envio de combustível ser efetivamente capaz de se mover em dois planos ortogonais, por meio das juntas rotativas 32 e 33, é possível oscilar para abrir a(s) ou cada porta(s) de forno, bem como inclinar o forno nos êmbolos hidráulicos 16c e 16d, com o(s) queimador(es) 30 operando. [062] Cada uma das portas 19a e 19b tem uma escotilha de inspeção 34a e 34b para visualização do processo de fundição e/ou através do qual o material fundido pode ser vazado. Isso é uma vantagem em relação a fornos previamente conhecidos, como explicado acima. [063] Os sensores de temperatura (não mostrados) são providos para a detecção da temperatura de um revestimento refratário e do material fundido. Os sensores são adaptados ao exterior do corpo de forno 12. Uma abertura de modo ideal é provida em uma porta, permitindo que um sensor "veja" o interior do forno 10. Uma camisa de resfriamento de fluxo de ar (não mostrada) é opcionalmente provida para permitir que os sensores de temperatura operem em temperaturas ambientes baixas para se evitarem danos a eles. A camisa de resfriamento de fluxo de ar também atua como uma purga, para manter os sensores e uma outra instrumentação livres de poeira e fumaça e a linha de visão clara. [064] Cortinas de ar 45a e 45b são providas para cada porta 19a e 19b. As cortinas de ar 45a e 45b permitem um equilíbrio fino da pressão atmosférica interna. O diferencial de pressão entre a atmosfera interna do forno e a pressão externa (ambiente) pode ser controlado, portanto, de forma acurada, pelo equilíbrio da(s) cortina(s) de ar através da janela de exaustão 80. [065] O forno 10 tem uma janela de exaustão 80 na porta (ou nas portas) e um jato de ar 50 é provido para controle da pressão do forno. O oxigênio percentual na atmosfera do forno 10 de modo ideal é de 0% e isto é controlado como uma das variáveis pela diminuição da relação de vazão em massa de ar para combustível. Pela manutenção da percentagem de oxigênio em ou em torno deste nível, quando o alumínio se torna plástico, o risco de oxidação é reduzido com o resultado de a produção ser melhorada. [066] O forno 10 de modo ideal é adaptado para a recuperação de alumínio de resíduo e, portanto, é carregado em uso com NaCl e KC1 e, em alguns casos, pequenas quantidades de outros produtos químicos, tal como criolita, para ajudar no processo de recuperação de alumínio. [067] Em uso, o corpo 12 do forno 10 é reclinado a partir da extremidade aberta, de modo que a extremidade fechada seja mais baixa do que a extremidade aberta. Nesta posição, o forno é dito estar reclinado ou inclinado para trás. As portas 19a e 19b podem oscilar a partir da extremidade aberta 14, para se permitir que o corpo de forno 12 seja carregado. A extremidade aberta larga facilita este processo. As portas 19a e 19b então podem oscilar em direção à extremidade aberta 14, para vedação dela. 0 queimador 30 então é operado para a fusão do metal no corpo carregado 12. [068] Devido ao fato de o corpo 12 ser reclinado, o metal fundido não vaza para fora da extremidade aberta. O forno, desse modo, elimina a necessidade de se ter uma pequena extremidade afunilada, como com os fornos previamente conhecidos, tornando fácil o carregamento e a capacidade de carregamento de objetos grandes e, de modo mais importante, mais um vazamento mais fácil e mais completo do metal fundido. Devido ao fato de as portas 19a e 19b serem articuladas ao quadro 15, as portas podem ser fechadas em qualquer que seja o ângulo de inclinação (a ou β) do corpo de forno. As portas 19a e 19b podem ser osciladas, mais tarde, a partir da extremidade aberta 14 para se permitir que o metal fundido seja vazado. [069] Na reciclagem de metal, tal como alumínio, há várias variáveis diferentes. Estas incluem: tipos de fluxo e percentagem dos mesmos, calor aplicado (duração e temperatura), perdas de fundido, método de carregamento, tipos e peso de material de processo, condição de fluxo gasto e óxidos residuais, velocidade de rotação e direção do corpo de forno e ângulo de inclinação. Outras variáveis que podem ser usadas na operação e no controle do forno incluem: a vazão em massa do ar comprimido, a temperatura do ar ambiente, o valor calorífico de derivado de combustível e a taxa de envio de combustível. [070] As variáveis mencionadas acima e possivelmente outras, por exemplo, quando da recuperação de outros metais, de modo ideal são controladas por um sistema de gerenciamento de forno, o qual incorpora um processador (tal como um microprocessador em um computador pessoal), o qual também pode fazer parte do forno da presente invenção. [071] Um carregamento de choque do motor de acionamento 20 pode ser monitorado, usando-se uma informação de feedback de corrente do controlador (não mostrado) do motor de acionamento 20. A natureza do feedback de corrente para acionamento do motor 20, de modo a se girar o forno 10 com lingotes de sólido, peças de metal de resíduo e sucata tende a ser com picos. Assim que o material se funde e o material fundido se aglomera, as características de rotação do forno 10 se tornam mais suaves e transientes no carregamento no motor 20 são reduzidos, eventualmente desaparecendo em um regime permanente. Os dados relativos a esta informação podem ser usados com outras variáveis para se determinar quando é ótimo para o vazamento do alumínio. [072] Regulagens de variável de operação previamente eram determinadas por operadores experimentados de forno, por todo o ciclo de processo, cada operador individual tendo sua própria preferência para cada regulagem de variável ou faixa de regulagens. Portanto, houve uma perda de consistência nas regulagens de variável durante o ciclo de processo com uma variação correspondente nas taxas de recuperação de metal. [073] O controle e a monitoração das variáveis diretamente contribuem para a obtenção das taxas de recuperação mais altas possíveis. Como com muitos sistemas de engenharia, nem sempre é possível otimizar todas as variáveis ao mesmo tempo durante o processo de recuperação. Por exemplo, uma entrada de calor em excesso quando o alumínio está no estágio plástico ou fundido tende a fazer com que o alumínio se oxide, devido a sua afinidade com oxigênio. Isso reduz grandemente a produção de recuperação. A quantidade de oxigênio no queimador 30 de modo ideal é reduzida em certos estágios do ciclo de processo, de modo a se maximizar a recuperação. Contudo, freqüentemente isto é à custa do custo de combustível. Portanto, é requerido que as variáveis sejam monitoradas de forma cuidadosa e continua durante e por todo o processo. [074] Operadores experimentados obtêm taxas de recuperação variáveis. Pela monitoração das variáveis e com o uso de um sistema de inteligência artificial com faixas otimizadas de variáveis, o aspecto da invenção o qual garante que as regulagens de variável sejam otimizadas em todos os momentos remove inconsistências de operação e melhora as produções. [075] O que vem a seguir lista algumas as variáveis de processo que são monitoradas para a reciclagem de alumínio: 1. O tipo de fluxo usado e a percentagem de mistura de fluxo em relação a cloreto de sódio (NaCl) e cloreto de potássio (KC1) . A percentagem de fluxo usada por tipo de produto de metal processado, por exemplo, recipientes de bebida esmagados podem requerer mais fluxo do que, digamos, um bloco de motor sólido grande. O processamento de cascão geralmente requer mais fluxo, digamos, do que uma sucata geral de alumínio. 2. A temperatura do fluxo precisa ser controlada durante o processo, assim como o instante no qual o fluxo novo é introduzido e em qual percentagem. A determinação de quando o fluxo é gasto de modo ideal também é feita. 3. A quantidade de calor requerida para o processamento de diferentes tipos de produto é uma variável importante. As exigências de temperatura para diferentes tipos de produto podem ser armazenadas, por exemplo, em tabelas de consulta, e usadas para computação da quantidade de tempo requerida para o aquecimento de diferentes tipos de produto. 4. As temperaturas de gás de exaustão para diferentes ligas são monitoradas, para a provisão de uma indicação da extensão de um processo. 5. Perdas de fundido (a quantidade de alumínio perdida durante o processo) provêem uma indicação da produção de recuperação de um processo. Um conhecimento prévio de diferentes perdas de fundido por tipos de ligas processados pode ser usado para melhoria da eficiência de recuperação. 6. 0 efeito da temperatura sobre várias ligas; o efeito do tempo e a temperatura requerida para diferentes ligas. 7. 0 método de carregamento de material de processo difere de acordo com a natureza de carregamento de produtos densos e leves e os efeitos do mesmo. Pesos percentuais de produto carregado para a melhor recuperação resultam. 8. A Condição de fluxo gasto e óxidos residuais, bem como a quantidade de alumínio contido no fluxo gasto. A condição do fluxo gasto, de óxidos residuais e da quantidade de alumínio contida ali é uma variável de processo a qual também é influenciada por outras variáveis de processo. A monitoração da condição e um feedback de informação para o sistema de controle, portanto, são vantajosos. 9. A velocidade de rotação e o ângulo de inclinação do forno. A velocidade de rotação do forno acomoda produtos diferentes. Uma direção de rotação do forno (horária e anti-horária), durante o processo. O ângulo de repouso durante o ciclo de processo tipicamente está entre 0o e 20°. [07 6] Com referência às Figuras 7a, b e c, pelo menos algumas das variáveis mencionadas acima em conjunto com outras listadas abaixo são identificadas como sendo importantes para a taxa de recuperação e a produção de alumínio. As variáveis (em nenhuma ordem em particular de importância) são: temperatura de refratário, tempo de ciclo, taxa de recuperação, temperatura de metal, fluxo, entrada de calor, velocidade de rotação, tipo de material e liga, método de carregamento e ângulo de inclinação de forno. Cada uma das variáveis principais mencionadas anteriormente tem subvariáveis relacionadas. Por exemplo, a variável principal refratário depende das subvariáveis a seguir: temperatura de refratário, entrada de calor total e período de tempo de entrada de calor. A temperatura de camada superficial de forno depende da temperatura do refratário, da relação da temperatura do refratário com a temperatura de camada superficial de forno ao longo do tempo, da variação na temperatura na temperatura do refratário quando do vazamento do metal, da variação da temperatura do refratário quando do carregamento de metal e da temperatura de refratário quando da fusão do fluxo. [077] Em essência, pode haver dez ou mais variáveis principais e várias subvariáveis, das quais as variáveis principais dependem, que contribuem para a obtenção das melhores taxas de recuperação possíveis. Há muitos tipos diferentes de ligas que podem ser processados, todos requerendo parâmetros individuais para a otimização das taxas de recuperação. Não é possível otimizar cada variável em qualquer dado tempo durante o processo, por exemplo, uma entrada de calor em excesso, quando o alumínio estiver no estágio plástico ou fundido, pois isso fará com que o alumínio queime devido a sua afinidade com oxigênio e, portanto, reduzirá grandemente as recuperações, isto tendo um efeito sobre o tempo de ciclo de processo. A quantidade de oxigênio no queimador deve ser reduzida em certos estágios do ciclo de processo, de modo a se maximizar a recuperação, mas à custa do custo de combustível e do tempo de ciclo. [078] É requerido, portanto, que as variáveis sejam otimizadas, quando possível, durante e por todo o processo. Previamente, as regulagens de variável de operação eram determinadas por operadores de forno por todo o ciclo de processo, cada operador individual tendo sua própria preferência para cada regulagem de variável. Portanto, havia uma perda de consistência nas regulagens de variável durante o ciclo de processo. Como resultado, as taxas de recuperação de metal variavam. [079] O aspecto de controle da invenção identifica subvariáveis nas variáveis principais e prediz (por exemplo, usando algoritmos ou tabelas de consulta) o impacto das variáveis principais e das subvariáveis no processo geral. Alternativamente, ou além de um microprocessador, uma inteligência artificial (por exemplo, na forma de uma rede neural ou de regras de lógica polivalente) é usada de modo ideal para a monitoração e o controle da operação do forno. [080] Um exemplo de uma variável a qual é controlada será descrito agora, para fins ilustrativos apenas, com referência em particular às Figuras 7b e 7c. A variável em particular é a temperatura de camada superficial de forno. Os sensores 100, 102 e 104 detectam a temperatura em três locais independentes na superfície do corpo de forno 12. A informação relativa às temperaturas nestes locais é transmitida para um SCADA 119, diretamente ou por meio de um barramento resistente a ruído. Os dados relativos a estas variáveis e outras variáveis são transmitidos para um microprocessador 120. 0 microprocessador 120, sob o controle de um software adequado, recupera uma informação de uma tabela de consulta 140 ou de um armazenamento 130 de dados de função de afiliação. Os dados de função de afiliação são derivados do conhecimento das características de um sistema ou podem ser obtidos a partir de interpolação, por exemplo, a partir de uma informação gráfica do tipo mostrado na Figura 7b. Isso pode ser realizado digitalmente. Usando-se redes de lógica polivalente do tipo mostrado na Figura 7a, o microprocessador 120 computa, neste exemplo em particular, qualquer variação ou alinhamento de um fluxo de ar e/ou de um fluxo de gás (combustível) , o qual pode ser necessário para alteração da temperatura interna do forno 10. [081] Os sinais de controle gerados pelo microprocessador 120 são transmitidos para a bomba de ar 150 e para o suprimento de gás 160 através de linhas de controle LI e L2, respectivamente. Assim, neste exemplo em particular, um conhecimento das temperaturas de camada superficial do forno Tl, T2 e T3 pode ser usado em conjunto com o sistema de controle 200 para aumento da temperatura interna do forno (e, portanto, da temperatura do conteúdo do forno) pela introdução de mais energia através do queimador 30. [082] A Figura 7b mostra uma representação gráfica de uma estrutura de sistema que identifica o fluxo de inferência de lógica polivalente a partir de variáveis de entrada para variáveis de saida. O processo nas interfaces de entrada traduz sinais de entrada analógicos em valores "polivalentes". A inferência "polivalente" ocorre nos assim denominados blocos de regra, os quais contêm regras de controle lingüisticas. Estas podem variar de acordo com um sistema proprietário em particular. A saida destes blocos de regra é conhecida como variáveis lingüisticas. [083] No estágio de saida, as variáveis "polivalentes" são traduzidas em variáveis analógicas, as quais podem ser usadas como variáveis alvos para as quais o sistema de controle é configurado para acionamento de uma peça em particular de hardware, tal como uma bomba 150, um motor 20 ou uma válvula 165 na linha de suprimento de gás 166. [084] A Tabela 1 em conjunto com as Figuras 7a e 7b mostra como o sistema "polivalente" incluindo interfaces de entrada, blocos de regra e interfaces de saida, é derivado. As linhas de conexão na Figura 7a simbolizam graficamente o fluxo de dados. Os pontos de definição no gráfico (Figura 7b) são mostrados em relação a termos em particular na Tabela.

TABELAI [085] A Figura 7c mostra como o forno é controlado, por meio de um exemplo de apenas uma variável - controle de queimador - usando-se a informação e os sinais de controle derivados do processo de lógica polivalente. Será apreciado que muitas variáveis e subvariáveis são simultaneamente controladas pelo sistema 200 e que o controle de temperatura é descrito a titulo de exemplo apenas. [086] A invenção pode tomar uma forma diferente daquela especificamente descrita acima. Por exemplo, modificações serão evidentes para aqueles versados na técnica, sem se desviar do escopo da presente invenção.

Claims (37)

1. Forno (10) compreendendo: um corpo de forno geralmente cilíndrico (12) que tem uma extremidade fechada (13) e uma extremidade aberta (14), um quadro (15) pivotado em um membro de fundação (16a, 16b), o referido quadro (15) suportando o corpo de forno (12) para rotação em vários ângulos em uma posição reclinada da (a) extremidade aberta (14) e em um ângulo inclinado (β) em direção à extremidade aberta (14), um queimador (30) para aquecimento do forno e pelo menos uma porta com dobradiça (19) disposta para fechar a extremidade aberta (14) do forno (10), caracterizado pelo fato das paredes do interior do forno serem substancialmente paralelas e cilíndricas; onde a ou cada porta (19) é articulada no quadro (15) e é capaz de se inclinar e reclinar em uníssono com a elevação e o abaixamento do forno (10) .

2. Forno (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser provido um meio (16c, 16d) para elevação e abaixamento do forno (10) , de modo que o corpo de forno (12) seja reclinado em uma posição a partir da extremidade aberta (14) e inclinado em uma posição em direção à extremidade aberta (14) do forno.

3. Forno (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato do meio (16c, 16d) para elevação e abaixamento do forno (10) incluir um êmbolo hidráulico.

4. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato do ângulo (β) no qual o forno (10) é inclinado ser menor do que 20°.

5. Forno (10), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato do ângulo (β) no qual o forno (10) é inclinado ser menor do que 15°.

6. Forno (10), de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato do ângulo (β) no qual o forno (10) é inclinado ser menor do que 10°.

7. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de a ou cada porta (19a, 19b) ter pelo menos uma escotilha de inspeção (34a, 34b) através da qual o material fundido pode ser vazado.

8. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de ter um sistema de envio de combustível (35) anexado ao forno (10), o referido sistema de envio de combustível (35) sendo adaptado para elevação e abaixamento com o forno (10).

9. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de dutos de ar e de envio de combustível (31, 32), através dos quais ar de combustão e combustível passam para o queimador (30) , serem definidos pelas ou suportados nas dobradiças (70, 72) das portas (19a, 19b).

10. Forno (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato dos dutos de ar e de envio de combustível (31, 32) estarem em comunicação de fluido com um sistema de envio de combustível (35), o sistema de envio de combustível tendo um joelho e/ou conexões de fluido rotativas (32, 33) empregando juntas rotativas que são estanques a gás.

11. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato do queimador (30) ser montado em uma porta (19), de modo que, em uso, o calor seja dirigido para o corpo de forno (12).

12. Forno (10), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do queimador (30) ser inclinado com respeito ao eixo de rotação do forno (10) , de modo que, em uso, a chama do queimador (30) não impinja no material de carga útil sendo processado.

13. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de ter um ou mais sensores de temperatura para a detecção da temperatura de um revestimento refratário e do material fundido.

14. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de ter um meio para a geração de uma cortina de ar na extremidade aberta (14) do forno (10) , cuja cortina de ar, em uso, permite uma variação da atmosfera interna do forno com respeito à atmosfera externa (ambiente).

15. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato do forno (10) ter uma janela de exaustão (80), e um jato de ar ser provido através da janela de exaustão (80) para controle da pressão no forno, desse modo permitindo um equilíbrio de pressão da atmosfera interna.

16. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de um motor de acionamento (20) ser disposto para rotação do forno (10) a uma velocidade de rotação variável.

17. Forno (10), de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato do motor de acionamento fazer parte de um sistema de acionamento de forno (20, 22, 24) que compreende: um motor elétrico (20), um controlador de motor e um mecanismo de ligação (24) para transmissão de torque do motor (20) até o corpo de forno (12).

18. Forno (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato do motor elétrico (20) acionar o forno por meio de uma ligação fixa, tal como um acionamento de trem de engrenagens, de cremalheira e pinhão ou de corrente (24).

19. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 18, caracterizado pelo fato do sistema de rotação de forno (20, 22, 24) atuar como um sistema de frenagem dinâmico por meio de um controlador, um inversor e do motor (20).

20. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizado pelo fato de ter um anel circunferencial (22) que suporta dentes de engrenagens que é conectado ao motor (20) com uma corrente (24), a corrente (24) sendo adaptada para se encaixar em rodas dentadas ou dentes de engrenagens.

21. Forno (10), de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato do número de dentes de engrenagem ser metade daquele do passo de corrente.

22. Forno (10), de acordo com a reivindicação 20 ou 21, caracterizado pelo fato de cunhas de guarnição variável (68) garantirem um ajuste apertado entre o anel circunferencial (22) e a superfície externa do corpo de forno (12) .

23. Forno (10), de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato das cunhas de guarnição (68) serem conectadas usando-se um membro roscado o qual, quando apertado, faz com que a cunha aperte o anel (22) e garanta uma pega firme concêntrica com orelhas montadas na superfície (66) e o anel (22).

24. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de sensores de temperatura serem dispostos de modo a medirem e proverem um sinal de saída indicativo da temperatura das portas do forno (19a, 19b), da temperatura de revestimentos refratários e da temperatura do material sendo processado.

25. Forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato de ter um meio (75) para recebimento, codificação e transmissão de sinais relativos às variáveis de processo a seguir: temperaturas de camada superficial do forno, temperaturas de refratário, fluxos de gás combustível e ar, percentagem de oxigênio da atmosfera do forno e pressão interna do forno.

26. Método de operação do forno (10) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 25, caracterizado por compreender as etapas de: carregamento do forno (10) com uma mistura de carga útil de fluxo e um material a ser fundido a partir do qual o metal é para ser recuperado; manutenção de uma atmosfera controlada de forno pela vedação do forno com uma ou mais portas de forno (19); aquecimento da mistura de carga útil até o metal se fundir; agitação da mistura, de modo a promover a aglomeração do metal pela rotação e contra-rotação do forno (10) e pela reclinação (a) e inclinação (β) do forno; rotação do forno, de modo a se separarem o fluxo e o fundido; e elevação de uma extremidade do corpo de forno (12), de modo a se vazar o material recuperado.

27. Método de operação do forno (10), de acordo com a reivindicação 26, caracterizado por compreender a rotação do forno (10) a uma velocidade variável e a inclinação do forno (10) em ângulos variáveis (α, β) para agitação do material, de modo a ajudar na transferência de calor para o material.

28. Método de operação do forno (10), de acordo com a reivindicação 26 ou 27, caracterizado por compreender ainda as etapas de: aquecimento do forno, de acordo com um sinal de controle obtido a partir de pelo menos o seguinte: temperatura de carga útil; massa de carga útil; viscosidade da carga útil; tempo que a carga útil leva para atingir uma viscosidade; teor de oxigênio atmosférico do forno; taxa de aplicação de energia e energia cumulativa aplicada.

29. Método de operação do forno (10), de acordo com a reivindicação 28, caracterizado por compreender ainda: a identificação de variáveis relativas a subvariáveis e a predição do impacto que uma variação de variáveis principais e subvariáveis tem sobre a operação do forno.

30. Método de operação do forno (10), de acordo com a reivindicação 28 ou 29, caracterizado por compreender ainda o uso de algoritmos ou tabelas de consulta de variáveis e subvariáveis.

31. Método de operação do forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 30, caracterizado pelo fato de um ou mais sinais de feedback serem obtidos; uma comparação feita entre a performance predita e a real; e um sinal de correção ser derivado para se efetuar uma mudança em uma variável.

32. Método de operação do forno (10), de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de um microprocessador ser usado para a monitoração e o controle da operação do forno.

33. Método de operação do forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 31, caracterizado pelo fato de inteligência artificial ser usada para a monitoração e o controle da operação do forno.

34. Método de operação do forno (10), de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de uma rede neural ser usada para a monitoração e o controle da operação do forno.

35. Método de operação do forno (10), de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de regras de lógica polivalente serem usadas para a monitoração e o controle da operação do forno.

36. Método de operação do forno (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 35, caracterizado por incluir ainda as etapas de diagnóstico on-line do processo, suporte de acesso remoto, monitoração on-line e arquivamento.

37. Método de operação do forno (10), de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de acesso remoto, aquisição de dados e monitoração on-line serem obtidos com um sistema SCADA.