BRPI0509990B1 - Sistema trocador de calor usado na confeção do aço - Google Patents

Abstract

sistema trocador de calor usado na confeção do aço. um sistema trocador de calor (44) para fornalhas de confecção de ferro e seus sistemas de exaustão e resfriamento de suporte incluindo pelo menos em painel (1-4) de tubulação sinuosamente enrolada (50) tendo uma entrada (56) e saída (58) com tubos de distribuição de entrada (84) e de saída (86) anexados, um fluxo de fluido de resfriamento através da tubulação (50) e um fluxo de gases de exaustão quentes fluindo pela tubulação (50).

Description

"SISTEMA TROCADOR DE CALOR USADO NA CONFEÇÃO DO AÇO" Referência Cruzada a Pedidos Relacionados Esse pedido reivindica prioridade ao Pedido de patente Norte-Americana No. 10/828.044 depositado em 20 de A-bril de 2004, intitulado "Sistema Trocador de Calor usado na Confecção do Aço" que é uma continuação em parte do Pedido de Patente Norte-Americano No. 10/238.971 depositado em 11 de Setembro de 2002, que reivindica o benefício do Pedido Provisório Norte-Americano No. 60/323.265, depositado em 19 de Setembro de 2001. As integridades dos quais são expressamente incorporadas aqui como referência.

Campo da Invenção A presente invenção está relacionada a aparelho para processamento metalúrgico, particularmente confecção do aço e ferro. Mais particularmente, a invenção está relacionada a um sistema trocador de calor usado em uma fornalha metalúrgica e seus componentes de suporte, onde o sistema trocador de calor compreende tubulação de liga metálica de bronze e alumínio. O sistema trocador de calor inclui tubulação montada à parede da fornalha, ao teto da fornalha, e o sistema de gases efluentes, onde o sistema de gases efluentes compreende um duto de gases efluentes e um anel de fumaça. 0 sistema trocador de calor fornece resfriamento, e a tubulação de liga metálica de bronze e alumínio estende a vida operacional da fornalha.

Fundamentos da Invenção Hoje, o aço é feito por derretimento e refinamento de sucata de ferro e aço em uma fornalha metalúrgica. Tipicamente, a fornalha é uma fornalha de arco elétrico (EAF) ou fornalha de oxigênio básico. Com relação às fornalhas EAF, a fornalha é considerada por aqueles versados na técnica de produção de aço como sendo o único aparelho mais crítico em uma oficina de fundição ou laminadora de aço. Consequentemente, é de vital importância que cada EAF permaneça operacional tanto quanto possível.

Danos estruturais causados durante o processo de carregamento afetam a operação de um EAF. Desde que a sucata tenha uma densidade menos efetiva do que o aço derretido, o EAF deve ter volume suficiente para acomodar a sucata e ainda produzir a quantidade desejada de aço. À medida que a sucata derrete, ela forma um banho de metal quente na área na soleira da fornalha ou área de fundição na parte inferior da fornalha. À medida que o volume do aço na fornalha é reduzido, entretanto, o volume livre no EAF aumenta. A parte da fornalha acima da soleira ou área de fundição deve ser protegida contra as altas temperaturas internas da fornalha. A parede do vaso, cobertura ou teto, tubulação, e câmara de gases efluentes estão particularmente em risco a partir de massivas tensões mecânicas, químicas e térmicas causadas por carregamento e derretimento da sucata e refinamento do aço resultante. Tais tensões amplamente limitam a vida operacional da fornalha.

Historicamente, o EAF foi geralmente projetado e fabricado como uma estrutura de aço soldado que foi protegida contra as altas temperaturas da fornalha por uma forração refratária. No final dos anos 70 e no início dos anos 80, a indústria do aço iniciou a combater tensões operacionais a-través de substituir custosos tijolos refratários por painéis de telhado resfriado com água, e painéis de parede lateral resfriados com água localizados em partes do vaso da fornalha acima da área de fundição. Componentes resfriados com água também têm sido usados para forrar a tubulação da fornalha nos sistemas de gases efluentes. Componentes resfriados com água existentes são feitos com vários graus e tipos de lâminas e tubulações. Um exemplo de um sistema de resfriamento é descrito na Patente Norte-Americana No. 4.207.060 que usa uma série de bobinas de resfriamento. Geralmente, as bobinas são formadas de seções adjacentes de tubulação com uma tampa de extremidade curva, que forma um caminho para um líquido de resfriamento fluir através das bobinas. Esse de resfriamento é forçado através das tubulações sob pressão a maximizar a transferência de calor. Técnicas atuais usam aço carbono e aço inoxidável para formar as lâminas e tubulações.

Em adição, fornalhas EAF modernos de hoje exigem controle de poluição para capturar os gases efluentes que são criados durante o processo de confeccionar aço. Vapores a partir da fornalha são geralmente capturados de duas formas. Ambos esses processos são empregados durante a operação da fornalha. Uma forma de capturar os gases efluentes é a-través de uma capota de fornalha. A capota é similar a uma cobertura de forno. Ela é parte da construção e captura gases durante carregamento e escoamento. A capota também cap- tura emissões fugitivas que podem ocorrer durante o processo de derretimento. Tipicamente, a capota é conectada a um alojamento em saco através de um duto resfriado não com água. 0 alojamento em saco é compreendido de sacos de filtro e vários ventiladores que empurram ou puxam ar e gases efluentes através dos sacos de filtro para limpar o ar e o gás de quaisquer poluentes. A segunda maneira de capturar as emissões de gases efluentes é através da linha de fornalha primária. Durante o ciclo de derretimento da fornalha, um abafador fecha o duto à capota e abre um duto na linha primária. Essa é uma conexão direta à fornalha e é o método principal de capturar e-missões da fornalha. A linha primária é também usada para controlar a pressão da fornalha. Essa linha é feita de tubulação resfriada com água â medida que temperaturas podem alcançar 2.204,4 °C (4.000 °F) e então pode cair à temperatura ambiente em uns poucos segundos. Os fluxos de gás geralmente incluem vários elementos químicos, incluindo os ácidos hi-droclórico e sulfúrico. Há também muitas partículas sólidas e tipo areia. A velocidade do fluxo de gás pode ser superior a 45,72 m/seg (150 ft./seg). Esses gases serão direcionados ao alojamento em saco principal para limpeza, como aqui descritos acima.

Os ambientes descritos acima localizam um alto nível de tensão nos componentes resfriados com água dos dutos primários da fornalha EAF. A temperatura variável está na faixa em que causa expansão e eventos de contração nos componentes que levam a falha material. Além disso, as partícu- Ias de poeira continuamente erodem a superfície da tubulação de uma maneira similar á utilização de jato de areia sob pressão. Ácidos fluindo através do sistema também aumentam o ataque no material, adicionalmente diminuindo a vida útil total.

Considerando sistemas BOF, aperfeiçoamentos em re-fratários BOF e métodos de confecção de aço têm estendido a vida operacional. Entretanto, a vida operacional é limitada por e relacionada à durabilidade dos componentes do sistema de gases efluentes, particularmente â tubulação do sistema de gases efluentes. Com relação a esse sistema, quando a falha ocorre, o sistema deve ser desligado para reparo para impedir a liberação de gás e fumaça na atmosfera. Taxas de falha atuais levam uma fornalha média a desligar em 14 dias. Como com fornalhas do tipo EAF, componentes têm historicamente sido compreendidos de aço carbono resfriado com água, ou painéis do tipo aço inoxidável.

Usar componentes resfriados com água em ou fornalhas tipo EAF ou tipo BOF tem reduzido os custos com refra-tário, e tem também capacitado os fabricantes de aço a operar cada fornalha para um número maior de aquecimentos do que era possível sem tais componentes. Além disso, equipamento resfriado com água tem habilitado as fornalhas a operarem em níveis elevados de energia. Consequentemente, a produção tem aumentado e a disponibilidade da fornalha se tornou crescentemente importante. Apesar dos benefícios dos componentes resfriados com água, esses componentes têm problemas consistentes com desgaste, corrosão, erosão, e outros danos. Um outro problema associado às fornalhas é que à medida que sucata disponível às fornalhas tem sido reduzida em qualidade, gases mais ácidos são criados. Esses gases ácidos devem ser evacuados da fornalha para um sistema de limpeza de gás tal que eles podem ser liberados na atmosfera. Esses gases são direcionados à câmara de gases efluentes, ou sistema de limpeza de gás, por uma pluralidade de dutos de fumaça contendo tubulações resfriadas com água. Entretanto, pelo tempo, os componentes resfriados com água e os dutos de fumaça dão caminho ao ataque ácido, fadiga de metal, ou erosão. Certos materiais (isto é, aço carbono e aço inoxidável) têm sido utilizados na tentativa de resolver o evento de a-taque ácido. Mais água e temperaturas mais altas têm sido usadas com aço carbono em uma tentativa de reduzir a concentração de água na sucata, e reduzir o risco de aderência de poeira ácida à paredes laterais da fornalha. 0 uso de tal aço carbono dessa maneira provou ser eficaz. Aço inoxidável também tem sido tentado em vários graus. Enquanto o aço inoxidável é menos inclinado a ataque ácido, ele não possui as características de transferência de calor do aço carbono. Os resultados obtidos foram uma temperatura de gases efluentes elevada, e tensões no material de construção que levaram certas partes a fraturar e quebrar.

Colapsos críticos de um ou mais componentes comu-mente ocorrem em sistemas existentes devido aos problemas apresentados acima. Quando tal colapso ocorre, a fornalha deve ser tirada de produção para manutenção não programada para reparar os componentes resfriados com água danificados.

Desde que aço fundido não está sendo produzido pela oficina de fundição do aço durante o tempo, perdas de oportunidade de mais de cinco mil dólares por minuto para a produção de certos tipos de aço podem ocorrer. Em adição à produção diminuída, interrupções não programadas significantemente aumentam custos de operação e manutenção.

Em adição aos componentes resfriados com água, corrosão e erosão estão se tornando um problema sério com os dutos de fumaça e sistemas de gases efluentes de ambos sistemas EAF e BOF. Danos a essas áreas da fornalha resultam em perda de produtividade e custos de manutenção adicionais para operadores de oficina de fundição. Adicionalmente, vazamentos de água aumentam a umidade nos gases efluentes, e reduzem a eficiência do alojamento em saco â medida que os sacos se tornam molhados e entupidos. A erosão acelerada dessas áreas usadas para descarregar gases efluentes de fornalhas é devido a elevadas temperaturas e velocidades de gases causados por energia elevada na fornalha. As velocidades mais altas dos gases são devido a grandes esforços para evacuar todas as fumaças para adequação a regulamentos de emissões de ar. A corrosão dos dutos de fumaça é devido a ataque/formulação de ácido no interior do duto causado pela reunião de vários materiais nas fornalhas. A técnica anterior atualmente ensina o uso de equipamento de duto de fumaça e outros componentes feitos de aço carbono ou aço inoxidável. Para algumas razões como determinadas acima, esse material tem comprovado fornecer resultados insatisfatórios e ineficientes .

Uma necessidade, portanto, existe em um sistema e método de painel de fornalha resfriado com água aperfeiçoado para confecção de aço. Especificamente, uma necessidade e-xiste por um método e sistema aperfeiçoado onde componentes resfriados com água e dutos de fumaça permanecem operáveis por mais tempo do que componentes comparáveis existentes.

Sumário da Invenção A presente invenção é um sistema trocador de calor adequado para fornalhas de confecção de ferro e seu sistema de resfriamento e exaustão de suporte. O trocador de calor tem pelo menos um painel de tubulação enrolada sinuosamente tendo uma entrada e uma saída, um tubo de distribuição de entrada em comunicação de fluido com a entrada de pelo menos um painel, um tubo de distribuição de saída em comunicação de fluido com a saída do painel, um fluido de resfriamento fluindo através da tubulação, e um fluxo de gases de exaustão fluindo pela tubulação. Nessa descrição, os termos, tubos, canos, e tubulação são sinônimos e usados passíveis de mudança. A tubulação enrolada sinuosamente é substancialmente uma montagem de comprimentos secionais com tubos ou canos conectados e montados lado a lado. Os tubos conectados são fixados um ao outro com uma ligação desse modo formando um painel sólido, onde o painel tem integridade estrutural. As ligações adicionam rigidez ao sistema, e estabelecem a pla-naridade total e parcialmente, ou toda a curvatura do painel. Por exemplo, através de ajustar a relação lado a lado dos tubos conectados, tal que eles são levemente deslocados vários graus do zero, o efeito cumulativo produz um painel sólido que tem curvatura, ao invés de ser plano. Na maioria das aplicações, o sistema trocador de calor tem pelo menos um painel montado a uma lateral interior de uma parede, onde o painel está em comunicação de fluido com os tubos de distribuição de saída e de entrada que estão em uma lateral externa da parede. A parede tipicamente é uma parede de uma fornalha de confecção de aço, um teto de fornalha, uma porta de exaustão com anel de fumaça, uma seção reta de um duto de exaustão, e uma seção curvada de um duto de exaustão. Em muitas das aplicações identificadas, a parede é curvada. Por exemplo, um duto de exaustão de fornalha é tipicamente elip-soidal ou redondo, dependendo dos parâmetros de projeto. A lateral interior da parede do duto de exaustão pode ter um ou uma pluralidade de painéis, onde os painéis têm uma curvatura que é comparável à curvatura do duto. A pluralidade de painéis é cada um individualmente fornecido com líquido de resfriamento a partir do tubo de distribuição de saída, que rodeia a lateral externa do duto de exaustão. A pluralidade de painéis retorna o líquido de resfriamento ao tubo de distribuição, que rodeia a lateral externa do duto de exaustão. 0 sistema trocador de calor pode ser usado para coletar e resfriar escória formada na parede da fornalha. 0 trocador de calor reduz a formação de elevadores de tensão. Preferencialmente, os tubos têm pelo menos uma ranhura que é uma crista alongada. Os tubos são preferencialmente fabricados em painéis onde os tubos têm uma orientação que é substancialmente horizontal com o material fundido na fornalha. Tipicamente, as paredes da fornalha são curvadas, e os tubos são também curvados tal como param seguir a curvatura da parede da fornalha (também conhecida como invólucro). Um tubo pode seguir a circunferência interna inteira da parede da fornalha, entretanto, uma configuração de temperatura uniforme, mais efetiva, é quebrar a circunferência em arcos, e utilizar comprimentos secionais de tubulação que são serialmente conectados a tubos conectados adjacente. Uma montagem de comprimentos secionais de tubos conectados montados lado a lado forma um painel. A pluralidade de painéis retorna o líquido de resfriamento ao tubo de distribuição de saída, que está na lateral externa da parede da fornalha. Em uma versão modificada, o sistema trocador de calor pode ter mais do que uma entrada, e mais do que uma saída na montagem dos tubos conectados, onde a montagem é curvada para seguir o contorno da lateral interna da parede da fornalha. A montagem pode ser configurada tal que uma primeira montagem de canos conectados dá voltas dentro de uma segunda montagem de canos conectados. 0 sistema trocador de calor pode ser adicionalmente compreendido de uma lâmina base â qual uma tubulação enrolada sinuosamente é conectada. 0 fluxo de ar pela tubulação e em torno da tubulação desse sistema não é completo como um sistema onde a tubulação é fixada meramente por ligações, entretanto, grande força de cisalhamento pode ser alcançada, e esse sistema é particularmente adequado onde sólidos salpicados ou transportados pelo ar (escória) serão coletados, ou onde há muita vibração. O emprego de uma lâmina base é bem adequado a aplicações onde o sistema trocador de calor é usado para coletar escória. O sistema trocador de calor pode ser adicionalmente compreendido de uma lâmina frontal bem como a lâmina base, onde tubulação enrolada sinuosamente está entre a lâmina base e a lâmina frontal. A lâmina frontal é preferencialmente fabricada de ligas metálicas de bronze e alumínio, onde a liga metálica de bronze e alumínio é selecionada para seu coeficiente alto de condutividade termal, especialmente nas temperaturas operacionais mais altas. A utilização de duas lâminas habilita a tubulação enrolada sinuosamente a ser substituída com abafadores ou barragens, que agem para direcionar o fluido de resfriamento a fluir de uma maneira similar aos canos. 0 fluido vai continuamente através de um canal definido pelos abafadores entre a lâmina frontal e a lâmina base. Os abafadores são substancialmente lâminas alongadas perpendiculares. Em uma construção ilustrativa, uma margem longitudinal do abafador é soldada a uma lateral traseira da lâmina frontal, e a lâmina base é conectada a uma margem longitudinal oposta do abafador. Como previamente e-numerado, a combinação de lâminas e abafadores afeta um canal enrolado sinuosamente, onde o canal é substancialmente comparável a um tubo fabricado. Uma lateral frontal da lâmina frontal é exposta aos gases de exaustão quentes. 0 sistema trocador de calor pode alternativamente ser compreendido de uma lâmina frontal e uma lâmina base, onde a tubulação é ajustada com bocais pulverizadores que direcionam um spray do fluido de resfriamento em uma lateral traseira da lâmina frontal. A lâmina frontal é preferencial- mente fabricada de liga metálica de bronze e alumínio, onde a liga metálica de bronze e alumínio é selecionada por sua resistência a oxidação bem como seu alto coeficiente de con-dutividade termal. A lâmina base serve principalmente como uma plataforma de montagem para os canos ajustados com bocais. A lâmina frontal é deslocada dos bocais, que são direcionados em direção à lateral traseira da lâmina frontal. A lateral frontal da lâmina de bronze e alumínio é exposta ao calor, e o spray é coletado e retornado via os tubos de distribuição de saída. Os tubos de distribuição de entrada fornecem o fluido de resfriamento pressurizado. 0 fluido de resfriamento é preferencialmente água por causa de seu baixo custo e alta capacidade de aquecimento. Os bocais dispersam o fluido de resfriamento como um padrão de spray e menos tubulação é exigida, desse modo reduzindo a necessidade de que os tubos sejam enrolados sinuosamente. O sistema trocador de calor usando bocais é configurado tal que drenagem é sempre em direção da base do painel tal como para impedir um crescimento do fluido de resfriamento a partir de obstruir os bocais. 0 sistema trocador de calor é configurado tal que cumulativamente, o número total de painéis é suficiente para cobrir uma área que resfria os gases de exaustão a uma temperatura desejada. No caso de gases de exaustão a partir de uma fornalha de arco elétrico a temperatura de saída dos gases é em torno de 2204,4 °C - 2760 °C (4.000 °F - 5.000 °F) . Esses gases são filtrados em um alojamento em saco para remover metais vaporizados, tais como zinco, e certas cinzas voláteis. Os alojamentos em sacos operam em aproximadamente 93,3 °C - 176,7 °C (200 °F - 350 °F) e, portanto, gases de exaustão que chegam devem ser resfriados consequentemente. Os painéis são fabricados para serem curvados ou planos, desse modo produzindo a área de superfície necessária para uma dada exigência de resfriamento. É antecipado que o presente sistema trocador de calor pode ser usado em combinação com outro equipamento de transferência de calor, tais como condensadores, trocadores tipo invólucro ou tipo tubo, trocadores de barbatanas, trocadores de lâmina e quadro de calor, e trocadores resfriados a ar de tiragem a ventilador. É adicionalmente antecipado que o trocador de calor tem outras aplicações, tais como resfriar gases de e-xaustão a partir de instalações de conversão, instalações de fabricação de papel, instalações de geração de energia elétrica disparada a gás e carvão, e outros geradores de gás de exaustão, onde os gases são resfriados para o propósito de capturar um ou mais componentes do gás, onde a captura é e-fetuada por condensação, por absorção de camada de carbono, ou por filtração. 0 sistema trocador de calor é preferencialmente fabricado usando uma liga metálica de bronze e alumínio. As ligas metálicas de bronze e alumínio foram encontradas como tendo uma condutividade térmica mais alta do que a esperada, resistência à cauterização pelo fluxo de gases quentes (módulos de elasticidade), e boa resistência à oxi-dação. Assim, a vida operacional do trocador de calor é estendida. A corrosão e erosão do trocador de calor e de com- ponentes relacionados são reduzidas, quando eles são fabricados com bronze e alumínio.

Objetivos da Invenção Um primeiro objetivo da presente invenção é fornecer um sistema trocador de calor construído de ligas metálicas de bronze e alumínio, onde as ligas metálicas de bronze e alumínio foram encontradas como tendo condutividade térmica mais alta do que a esperada, resistência à cauterização pelo fluxo de gases quentes, e boa resistência â oxidação.

Um segundo objetivo da presente invenção é fornecer um sistema trocador de calor onde a vida operacional do trocador de calor é estendida, à medida que a corrosão e e-rosão do trocador de calor e dos componentes relacionados são reduzidas quando eles são fabricados com liga metálica de alumínio e bronze.

Um terceiro objetivo da presente invenção é fornecer um sistema trocador de calor, onde o sistema é adaptável para resfriar gases de exaustão emanando de uma fornalha de confecção de aço, onde o sistema trocador de calor pode ser ajustado às paredes da fornalha, um teto da fornalha, uma porta de exaustão com anel de fumaça, uma seção reta de um duto de exaustão, e uma seção curvada de um duto de exaustão. É adicionalmente antecipado que o trocador de calor tem outras aplicações, tais como resfriar os gases de exaustão de instalações de conversão, instalações de fabricação de papel, instalações de geração de energia elétrica disparada por gás e carvão, e outros geradores de gás de exaustão, onde os gases são resfriados com o propósito de capturar um ou mais componentes do gás, onde a captura é efetuada por condensação, por absorção de camada de carbono, ou por filtração.

Um quarto objetivo da invenção é fornecer um sistema trocador de calor que pode ser colocado junto em unidades essencialmente similares para resfriar os gases de e-xaustão saindo de uma fornalha metalúrgica, tal como EAF ou BOF de 2204,4 °C - 2760 °C (4.000 °F - 5.000 °F) a 93,3 °C -176,7 °C (200 °F - 350 °F) .

Um quinto objetivo da invenção é fornecer um sistema de troca de calor aperfeiçoado que é para coletar e resfriar escória, onde a tubulação enrolada sinuosamente é tubulação inteiriça extrusada tendo um cume alongado, onde a tubulação melhor resiste a corrosão, erosão, pressão e tensão térmica.

Breve Descrição dos Desenhos Os objetivos anteriores e outros tais se tornarão mais prontamente aparentes através de relacionar â seguinte descrição detalhada e aos desenhos em anexo nos quais: A FIG. 1 é uma vista em perspectiva cortada parcialmente ilustrando a invenção. O sistema trocador de calor tem pelo menos um painel de tubulação enrolada sinuosamente tendo uma entrada e uma saída que estão em comunicação de fluido com um par de tubos de distribuição. Os painéis ilustrados são montados no interior de um duto de exaustão. A FIG. IA é uma vista em perspectiva da invenção ilustrada na FIG. 1. 0 duto de exaustão é ajustado com o sistema trocador de calor. 0 duto é usado na indústria de confecção de aço para conduzir e resfriar gases de exaustão empurrados a partir da fornalha de confecção de aço. A tubulação enrolada sinuosamente, que é parcialmente mostrada em fantasma, é feita de uma liga metálica de alumínio e bronze. 0 duto pode também ser feito de liga metálica de alumínio e bronze. A FIG. 1B é uma vista lateral de um duto de exaustão em cotovelo conectado a um duto de exaustão reto, que por sua vez é conectado a uma câmara de gases efluentes. A FIG. 1C é uma vista em elevação dos dutos e da câmara de gases efluentes ilustrados na FIG. 1B. A FIG. 1D é uma vista em elevação deslocada de uma série de dutos de exaustão resfriados. A série de dutos de exaustão resfriados é conectada à câmara de gases efluentes, e o duto de exaustão em cotovelo que é conectado a um teto da fornalha. A série fornece ambos resfriamento e condução dos gases de fumaça quentes e poeira sendo retirada da fornalha . A FIG. 2 é uma vista plana do sistema trocador de calor configurado como um anel de fumaça, onde o anel de fumaça é compreendido de tubulação enrolada sinuosamente que vai para frente e para trás formando um painel curvado que é um anel elipsoidal. O anel elipsoidal tem uma entrada e uma saída para a água de resfriamento. Alternativamente, o anel de fumaça pode ser configurado para ter mais do que uma entrada e saída. A FIG. 3 é uma vista transversal da invenção ilustrada na FIG. 2 tomada ao longo da linha secional 3-3. A FIG. 4 é uma vista lateral do sistema trocador de calor configurado como um anel de fumaça ilustrado na FIG. 2. A FIG. 5 é uma vista lateral de um painel de tubulação enrolada sinuosamente com uma entrada e uma saida. A tubulação é espaçada e ligada com ligações de solda forte. A FIG. 6 é uma vista transversal da tubulação enrolada sinuosamente, onde a tubulação tem ranhuras em uma base. A base é conectada a uma lâmina base que é conectada a uma lateral interna de uma parede. A FIG. 7 é uma vista transversal da tubulação enrolada sinuosamente, ilustrando como os tubos são espaçados e ligados com ligações de conexão. A FIG. 8 é uma vista transversal de uma fornalha de confecção de aço, ajustada com numerosos componentes do sistema trocador de calor. 0 sistema é usado na fornalha bem como nos dutos para resfriar os gases de exaustão. A FIG. 9 é uma vista transversal de . um sistema trocador de calor que utiliza abafadores, onde o sistema fornece resfriamento para um duto. 0 sistema tem um canal criado pelos abafadores, onde os abafadores direcionam o fluxo do fluido de resfriamento para fluir em um modelo de serpentina. A FIG. 10 é uma vista lateral transversal em corte de um sistema trocador de calor que utiliza abafadores, onde o trocador de calor é ajustado na parede de uma fornalha de confecção de aço. O trocador de calor tem uma lâmina frontal de bronze e alumínio, abafadores, e lâmina base. A lâmina frontal é diretamente exposta ao calor, a gases de exaustão, e à escória produzida pela fornalha. A FIG. 11 é uma vista transversal de um sistema trocador de calor que utiliza bocais pulverizadores, onde o trocador de calor é ajustado na parede de uma fornalha de confecção de aço. O trocador de calor tem uma lâmina frontal de bronze e alumínio, tubos ajustados a bocais, e lâmina base. A lâmina frontal é diretamente exposta ao calor, a gases de exaustão e à escória produzida pelo processo de confecção de aço. Os bocais pulverizam o fluido de resfriamento a partir da lâmina base em direção à lateral traseira da lâmina frontal. A lâmina frontal é deslocada suficientemente dos bocais que o fluido de resfriamento é disperso por uma área mais ampla. A FIG. 12 é uma vista transversal de um sistema trocador de calor que utiliza bocais pulverizadores, onde o trocador de calor é uma caixa de ar. A lâmina frontal de a- lumínio e bronze está no interior da caixa de ar, e tubos ajustados com bocais são montados na lâmina base. Os bocais pulverizam o fluido de resfriamento a partir de tubos fixados â lâmina base em direção da lateral traseira da lâmina frontal. A lâmina frontal é deslocada suficientemente dos bocais que o fluido de resfriamento é pulverizado e um padrão de sobreposição. A sobreposição é suficiente para cobrir uma área. Note, há duas entradas e duas saídas.

Descrição Detalhada Como exigido, modalidades detalhadas da presente invenção são descritas aqui, entretanto, é para ser entendido que as modalidades descritas são meramente exemplares da invenção, que podem ser empregadas de várias formas. Portanto, detalhes estruturais e funcionais específicos descritos aqui não são interpretados como limitantes. 0 sistema trocador de calor 10 compreende pelo menos um painel de tubulação enrolada sinuosamente 50 tendo uma entrada 56 e uma saída 58, um tubo de distribuição de entrada 84 em comunicação de fluido com a entrada de pelo menos um painel, um tubo de distribuição de saída 86 em comunicação de fluido com a saída de pelo menos um painel, e um fluido de resfriamento fluindo através da tubulação. 0 sistema trocador de calor 10 resfria gases de fumaça quentes 36 e poeira que está sendo evacuada de uma fornalha metalúrgica 80 e seus componentes de suporte. A tubulação é uma montagem de comprimentos secionais de tubos conectados montados lado a lado, onde os tubos conectados são fixados um ao outro com uma ligação 82, neste formando pelo menos um painel 54. Os inventores determinaram empiricamente que uma composição preferencial para fabricar a tubulação 50 é uma liga metálica de alumínio e bronze. Ligas metálicas de alumínio e bronze foram encontradas como tendo uma condutivida-de térmica mais alta do que a esperada, resistência à caute-rização através do fluxo de gases quentes (módulos de elasticidade) , e boa resistência à oxidação. Assim, a vida operacional do trocador de calor é estendida. A corrosão e a erosão do trocador de calor e dos componentes relacionados são reduzidas, quando eles são fabricados com bronze-alumínio. A Tabela 1 compara a condutividade térmica do bronze-alumínio, P22 (Fe -96%, C -0,1%, Mn -0,45%, Cr -2,65%, Μο -0,93%) e aço carbono (A106B). O bronze-alumínio tem condutividade térmica que é 41% mais alta do que P22 e 30,4% do que aço carbono. Os trocadores de calor fabricados usando bronze-alumínio ou ligas metálicas desse são mais e-ficientes, e têm uma vida operacional mais longa do que as fornalhas construídas de materiais refratários ou outras ligas metálicas. TABELA 1 Propriedade Bronze-Alumínio P22 A106B

Dureza (HRB) 149 110 106 Força de Tração (KSI) 78 60 60 Alongamento (% em 5,08 cm) 42 20 19 Força Resultante (KSI) 35 30 35 Condutividade Térmica (W/mK) 32,6 23 25 Foi também determinado que a tubulação é preferencialmente extrusada, onde a tubulação resiste â corrosão, erosão, pressão, e tensão térmica. A performance é particularmente aperfeiçoada onde a tubulação tem um cume alongado que serve como uma barbatana. A barbatana pode servir para aperfeiçoar o resfriamento e coletar escória. Não há linhas de solda que podem falhar, e a tubulação inteiriça extrusada distribui calor mais uniformemente, o que por sua vez aperfeiçoa a performance total do sistema trocador de calor. A tubulação pode ser curvada ou curvar para alcançar a curvatura de uma parede a qual está sendo conectada, se assim necessário. Mais tipicamente, as seções individuais da tubulação são fixadas uma a outra com uma ligação angulada tal que o painel resultante tenha uma curvatura que é comparável â curvatura da parede. 0 sistema trocador de calor como ilustrado nos desenhos emprega tubos de distribuição e múltiplos painéis para adicionalmente aperfeiçoar a eficiência de resfriamento. A combinação assegura que água fria está fluindo através de toda a tubulação, então otimizando a transferência de calor. A tubulação enrolada sinuosamente otimiza a área de superfície. A tubulação é tipicamente fixada usando ligações e es-paçadores, que habilitam gases de fumaça a fluir essencialmente em torno próximo do perímetro inteiro da tubulação.

Com relação à FIG. 2, a presente invenção 10 é mostrada em um duto de gás de exaustão de fumaça 44 tendo uma parede 94 com uma lateral interna da parede 93 e uma lateral externa da parede 95. A parede 94 é parcialmente cortada para visualizar o interior do duto 44. 0 duto ilustrado 44 é elíptico, uma construção de engenharia selecionada para aumentar a área de superfície versus um duto circular. O duto é dividido em quatro quadrantes, numerados de 1 - 4, como indicado pelas abscissas e as linhas tracejadas ordenadas. Na invenção instantânea, o trocador de calor utiliza quatro painéis de tubulação enrolada sinuosamente, cada um com uma entrada 56, e uma saída 58. Cada painel é montado com ligações 52 que servem como espaços e prendedores para segurar os tubos 50, e então estabelecer a posição relativa de um comprimento secional de tubulação com relação aos comprimentos secionais adjacentes da tubulação. Os painéis, 1-4, são montados na parede interna 93 do duto 44. Cada painel está em comunicação de fluido com um tubo de distribuição de en- trada 84, e um tubo de distribuição de saída 86. Os tubos de distribuição 84 e 86 são montados na lateral externa 95 da parede 94, e substancialmente rodeiam o duto 44. A tubulação 50 é orientada tal como para ser substancialmente colinear com a parede do duto 44. A orientação é selecionada porque é mais fácil fabricar e criar menos queda de pressão pelo comprimento do duto. Ambas as extremidades do duto 44 são terminadas com um flange 54 que habilita ao duto de resfriamento ser acoplado com um outro duto. Cada duto é substancial-mente uma unidade de resfriamento modular autocontida. A mo-dularização habilita a fabricação do duto a ser uma certa extensão genérica. Cada duto tem uma capacidade de resfriamento, e os dutos são combinados em números suficientes para alcançar o resfriamento desejado. A modularização é em parte devido ao fato de que o sistema trocador de calor é compreendido de painéis individualmente resfriados tendo uma capacidade de resfriamento conhecida, que quando combinada determina a capacidade de resfriamento do duto. A capacidade de resfriamento cumulativa é no fim das contas, portanto, uma função do tipo, número, e configuração dos painéis, e a temperatura e a taxa de fluxo do fluido de resfriamento fornecido pelos tubos de distribuição. Os painéis são componentes modulares amplamente e substancialmente autocontidos, que são também relativamente genéricos. 0 duto de exaustão de fumaça 44 tipicamente tem um par de suportes de montagem numerados 62 para conectar o duto a um quadro ou suporte.

Os elementos externos do duto e o sistema trocador de calor são ilustrados na FIG. ΙΑ, 1B, 1C, e 1D. O duto 44 pode ser ajustado com suportes de montagem 60 para conectar o duto ao teto da fornalha, a uma câmara de gases efluentes (que é algumas vezes relacionada como uma caixa de ar 48) , ou fornecer suporte ao flange 54. Com relação â FIG. 1B, o duto em cotovelo 45 é conectado a um duto de exaustão reto 44, que por sua vez é conectado a uma câmara de gases efluentes 48. 0 duto em forma de cotovelo 45 tem suportes de teto 60 para segurar o cotovelo 4 5 a um teto de fornalha. Um anel de fumaça 66 sai em protuberância da entrada do duto em cotovelo 66. Como pode ser visto nas FIGs. 2-4 e FIG. 8, o anel de fumaça 66 é o trocador de calor 10 tendo uma configuração circular. O duto em cotovelo tem um tubo de distribuição de entrada 84 e um tubo de distribuição de saída 86. 0 tubo de distribuição de entrada 84 é conectado a uma fonte de água de resfriamento em 88 e o tubo de distribuição de saída 86 é conectado a uma saída reciclada 90. 0 duto em cotovelo 45 e o duto reto 44 são acoplados via seus respectivos flanges 54. 0 duto reto 44 e a câmara de gases efluentes 48 são acoplados via seus respectivos flanges 54. A câmara de gases efluentes 48 preferencialmente tem um mecanismo de liberação de pressão na possibilidade desligada que uma explosão desenvolve na fornalha. A câmara de gases efluentes 48 também serve como uma caixa de junção se capacidade adicional é exigida em uma data futura. Com relação â FIG. 1C, os gases de fumaça parcialmente resfriados saindo da fornalha são desviados 90 graus ao que restou do sistema de e-xaustão 16. O comprimento do sistema é suficiente para res-friar os gases de exaustão saindo de uma fornalha metalúrgi- ca, tal como EAF ou BOF de 2204,4 °C - 2760 °C (4.000 °F -5.000 °F) a 93,3 °C - 176,7 °C (200 °F - 350 °F). Como mostrado na FIG. 1D, o sistema de resfriamento completo fora da fornalha é compreendido de 8 pares de tubos de distribuição da câmara de gases efluentes 48, mais 2 pares anteriores à câmara de gases efluentes 48, e um anel de fumaça: cada par de tubos de distribuição tem 4 painéis trocadores de calor, levando ao número total de 40 painéis, mais o painel de anel de fumaça 66. O anel de fumaça pode ser montado no teto da fornalha, ao invés de em um duto, e uma discussão dessa configuração segue.

Com relação à FIG. 2-4, que adicionalmente ilustra o sistema trocador de calor configurado como um anel de fumaça, onde o anel de fumaça 66 é compreendido de tubulação enrolada sinuosamente que vai para frente e para trás formando um painel curvado que é um anel elipsoidal. O anel e-lipsoidal tem uma entrada e uma saída para a água de resfriamento. Alternativamente, o anel de fumaça pode ser configurado para ter mais do que uma entrada e saída. Na modalidade mostrada, o trocador de calor 10 tem três suportes de anel de fumaça 64 ou montando o trocador de calor a um teto de fornalha em forma de cúpula. A tubulação 50, como mostrada na FIG. 3, é mais comprimida na direita do que na esquerda, e o suporte 64 na esquerda é mais baixo na esquerda do que na direita. A compressão e a localização diferentes no suporte compensam o afastamento do teto, que resulta em um perfil que é substancialmente vertical. As ligações 82 estabelecem não somente a curvatura do painel de tubulação enro- lada sinuosamente 50, mas também o perfil.

Com relação à FIG. 8, a fornalha ilustrativa é mostrada como uma fornalha do tipo EAF 80. É para ser entendido que a EAF descrita é para explicação somente e que a invenção pode ser prontamente aplicada em fornalhas do tipo BOF e seus similares. Na FIG. 8, uma EAF 80 inclui um invólucro de fornalha 12, uma pluralidade de eletrodos 14, um sistema de exaustão 16, uma plataforma de trabalho 18, um mecanismo oscilador de inclinação 20, um cilindro inclinado 22, e uma câmara de gases efluentes b. O invólucro da fornalha 112 é disposto de forma móvel no oscilador inclinado 20 ou outro mecanismo de inclinação. Adicionalmente, o oscilador inclinado 20 é energizado pelo cilindro inclinado 22. 0 oscilador inclinado 20 é adicionalmente fixado à plataforma de trabalho 18. O invólucro da fornalha 12 é compreendido de uma soleira abaulada 24, uma parede lateral geralmente cilíndrica 26, uma torneira 28, uma porta da torneira 30, e um teto circular geralmente cilíndrico 32. A torneira 28 e a porta da torneira 30 estão localizadas em uma lateral da parede lateral cilíndrica 26. Na posição aberta, a torneira 28 permite ao ar penetrante 34 entrar na soleira 24 e parcialmente queimar gases 36 produzidos a partir da fundição. A soleira 24 é formada de material refratário adequado que é conhecido na técnica. Em uma extremidade da soleira 24 está uma caixa de vazamento tendo um dispositivo de tarraxa 38 em sua extremidade inferior. Durante a operação de derretimento, o dispositivo de tarraxa 38 é fechado por um plugue refratá- rio, ou uma porta deslizante. Portanto, o invólucro da fornalha 12 é inclinado, o dispositivo de tarraxa 38 está des-plugado, ou aberto e metal fundido é vazado em uma concha de vazar metal fundido nos moldes, uma cuba distribuidora, ou outro dispositivo, como desejado. A parede interna 26 do invólucro da fornalha 12 é ajustada com painéis resfriados com água 40 de tubulação enrolada sinuosamente 50. Os painéis, de fato, servem como uma parede interna na fornalha 80. Os tubos de distribuição, que fornecem água fria, e um retorno, estão em comunicação de fluido com os painéis 40. Tipicamente, os tubos de distribuição estão posicionados perifericamente em um modelo similar aos dutos de exaustão ilustrados 44. A seção transversal dos tubos de distribuição é mostrada fora do invólucro da fornalha 12 na FIG. 8. 0 sistema trocador de calor 10 produz uma operação mais eficiente e prolonga a vida de operação da fornalha EAF 10. Em uma modalidade preferencial, os painéis 40 são montados tal que a tubulação enrolada sinuosamente tem uma orientação geralmente horizontal, comparável ao anel de fumaça ilustrado nas FIGs. 2-4. A tubulação 50 pode estar ligada com uma ligação 82, como mostrado na FIG. 7, ou pode ter uma base 92 que está montada à parede 94. Tipicamente, com a última configuração, a tubulação tem margens alongadas 96 para coletar escória e adicionar área de superfície adicional à tubulação. Alternativamente, os painéis 40 são montados tal que a tubulação enrolada sinuosamente 50 tem uma orientação geralmente vertical como mostrada na FIG. 5. As extremidades superiores dos painéis 40 definem um aro circu- lar na margem superior da parte de parede lateral 2 6 da fornalha 8 0 . O sistema trocador de calor 10 pode ser ajustado ao teto 32 da fornalha 80, onde os painéis resfriados com água 4 0 têm uma curvatura que substancialmente segue o contorno em forma de cúpula do telhado 32 . O sistema trocador de calor 10, neste, é desdobrado no interior da parede lateral 26 da fornalha 80, o teto 32 e a entrada do sistema de exaustão 16, bem como por todo o sistema de exaustão 16. Cumulativamente, o sistema trocador de calor protege a fornalha e resfria os gases gastos quentes 36 à medida que eles são conduzidos a um alojamento em saco ou outra instalação de tratamento de ar e filtragem, onde poeira é coletada e os gases são ventilados à atmosfera.

Em operação, os gases gastos quentes 36, poeira e fumaça são removidos da soleira 24 através da ventilação 46 no invólucro da fornalha 112. A ventilação 46 se comunica com o sistema de exaustão 16 compreendido dos dutos de fumaça 44, como mostrado nas FIGs. 1 e 1A-1D.

Com relação â FIG. 5, o painel 40 tem múltiplos tubos arranjados de forma axial 50. Cotovelos em forma de U 53 conectam comprimentos secionais adjacentes de tubulação ou tubos 50 juntos para formar um sistema de tubulação continuo. Ligações 82 que adicionalmente servem como espaçado-res estão entre tubos adjacentes 50, e elas fornecem integridade estrutural do painel 40 e são determinativas da curvatura para o painel 40. A FIG. 7 é uma vista transversal da modalidade de painel da FIG. 5. Uma variação é ilustrada na FIG. 6, onde os tubos 50 têm uma seção transversal tubular, uma base 92, um cume alongado 96, e uma lâmina base 93. A lâmina base 93 é conectada à parede da fornalha 26, ou ao teto da fornalha 32. A combinação da tubulação e, opcionalmente, à lâmina base forma o painel 40, que cria uma parede interna da fornalha. Os painéis 40 resfriam a parede 26 da fornalha acima da soleira em uma EAF ou a tampa e dutos de fumaça de uma BOF.

Os painéis são resfriados com água, e são compreendidos de uma liga metálica de bronze-alumínio, que é geralmente derretida e processada em uma tubulação inteiriça 50. Os dutos de resfriamento 44 são incorporados no sistema de exaustão 16. Além disso, a tubulação 50 é formada nos painéis de resfriamento 40 e localizada por todo o teto 32 e os dutos 44. A liga bronze-alumínio preferencialmente tem uma composição nominal de: 6,5% Al, 2,5% Fe, 0,25% Sn, 0,5% Max Outros, e Cu igualando o equilíbrio. Entretanto, será apreciado que a composição pode variar, tal que o conteúdo de Al seja pelo menos 5% e não mais do que 11% com o respectivo restante compreendendo o composto de bronze. 0 uso da liga metálica de bronze-alumínio fornece propriedades mecânicas e físicas aperfeiçoadas sobre os dispositivos da técnica anterior (isto é, sistemas de resfriamento de aço inoxidável e carbono) em que a liga metálica fornece condutividade térmica superior, dureza, e módulo de elasticidade para os propósitos da confecção de aço em uma fornalha. Através de empregar esses aperfeiçoamentos, a vida operacional da fornalha é diretamente aumentada.

Em adição às características de transferência de calor superiores, as capacidades de alongamento da liga metálica são maiores do que do aço ou aço inoxidável, desse modo permitindo à tubulação e ao duto 44 expandirem e entrarem em contato sem quebrar. Adicionalmente, a dureza da superfície é superior sobre a técnica anterior em que reduz os efeitos de erosão a partir do efeito de jato de areia sob pressão de restos de gases efluentes. O processo de formação da tubulação é preferencialmente extrusão, entretanto, um versado na técnica apreciará que outras técnicas de formação podem ser empregadas, as quais resultam no mesmo resultado, isto é, um componente inteiriço. Durante a extrusão, a liga metálica bronze-alumínio é trabalhada a quente, desse modo resultando em uma estrutura granulada compacta, que possui propriedades físicas aperfeiçoadas .

Nos tubos mostrados na FIG. 6, o cume alongado 96 é uma ranhura que é especialmente adequada para coletar escória. A massa em cada lateral da linha central da seção tubular é equivalente, tal que a massa do cume alongado 96 é aproximadamente igual à massa da base 92. Através de balancear a massa e empregar ligas metálicas bronze-alumínio ex-trusadas, o tubo resultante é substancialmente livre de ranhuras de tensão. 0 tubo descrito tem características de tensão aperfeiçoadas, e painéis de troca de calor fabricados com esses tubos são menos sujeitos a danos causados por mudanças dramáticas de temperatura, por exemplo, durante o ciclo da fornalha. A composição do sistema trocador de calor difere da técnica anterior em que a tubulação e as lâminas na técnica anterior foram compostas de aço carbono e aço inoxidável. A composição da liga metálica bronze-alumínio não é inclinada a ataque ácido. Além disso, requerentes determinaram que bronze-alumínio tem uma taxa de transferência de calor mais alta do que a de ambos aço carbono ou aço inoxidável, e que a liga metálica possui a capacidade de expandir e contrair sem quebrar. Finalmente, a dureza da superfície da liga metálica é maior do que a do aço, desse modo reduzindo os efeitos de erosão na superfície a partir dos efeitos de jato de areia do gás de exaustão se movendo através do sistema de resfriamento de duto.

Modalidade Alternativa Um fluxo similar do fluido de resfriamento através do sistema trocador de calor é alcançado através do uso de um canal enrolado sinuosamente. O canal 122 é formado por abafadores interespaçados 124 entre uma lâmina frontal 120 e a lâmina base 93. A FIG. 9 ilustra uma modalidade do sistema trocador de calor 10 usando abafadores. Na modalidade ilustrada, o sistema trocador de calor 10 é um duto 45, onde a lâmina frontal 120 está no interior do duto 45. Na modalidade ilustrada, a lâmina base 93 também funciona como a parede externa do duto 45. 0 duto tem flanges 54 para acoplar um duto a um outro duto, ou acoplar a uma caixa de ar 48, ou acoplar ao teto 32 da fornalha 80. Na modalidade ilustrada, o fluido de resfriamento flui para dentro e para fora do plano do papel. Como ilustrado, há somente um painel 41, e ele está em comunicação de fluido com um tubo de distribuição de entrada (não mostrado) e um tubo de distribuição de saída (não mostrado) . Os tubos de distribuição são montados à lateral externa da lâmina base 93. A FIG. 10 ilustra o sistema trocador de calor 10 configurado como uma parede interna da fornalha 47, que é um painel de resfriamento 41. A parede interna da fornalha 47 é fabricada para seguir o contorno da parede 2 6 do invólucro da fornalha 112. O painel 41 tem abafadores 124, montados entre a lâmina frontal 120 e a lâmina base 93. O sistema tem uma entrada 56 e uma saída 58 para o fluido de resfriamento. Os tubos de distribuição, que fornecem água fria, e um retorno, estão em comunicação de fluido com o painel 41. Embora som,ente um painel é mostrado, a aplicação pode ser configurada para ter múltiplos painéis. A lâmina frontal 120 e os abafadores 124 têm uma composição de liga metálica de bronze-alumínio. Os abafadores são enrolados à lâmina frontal ao longo da margem longitudinal 126. A lâmina base é a-nexada à margem longitudinal oposta, então formando o canal 122. 0 canal 122 pode ser visto no canto da lateral esquerda da FIG. 10. Note, o fluxo do fluido de resfriamento é enrolado sinuosamente em um modelo de serpentina, muito similar ao fluxo através da montagem de tubos montada lado a lado, como mostrado na FIG. 5. Os tubos de distribuição não são mostrados na modalidade 45 ou 47, mas são posicionados peri-fericamente, como previamente ilustrado na FIG. 2.

Com relação à FIG. 11, que ilustra uma parede interna de fornalha 49 resfriada com um painel 43 tendo uma pluralidade de bocais pulverizadores 125. O trocador de calor tem uma lâmina frontal de bronze-alumínio 120, tubos 50 ajustados com bocais 125 e uma lâmina base 93 . A lâmina frontal 120 é diretamente exposta ao calor, aos gases de e-xaustão, e à escória produzidos pelo processo de confecção de aço. Os bocais 50 pulverizam o fluido de resfriamento a partir da lâmina base em direção à lateral traseira da lâmina frontal 120.

Com relação à FIG. 12, que é uma vista transversal de uma caixa de ar 48 que é resfriada usando um sistema trocador de calor que utiliza bocais pulverizadores 125. As quatro lâminas frontais de bronze-alumínio 120 definem o interior da caixa de ar 48. A pluralidade de bocais 125 na tubulação 50, direciona um spray padrão de fluido de resfriamento à lateral traseira da lâmina frontal 120. A lâmina base 93 serve como uma montagem para os tubos 50 bem como uma parede exterior para a caixa de ar 48. A lâmina frontal 120 é deslocada suficientemente a partir da pluralidade de bocais que o fluido de resfriamento é pulverizado em um padrão de sobreposição. A sobreposição é suficiente para cobrir uma área, que reduz o número de enrolamentos em serpentina necessário para resfriar a lâmina frontal. Na modalidade ilustrada mostrada na FIG. 12, há uma montagem de somente dois tubos mostrados, cada um com uma entrada 56 e uma saída 58. Não mostrado podería ser muitos mais tubos com bocais. Revisando a FIG. 11, os tubos são conectados com cotovelos em forma de U 53, e conexões similares podem ser usadas na caixa de ar 48. Como ilustrado, há somente um painel 43 tendo pelo menos uma entrada e uma saída.

Embora modalidades particulares da invenção tenham sido descritas em detalhes, será entendido que a invenção não está limitada correspondentemente em escopo, mas inclui todas as mudanças e modificações vindo no espírito e termos das reivindicações em anexo aqui. Deveria ser óbvio que o sistema trocador de calor, se utilizando tubulação enrolada sinuosamente, abafadores ou bocais pulverizadores e lâminas, pode ser empregado em ambientes extremamente difíceis para resfriar gases e condensar muitos materiais vaporizados.

Sumário do Alcance dos Objetivos da Invenção A partir do anterior, está prontamente aparente que nós inventamos um sistema trocador de calor aperfeiçoado, construído de ligas metálicas de bronze-alumínio, onde ligas metálicas de bronze-alumínio foram encontradas como tendo uma condutividade térmica mais alta do que a esperada, resistência à cauterização pelo fluxo de gases quentes, e boa resistência à oxidação. Além disso, nós fornecemos um sistema trocador de calor onde a vida operacional do trocador de calor é estendida, à medida que corrosão, e erosão do trocador de calor, e componentes relacionados são reduzidas quando eles são fabricados com liga metálica de bronze-alumínio .

Adicionalmente fornecido é um sistema trocador de calor que é adaptável para resfriar gases de exaustão emanando de uma fornalha de confecção de aço, onde o sistema trocador de calor pode ser ajustado âs paredes da fornalha, um teto de fornalha, uma porta de exaustão de anel de fuma- ça, uma seção reta de um duto de exaustão, e uma seção curva de um duto de exaustão. 0 sistema trocador de calor resfria os gases de exaustão saindo de uma fornalha metalúrgica tal como EAF ou BOF de 2204,4 °C - 2760 °C (4.000 °F - 5.000 °F) a 93,3 °C - 176,7 °C (200 °F - 350 °F). A invenção fornece um sistema trocador de calor que pode ser adaptado para coletar e resfriar escória, onde a tubulação enrolada sinuosamente é tubulação inteiriça ex-trusada tendo um cume alongado, e a tubulação resiste a corrosão, erosão, pressão, e tensão térmica.

Também fornecido está um trocador de calor que tem outras aplicações, tais como resfriar gases de exaustão a partir de instalações de conversão, instalações de fabricação de papel, instalações de geração de energia elétrica disparada por carvão e gás, e outros geradores de gás de e-xaustão, onde os gases são resfriados com o propósito de capturar um ou mais componentes do gás, onde a captura é e-fetuada por condensação, por absorção de camada de carbono, ou por filtração. É para ser entendido que a descrição anterior e modalidades específicas são meramente ilustrativas do melhor modo da invenção e os princípios dessa, e que várias modalidades e adições podem ser feitas ao aparelho por aqueles versados na técnica, sem abrir mão do espírito e escopo dessa invenção.

Claims (20)

1. Sistema trocador de calor (10), compreendendo: pelo menos um painel de troca de calor de tubulação enrolada sinuosamente (50) com uma entrada (56) e uma salda (58); um tubo de distribuição de entrada (84) em comunicação de fluido com a entrada (56) do pelo menos um painel; um tubo de distribuição de saida (86) em comunicação de fluido com a saida (58) de pelo menos um painel; a tubulação (50) sendo configurada para ter um fluido de resfriamento fluindo através da tubulação (50); a tubulação (50) sendo localizada para ter um fluxo de gases quentes (36) fluindo sobre a tubulação (50); em que a tubulação enrolada sinuosamente (50) é uma montagem de comprimentos secionais de tubos conectados montados lado a lado; e em que os tubos conectados são fixados um ao outro com uma ligação (52) neste, formando o pelo menos um painel; em que o pelo menos um painel é montado a uma lateral interna de uma parede, e está em comunicação de fluido com os tubos de distribuição de entrada e de saida, os quais estão em uma lateral externa da parede; CARACTERIZADO por a parede ter uma curvatura, e em que os tubos conectados são fixados um ao outro com uma ligação angulada, de modo que o painel resultante tenha uma curvatura comparável à curvatura da parede.

2. Sistema trocador de calor (10), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: pelo menos um painel de tubulação enrolada sinuo-samente (50) com uma entrada (56) e uma saída (58), onde o pelo menos um painel é afixado a uma lâmina base (93); um tubo de distribuição de entrada (84) em comunicação de fluido com a entrada (56) do pelo menos um painel; um tubo de distribuição de saída (86) em comunicação de fluido com a saída (58) do pelo menos um painel; um fluido de resfriamento fluindo através da tubulação (50) ; um fluxo de gases quentes (36) fluindo sobre a tubulação (50) ; a tubulação enrolada sinuosamente (50) sendo substancialmente uma montagem de comprimentos secionais de tubos conectados montados lado a lado; e os tubos conectados são fixados um ao outro e à lâmina base (93) com uma ligação neste, formando o pelo menos um painel.

3. Sistema trocador de calor, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de pelo menos um painel ser montado a uma lateral interna de uma parede, e estar em comunicação de fluido com os tubos de distribuição de entrada e de saída que estiverem em uma lateral externa da parede .

4. Sistema trocador de calor, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de a parede ter curvatura, por exemplo, como a parede de uma fornalha de confecção de aço, um teto de fornalha, uma porta de exaustão de anel de fumaça, uma seção reta de um duto de exaustão, e uma seção curvada de um duto de exaustão.

5. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pela lâmina base ser curvada, e os tubos conectados estarem fixados um ao outro com uma ligação angulada de modo que o painel resultante tenha uma curvatura comparável à curvatura da parede.

6. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 5, CARACTERIZADO pelo fato de que há uma pluralidade de painéis, e pelo menos dois painéis são montados em torno da lateral interna do duto de exaustão da fornalha (80), em que a pluralidade é individualmente fornecida com o liquido de resfriamento a partir do tubo de distribuição de saida (86) que circunda a lateral externa do duto de exaustão (44); e em que cada painel retorna o liquido de resfriamento ao tubo de distribuição de saida (86) que circunda a lateral externa do duto de exaustão (44).

7. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 5, CARACTERIZADO pelo sistema ainda compreender uma fornalha tendo meios para aquecer um interior da fornalha e gerar gases de exaustão na faixa de temperaturas entre 2204°C (4000°F) e 2760°C (5000°F), e há uma pluralidade de painéis e pelo menos dois painéis são montados em torno da lateral interna do teto da fornalha, em que cada painel é fornecido individualmente com o liquido de resfriamento a partir do tubo de distribuição de saida (86) que está em uma lateral externa do teto da fornalha; e em que cada painel retorna o liquido de resfriamento ao tubo de distribuição de saida (86) que está na lateral externa do teto da fornalha.

8. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 5, CARACTERIZADO pelo sistema ainda compreender uma fornalha tendo meios para aquecer um interior da fornalha e gerar gases de exaustão na faixa de temperaturas entre 2204°C (4000°F) e 2760°C (5000°F), e há uma pluralidade de painéis e pelo menos dois painéis são montados em torno da lateral interna da parede da fornalha, em que cada painel é fornecido individualmente com o liquido de resfriamento a partir do tubo de distribuição de saída (86) que circunda a lateral externa da parede da fornalha; e em que cada painel individualmente retorna o líquido de resfriamento ao tubo de distribuição de saída (86) que circunda a lateral externa da parede da fornalha.

9. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 5, CARACTERIZADO pelo fato de que há uma pluralidade de painéis, e pelo menos dois painéis são montados em torno da lateral interna da porta de exaustão do anel de fumaça, em que cada painel é fornecido individualmente com o líquido de resfriamento a partir do tubo de distribuição de saída (86) que circunda a lateral externa da porta de exaustão do anel de fumaça; e em que cada painel retorna o líquido de resfriamento ao tubo de distribuição de saída (86) que circunda a lateral externa da porta de exaustão do anel de fumaça.

10. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelos tubos conectados serem montados longitudinalmente nos dutos de exaustão (44).

11. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo sistema ainda compreender uma fornalha tendo meios para aquecer um interior da fornalha e gerar gases de exaustão na faixa de temperaturas entre 2204°C (4000°F) e 2760°C (5000°F), em que uma pluralidade de dutos de exaustão (44) colocados juntos e os painéis nos dutos de exaustão (44) e a porta de exaustão de anel de fumaça abaixam a temperatura do fluxo de gases quentes (36) empurrados a partir da fornalha (80) de 2204°C (4.000°F) a 2760°C (5.000°F) para 93°C (200°F) a 177°C (350°F).

12. Sistema trocador de calor (10) de acordo com uma das reivindicações de 1 a 11, CARACTERIZADO pelos tubos conectados terem uma ranhura.

13. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pela ranhura ser um cume alongado (96) o qual aperfeiçoa a área de superfície, coleta escória, e reduz elevadores de tensão.

14. Sistema trocador de calor (10) de acordo com uma das reivindicações 1 a 13, CARACTERIZADO por ainda compreender um fornecimento de água de resfriamento acoplado ao tubo de distribuição de entrada (84).

15. Sistema trocador de calor (10) de acordo com uma das reivindicações 1 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos um painel de tubulação enrolada sinuosamen-te (50) é compreendido de uma liga metálica de bronze-alumínio.

16. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pela dita liga metálica compreender pelo menos 89% de cobre e até 95% de cobre.

17. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pela liga metálica de bron-ze-alumínio compreender Cu, Al, Sn, e Fe.

18. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pela forma e o tamanho de cada duto de exaustão (44) serem dispostas de modo a alcançar uma área de superfície desejada, em que o duto de exaustão (44) tem uma capacidade de resfriamento conhecida.

19. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pela tubulação enrolada si-nuosamente (50) ser compreendida de uma liga metálica de bronze-alumínio.

20. Sistema trocador de calor (10) de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pela tubulação enrolada si-nuosamente ser formada por extrusão.