BRPI0620295A2 - dispositivo de carregamento rotativo para um forno de cuba equipado com um sistema de refrigeração - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE CARREGAMENTO ROTATIVO PARA UM FORNO DE CUBA EQUIPADO COM UM SISTEMA DE REFRIGERAçãO. Um dispositivo de carregamento rotativo para um forno de cuba, em particular um alto-forno, é revelado. O dispositivo de carregamento é equipado com um sistema de refrigeração. O dispositivo de carregamento rotativo cornpreendc uni suporte rotante para meios de distribuição rotativos, assnn como uro envoltório estacionário para o suporw rotante. O sistema de refrigeração compreende um circuito de refrigeração rotativo fixo em rotação ao suporte rotante. assirp como uru circuito de refrigeração estacionário no envoltório estacionárió. Um dispositivo de transferência de calor é fornecido, que inclui um elemento de transferência de calor estacionário configurado para ser refrigerado por um fluido refrigerante que flui através do circuito de refrigeração estacionário, e que inclui um elemento de transferência de calor rotativo configurado para ser aquecido por uro Iluido refrigerante separado circulado rio circuito de refrigeração rotativo. Esses elementos de transferência de í~Inr ~ arranjados um voltado para o outro, e têm entre eles urna região de transferência de calor para que se obtenha a transferência de calor por convecção e/ou por radiação através da região de transferência de calor, sem a mistura dos fluidos refrigerantes separados dos circuitos de refrigeração rotativo e estacionário.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

Pedido de Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE CARREGAMENTO ROTATIVO PARA UM FORNO DE CUBA EQUIPADO COM UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO"

Introdução

A presente invenção se refere de um modo geral a um sistema de refrigeração que equipa um dispositivo de carregamento rotativo arranjado em um forno de cuba, tal como um alto-forno metalúrgico.

Atualmente, muitos fornos de cuba metalúrgicos, em particular os altos-fornos, são equipados com um dispositivo de carregamento rotativo, para abastecer material de carga para dentro do forno. Tal dispositivo de carregamento rotativo c tipicamente arranjado na garganta do forno, e portanto ao menos parcialmente exposto às altas temperaturas existentes dentro do forno durante a operação. Conseqüentemente, a refrigeração eficiente das partes expostas do dispositivo de carregamento, e especialmente de seus componentes de direção e de engrenagens, é importante para evitar danos, reduzir as intervenções para manutenção, e aumentar a duração do funcionamento do dispositivo de carregamento. Uma dificuldade particular existe em se retirar calor eficientemente das peças rotativas do dispositivo de carregamento, que são geralmente as mais expostas ao calor do forno.

Uma abordagem conhecida para refrigerar um dispositivo de carregamento consiste em injetar um gás de refrigeração inerte para dentro do envoltório do dispositivo de carregamento a urna pressão que exceda a pressão de operação na garganta. Embora apresente a vantagem ua redução do acúmulo de poeira dentro do dispositivo de carregamento, essa abordagem tem, uma encsencia de refrigeração muito limitada. Essa abordagem foi descrita, por ex., em TP 55 021577 A.

EP 0 116 142 revela um aparelho de refrigeração de água para um dispositivo de carregamento de um forno de cuba, particularmente para um dispositivo de carregamento contendo uma calha rotativa com inclinação variável. Esse aparelho dc refrigeração compreende uma. cavidade de abastecimento anular que é fixada à porção superior de um invólucro rotativo e móvel com o invólucro. A cavidade é fornecida com ao menos uma abertura na qual água é abastecida por gravidade a partir da cavidade através de bobinas de refrigeração plurais posicionadas em torno de uma capa rotativa. Uma cavidade de coleta recebe a água que flui a partir das bobinas. A capa rotativa suporta a calha rotativa e também atua como a estrutura de separação entre o interior do forno e as partes componentes do dispositivo de carregamento. Esse aparelho de refrigeração de água oferece uma eficiência de refrigeração significativamente melhorada em relação à refrigeração com gás inerte. Urna desvantagem desse aparelho de refrigeração se deve no entanto, ao fato de que o circuito de água refrigerante necessário fica parcialmente aberto ao ambiente, isto é, na cavidade de abastecimento e na cavidade de coleta. Conseqüentemente, a água refrigerante vem a ser contaminada, por ex., com partículas finas e poeiras do forno. Portanto, urna instalação especial é necessária para o tratamento da água refrigerante usada. Utilizando-se injeção de gás inerie, esse problema pode ser reduzido mas não completamente eliminado.

WO99/28510 descreve um dispositivo que possui uma junta rotativa ern formato de anel com urna peça em forma de anel fixa e urna peça em forma de anel rotativa para suprir líquido refrigerante para bobinas de refrigeração rotativas. O avanço de acordo com WO99/28510 consiste essencialmente em abastecer a peca fixa da junta rotativa coro líquido refrigerante em excesso, de modo que um fluxo de vazamento seja produzido. Esse fluxo de vazamento passa por uma abertura de separação entre a peça fixa e a rotativa da junta para formar urna junção líquida nessa abertura. Como resultado, a contaminação do fluido refrigerante é significativamente reduzida ou eliminada, fcysa solução lequer no entanto uma construção da junta em forma de anel relativamente elaborada e, consequentemente cara. Lamemavelmente, os elementos da junta estão sujeitos a um desgaste considerável e portanto requerem trocas freqüentes que tornam tempo.

Objetivo da Invenção

Desta forma, o objetivo da presente invenção é fornecer um sistema de refrigeração eficiente que equipe um dispositivo de carregamento rotativo para urn forno de cuba, que elimine a necessidade ele uma junção complexa, cara e que tende a requerer manutenção, entre a parte estacionária e a parte rotativa do dispositivo de carregamento.

Descrição Gural da Invenção

Para atingir esse objetivo, a presente invenção propõe um dispositivo de Carregarnento rotativo para ura forno de cuba, que é equipado com sistema de refrigeração, no que o dispositivo de carregamento rotativo compreende urn suporte rolante para meios de distribuição rotativos, assim corno urn envoltório esiacionário para o suporte rotanle, e no que o sistema de refrigeração compreende urn circuito de refrigeração rotativo fixado em rotação com o suporte retante, assim como um circuito de refrigeração esiacionário sobre o envoltório esiacionário. Ese acordo com urn aspecto importante da invenção, urn dispositivo de transferência de calor é fornecido que inclui urn elemento de transferencia de calor esiacionário configurado para ser refrigerado por um fluido refrigerante que flui através do circuito de refrigeração esiacionário, e que inclui urn elemento de transferência de calor rotativo configurado para ser aquecido por urn fluido refrigerante separado circulado no circurio de refrigeração rotativo. Esses elementos de transferência de calor são arranjados voltados um para o outro, e têm entre eles uma região de transferência de calor para que se obtenha transferência de calor por eonvecção e/ou por radiação através da região de trarisieréncia de calor, sem a mistura dos fluidos refrigerantes separados dos circuitos de refrigeração rotativo c estacionário.

No dispositivo de transferência de calor, os elementos de transferência de calor rotativo e esiacionário são separados por um pequeno intervalo que forma a região através da qual ocorre a transferência de calor. O dispositivo de transferencia de calor permite a transferência de calor entre o circuito de refrigeração rotativo e o esiacionário, enquanto também fornece urna separação fluídica entre esses circuitos. Assim, a necessidade por uma junta rotativa entre os circuitos é completamente eliminada. Com efeito, o principio há muito tempo estabelecido de conexão fluídica entre os circuitos de refrigeração é tornado obsoleto, em virtude do dispositivo de transferência de calor de acordo com a invenção. Além disso, a necessidade de intervenções para manutenção. relativamente freqüentes, relacionadas à íroca de peças desgastadas da junta rotativa e à limpeza das bobinas de refrigeração relativas, é tarnbérn eliminada.

PreferivelmenIe9 o circuito de refrigeração rotativo é configurado corno urn circuito fechado. Como resultado do arranjo de re-circulação fechado, o fluido refrigerante utilizado no circuito de refrigeração rotativo pode ser pressurizado de modo a aumentar seu ponto de vaporização. Com efeito, nos sistemas de refrigeração do estado da técnica, a preosurização significativa não é viável, seja porque o circuito não esíá completamente fechado (ver EP 0 11ó 142), seja porque uma perda inaceitável de liquido refrigerante OcoiTeria através da junta rotativa (ver W099/28510). Não havendo perda de líquido e sem contaminação, é agora possível utilizar um fluido refrigerante rnais caro no circuito de refrigeração rotativo. Ao se eliminar o risco de acúmulos ocasionados pela evaporação, tanto a sobre-preesão quanto um fluido adequado permitem urna temperatura de operação mais alta do circuito de refrigeração rotativo. Além disso, como não há a necessidade de se manter urn fluxo puramente graviíacional do líquido refrigerante para assegurar a refrigeração suficiente, uma queda de pressão maior pode ser aceita no circuito de refrigeração rotativo. Hm resultado, as restrições da construção e os custos são reduzidos.

Em uma primeira configuração, o circuito de refrigeração rotativo pode ser configurado corno um circuito de convecção natural de malha fechada. Em uma segunda configuração, o circuito de refrigeração rotativo pode compreender ao menos um tubo de calor. Essas configurações são de construção relativamente simples, não requerendo peças acionadas e fonte de alimentação, enquanto garantem urna eficiência de refrigeração razoável. Além disso, essas configurações são de manutenção amigável. requerendo pouca ou nenhuma intervenção de serviço.

Em uma terceira configuração, o circuito de refrigeração rotativo pode ser configurado como um circuito de convecção forçada de malha fechada. Em uma quarta configuração, o circuito de refrigeração rotativo é configurado como um ciclo de refrigeração de compressão de vapor de malha fechada e, em uma quinta configuração, o circuito de refrigeração rotativo o configurado corno urna unidade de refrigeração por adsorção. Essas configurações requerem algumas peças acionadas e energixadas, tais corno uma bomba ou um compressor e possivelmente válvulas de controle. Embora cada uma destas últimas construções seja mais cara em comparação com as duas primeiras configurações, elas oferecem um aumento maior na eficiência de refrigeração ao mesmo tempo em que também requerem pouca manutenção. Como será apreciado, uma configuração de ciclo fechado com circulação forçada permite um aumento considerável na velocidade do fluxo de fluido em comparação com a refrigeração de fluxo gravitacional (conhecida a partir de EP 0 116 142 e W099/28510), com a resultante melhora da eficiência da refrigeração. Embora em geral não seja necessário, o sistema de refrigeração poderia também compreender urna combinação de duas ou mais dessas configurações.

A alimentação da bomba ou do compressor pode ser alcançada mecanicamente por meio de um mecanismo acionado por rotação do suporte rolante. Alternativamente ou complememarmente, a energização pode alcançada eletricamente, seja por meio de urna bateria alimenladn por um gerador acionado por roí ação do suporte rolante, seja por meio de contatos deslizantes, ou por meio de transferência de corrente induzida sem contato.

Será apreciado que, em virtude de o dispositivo de transferência de calor fornecer separação íluídica entre o circuito de refrigeração rotativo e o estacionário, a contaminação de qualquer um dos líquidos refrigerantes nos circuito de refrigeração rotativo e estacionário e eliminada. Portanto, não há a necessidade de uma instalação de tratamento. Além disso, o circuito de refrigeração estacionário pode ser arranjado como parte integrante de um circuito de refrigeração de malha fechada do forno de cuba. cara retirar o calor transferido para o elemento de transferência de calor. Os fornos de cuba em particular os altos-tornos, são na maioria dos casos equipados com um sistema de refrigeração de ciclo fechado, por ex., para refrigerar a armadura do forno. Sendo assim, o custo total do sistema de refrigeração que equipa o dispositivo de carregamento é consideravelmente reduzido, tanto eliminando-se a instalação de tratamento, como tirando-se vantagem da infra-estrutura existente.

Para se ter urna superfície de transferência de calor substancial no dispositivo de transferência de calor, é vantajoso ter ao menos um vão fornecido no elemento de transferência de calor rotativo ou no estacionado, e ao menos urna protuberância correspondente fornecida no elemento de transferência de calor rotativo ou no esíacionário. Esce vão e essa protuberância se encaixam juntos de modo a dar uma seção transversal vertical sinuosa para a região de transferência de calor, e assim aumentar a totalidade das superfícies justapostas à frente umas das outras dos elementos de transferência de calor. Como será apreciado, urna pluralidade de vãos e protuberâncias interpenetrados ou entrelaçados pode ser fornecida para aumentar ainda mais a superfície de transferência dc calor efetiva.

Ern uma outra conslrução simples que oferece uma superfície de transferência de calor substancial, o elemento de transferência de calor rotativo e o elemento de transferência de calor esíacionário compreendem cada um deles urna parte de base anular e ao menos urna protuberância que se projeta transversalmente a partir da parte de base, sendo as protuberâncias arranjadas à frente umas da outras e se encaixando juntas de modo a dar urna seção transversal sinuosa vertical para a região de transferência de calor.

Preferivelmente, a região dc transferência de calor é ao menos parcialmente preenchida com um líquido termicamente condutor para aumentar a eficácia da transferência de calor. Em rnais um arranjo benéfico, ao menos urna protuberância do referido de transferência dc calor rotativo e/ou do referido elemento de transferência de calor esíacionário compreende rneios para por em turbulência o referido líquido íerrnicarnente condutor. A turbulência no líquido permite aumentar rnais ainda a transferência de calor alcançável. Preferivelmente, a largura transversal da região de transferência de calor fica na faixa de 0,5-3 mm.

Alem disso, o circuito de refrigeração rotativo pode compreender uma porção de circuito para refrigerar urna calha de distribuição rotativa suportado pele suporte rotante, o qual ê um dos componentes mais expostos de urn dispositivo de carregamento assim chamado do tipo TOPO SEM CONE.

Como o sistema de refrigeração está prontamente adequado para o uso em um alto-forno, a invenção também se refere a um alto-forno que compreenda um dispositivo de carregamento equipado com um sistema de refrigeração como descrito acima.

Breve Descrição tios Desenhos

A presente invenção ficará mais aparente a partir da descrição a seguir de várias modalidades não-limitativas com referência aos desenhos anexos, nos quais números de referência idênticos ou os números de referência com dígitos de incrementos centesirnais são utilizados para indicar elementos idênticos ou similares, Nesses desenhos:

Fig. 1: e uma vista de seção transversal vertical parcial de um dispositivo de carregamento para um forno de cuba equipado com um sistema de refrigeração de acordo com a invenção;

Fig. 2: é uma vista de seção transversal vertical de um dispositivo de transferência de calor compreendendo um elemento de transferência de calor rotativo e um elemento de transferência de calor estacionário para uso no sistema de refrigeração da Fig. 1;

Fig. 3: é urna vista de seção transversal vertical de um dispositivo de transferência de calor alternativo;

Fig. 4: é uma vista de seção transversal vertical de um outro dispositivo de transferência de calor alternativo;

Fig. 5; é uma vista de seção transversal vertical de mais outro dispositivo de transferência de calor alternativo;

Fig. 6: é um diagrama esquemático de uma primeira configuração de urn circuito de refrigeração rotativo piara uso no sistema de refrigeração de acordo com a Fig. 1;

Fig. 7: é um diagrama esquemático de uma segunda configuração de um circuito de refrigeração rotativo;

Fig. 8: é um diagrama esquemático de uma terceira configuração de urn circuito de refrigeração rotativo;

Fig. 9: é um diagrama esquemático de uma quarta configuração de um circuito dé refrigeração rotativo;

Fig. 10: é um diagrama esquemático de uma quinta configiiração de um circuito de refrigeração rotativo; Fig. 11: é uma vista de seção transversal vertical parcial de um dispositivo de carregamento para um forno de cuba equipado com um sistema de refrigeração alternativo de acordo com a invenção;

Fig. 12: é uma vista de seção transversal vertical ampliada do dispositivo de transferência de calor no sistema de refrigeração da Fig. 11:

Fig. 13: é uma vista isométrica parcial do dispositivo de transferência de calor na Fig. 12;

Fig. 14: é uma vista isométrica desmontada de acordo com a Fig. 13;

Fig. 15: é uma vista de seção transversal vertical diferente do dispositivo de transferencia de calor no sistema de refrigeração da Fig. 11, mostrando urn bocal de suprimento;

Fig. 16: é urna vista parcial c!c acordo com a Fig. 15, mostrando um bocal de remoção;

Fig. 17; e uma vista parcial de acordo com a Fig. 15, mostrando um bocal de limpeza.

Descrição Detalhada com Relação aos Desenhos

A Fig. 1 mostra parcialmente um dispositivo de carregamento rotativo, geralmente identificado pelo número de referência 10, para um alto- fomo. O dispositivo de carregamento rotativo 10 é equipado com um sistema de refrigeração 12 para refrigerar os componentes aquecidos pela temperatura de processo dentro, do forno. No dispositivo de carregamento 10, um suporte rotante 14 serve para suportar uma calha rotativa 16. A calha rotativa 16 é fixa ao suporte rotante 14 por meio de uma suspensão para fazer variar o ângulo de inchnaçao da calha rotativa 16. O dispositivo de carregamento rotativo 10 compreende ainda um envoltório estacionário 18 dentro do qual o suporte rotante e arranjado. O envoltório estacionário 18 compreende um canal de abastecimento central fixo 20, que é arranjado no eixo central A do forno. Durante o procedimento de carregamento, de uma maneira conhecida por si própria, montes de material são abastecidos pelo canal de abastecimento 20, através do envoltório estacionário 13 e do suporte rotante 14, por sobre a calha 16 pela qual são distribuídos dentro do forno de acordo com a inclinação e rotação da calha. A não ser pelo sistema de refrigeração 12, a configuração do dispositivo de carregamento é conhecida e coimtmente chamada de TOPO SEM CONE (BELL LESS TOPtm) (BLT). Vários componentes esiacionários e rotativos conhecidos do dispositivo de carregamento 10, tais como os componentes de acionamento c engrenagens, não são mostrados na Fig. 1. Estes são descritos em detalhes, por ex., em US 3S30302.

Corno visto na Fig. 1, o suporte 14 é montado de forma rolante em torno do eixo A, dentro do envoltório esiacionário 18 por meio de um mancal 22. O suporte rotante possui urna configuração essencialmente anular com urna passagem central para os montes de material como prolongamento do canal do abastecimento central 20. Ele compreende urna porção de parede interna cilíndrica 24 adjacente ao canal de abastecimento central 20, uma porção de flange inferior 26 para suportar a calha 16, e urna porção de flange superior 28 na qual o mancal 22 está montado. O envoltório esiacionário 18 e o suporte rolante 14 constituem o corpo do dispositivo de carregamento rotativo 10. Além disso, eles formam o fechamento superior na garganta de um alto-forno não mostrado inteiramente na Fig. 1.

Como mostrado ainda na Fig. 1, o sistema de refrigeração 12 compreende um circuito de refrigeração rotativo 30 fixo sobre o supoíte rolante 14, e um circuito de refrigeração esiacionário 32 (mostrado apenas parcialmente) sobre o envoltório cstacionário 18. O circuito de refrigeração rotativo 30 é arranjado em contato térmico com a porção de parede interna 24 e com a porção de flange inferior 26, no lado oposto à passagem para os montes de material de modo a assegurar a refrigeração dessas panes do dispositivo de carregamento 10, que ficam expostas ao calor do forno. Além disso, ele também fornece refrigeração dos componentes de atuação e engrenagens (não mostrados) do dispositivo de carregamento 10.

Durante a operação, o sistema de refrigeração 12 retira calor coletado pelo circuito de refrigeração rotativo 30 através do circuito de refrigeração estacionário 32. Para esse propósito, corno mais bem visto na Fig. 1, o sistema de refrigeração 12 compreende urn dispositivo de transferência de calor 40 que conecta terrnicamente o circuito de refrigeração rotativo 30 com o circuito de refrigeração estacionário 32. O dispositivo de transferência de calor 40 compreende um elemento de transferência de calor rotativo 42, que é fixo ao suporte rotante 14 na porção de Flange superior 28, e um elemento de transferência de calor estacionário 44, que é fixo embaixo da cobertura de cirna do envoltório estacionário 13. O elemento rotativo 42 é parle do circuito de refrigeração rotativo 30 e é parte dele, e o elemento estacionário 44 está conectado ao circuito de refrigeração estacionário 32 e é parte dele. Durante a operação, o elemento de transferência de calor estacionário 44 é refrigerado por um fluido refrigerante através do circuito de refrigeração estacionário 32, enquanto que o elemento de transferência de calor rotativo 42 é aquecido por urn fluido refrigerante separado circulado no circuito de refrigeração rotativo 30, corno será detalhado abaixo. Para permitir a rotação livre do elemento rotativo 42 com relação ao elemento estacionário 44, os elementos 42, 44 são separados por urn espaço aberto relativamente pequeno que define uma região de transferência de calor. Como será percebido, os elernenior. 42, 44 estão arranjados um à frente do outro, isto é, justapostos porém não encostados. Devido à queda de temperatura entre os elementos 42, 44 durante a operação, urna transferencia de calor eficaz do circuito de refrigeração rotativo 30 para o circuito de refrigeração estacionário 32 e alcançada através da região de transferência de calor por convecção e/ou radiação no meio entre os elementos 42, 44. Será percebido que não há mistura dos respectivos fluidos refrigerantes do circuito de refrigeração rotativo 30 e do estacionário 32, isto é, a transferência de calor ocorre sem troca de fluido refrigerante entre estes. A partir da Fig. 1, é aparente que os elementos rotativo 42 e estacionário 44 têm uma configuração giratoriamente simétrica centrada no eixo de rotação A. Hmboia isso não seja mostrado em seção transversal horizontal, os elementos 42 e 44 são arranjados corno um anel circular, se estendendo essencialmente por sobre toda a circunferência ern volta do eixo A, para maximizar a transferência de calor. Os elementos 42 e 44 têm perfis casados que se encaixam juntos tanto na projeção vertical (radialmente) quanto na horizontal (ao longo da circunferência).

Os elementos de transferência de calor 42, 44 fornecem separação fluidica entre o circuito de refrigeração rotativo e o estacionário 30, 32 de modo que os líquidos refrigerantes deles não se misturem. Além disso, os elementos de transferência cie caior 42, 44 permitem que se configure cada um dentre o circuito de refrigeração rotativo 3u e o circuito de refrigeração estacionário 32, em uma configuração de ciclo fechado como será detalhado adiante. Embora o sistema de refrigeração 12 seja descrito aqui no contexto do um dispositivo cie carregamento 10 do tipo E1-LT em um alto-forno, ele também pode ser utilizado em associação com outros tipos de dispositivos de carregamento rotativos para fumos de cuba.

Por referência às Figs. 2-5, algumas variantes de elementos de transferencia de calor adequados serão detalhadas abaixo. Ao longo da descrição, os recursos reincidentes de uma variante anteriormente declarada podem ser omitidos.

A Fig. 2 mosira ern mais detalhes urna primeira variante de um dispositivo de transferência de calor 140 compreende um elemento de transferência de calor rotativo 142 e tirn elemento de transferência de calor estacionário 144. Na variante da Fig. 2, o elemento rotativo 142 compreende uni vão vertical 143 dentro do qual se estende uma proíiiberância vertical conjugada 145 do elemento estacionário 144. Portanto, o elemento rotalivo 142 possui geralmente uma seção transversal vertical em forma de "U," enquanto que o elemento estacionário i44 possui geralmente uma seção transversal vertical em forma de "T". Ambos os elememos justapostos 142 e 144, em particular a protuberancia 145 e o recesso 143, têm suas dimensões projetadas para que se casem de modo que urna região de transferência de calor relativamente pequena 146 de largura transversa aproximadamente uniforme exista entre suas respectivas superfícies de transferência de calor 148 e 150. A largura transversel da região de transferência de calor 146 é determinada de acordo com a tolerância de movimentação vertical e horizontal dos elementos giratórios do dispositivo de carregamento 10, e de acordo com a tolerância devido è diferença de dilaçáo térmica, as quais juntas ficam normalmente na ordem de poucas dezenas de milímetros na direção vertical e na horizontal. Portanto, uma vegiao 146 de largura transversa relativamente pequena (por ex., 1 mm), garante uma rotação desimpedida sem comprometer a transferência de calor. No entanto, larguras transversas horizontal e vertical diferentes são também possíveis, dependendo dos verdadeiros requisitos do dispositivo de carregamento 10. Como visto na seção transversal vertical da Fig. 2, as formas complernentares conjugadas dos elementos voltados um ao outro 142 e 144 produzem urna sinuosidade na seção transversal vertical da região 146 que Tomeoe uma área eficaz relativamente grande ctes superfícies de transferência de calor 148 e 150. Quando necessário e sem o impedimento de outros requisitos de construção, essa área pode ser ainda mais aumentada, por ex, alargando-se os raios dos elementos anulares 142 e 144, corno detalhado abaixo a respeito das Figs. 11-17, e/ou por sinuosidades adicionais como detalhado abaixo a respeito das Figs. 4 e 5.

Como visto na Fig. 2, cada elemento de transferência de calor 142, 144 compreende canais iniernos 152, 154, respectivamente, para um fluido refrigerante. Como é aparente na Fig. 1, cada canal interno 152 ou 1 54 é parte do cncuiio de refrigeração rotativo 30 ou estacionário 32, respectivamente. Para aumentar a eficiência da transferência térmica, a porção de cavidade inferior da região 146 é preenchida com um Huido de ligação térmica 156, que na Fig. 2 representa um líquido condutor de calor, tal como a água ou um líquido altamente eonduíivo com elevado ponto dc ebulição e capacidade de lubrificação. Um fluido semi-líquido com alta viscosidade tal como urna graxa termicamente condutiva poderia também ser utilizado corno fluido de ligação. Utilizando a água como o fluido de ligação térmica 156, uma transferência de calor de aproximadamente 20.000W/(m2) cm rotação e 6.000W/(m2) cm repouso pode ser obtida atravóo de urna região de transferência, de calor de 1mm de largura transversa. Esses valores presumem uma velocidade de rotação relativa de 0,8m/s e uma queda de temperatura ΔΤ de 40°C entre os elementos 142, 144. Conseqüentemente, o dispositivo de transferencia de calor 140 assegura uma transieréncia de calor eficiente cio circuito de refrigeração rotativo 30 para o circuito de refrigeração estacionário 32 sem a troca de um fluido refrigerante entre eles. Dependendo do tipo do líquido 156, uma detecção de nível, uma linha de preenchimento controlada pela detecção de nível e levando à parte inferior da região 146, e urn tanque de suprimento a partir do qual sai a linha de preenchimento (não mostrados) são fornecidos para compensar automaticamente a possível evaporação do líquido 156. A Fig. 3 mostra urna segunda variante de um dispositivo de transferência de calor 240 compreendendo um elemento de transferência de calor rotativo 242 e estacionário 244. Nà Fig. 3, um vão horizontal 245 é fornecido no elemento esiacionário 244. O elemento de transferência de calor rotativo 242 compreende lima proluberáncia horizontal 243 que é conjugada ao vão 245 e se estende para dentro dele. Os elementos justapostos 242 e 244, ern particular a proluberáncia 243 e o vão 245, formam uma região de transferência de calor sinuosa 246 de largura transversa uniforme. Sem outras providências, a variante de acordo com a Fig. 3 não permite que se preencha a região de transferência dé calor 246 com um fluido de ligação líquida, mas até mesmo o ar corno um fluido de ligação térmica pode assegurar a transferência de calor suficiente do primeiro canal 252 para o segundo canal 254, dependendo da área eficaz total de suas respectivas superfícies de transferência de calor 243 e 250. Com efeito, durante a rotação relativa dos elementos 242 e 244, uma transferência de calor de aproximadamente 2.000W/(m2) pode ser obtida através de uma região de transferência de calor cheia de ar dc largura transversa de 1 rnm sob as condições presumidas acima (velocidade rotacional: 0.8m/s e ΔΤ dc 40°C). Em comparação, uma transferência de calor de apenas aproximadamente 600W/(m2) pode ser obtida em repouso. A fase crucial contudo e geralmente durante a operação quando há uma rotação relativa na maior parte do tempo. O dispositivo de transferência dc calor 240 de acordo com a Fig. 3 pode ser preferível por causa de restrições de construção, por ex., quando a desmontãgern do dispositivo de carregamento 10 for impossível com uma configuração de acordo com a Fig. 2.

A Fig. 4 mostra uma terceira variante de um dispositivo de carregamento 340 com urn elemento de transferência dc calor rotativo 342 e um estacionário 344. Como visto na Fig. 4, o elemento rotativo 342 compreende tanto uma pluralidade de vãos verticais 343 como urna pluralidade de protuberáricias verticais 343'. O elemento esiacionário 344 compreender também tanio uma pluralidade de protuberàncias verticais 345 como uma pluralidade de vãos verticais 345'. Na prática, essa configuração pode ser obtida, por exemplo, empregando-se sulcos anulares de seção transversal retangular em intervalos adequados dentro de um imenso anel de metal condutor de calor para cada elemento. As protuberanci&s 345; 343' e os vaos 343; 345' tem formatos conjugados e são arranjados para que se alternem. A sinuosidade extensa da região de transferência de calor intermediária 346 entre os elementos justapostos 343 e 344 é obtida por meio dessas protuberàncias 345; 343' e vãos 343; 345' conjugados. Conseqüentemente, a área efícas das superfícies de transferência de calor 343 e 350 é aumentada sem urn aumento considerável no tamanho dos elementos de transferência de calor 342, 344. O elemento de transferência de calor estacionáno 344 compreende ainda uma pluralidade de canais distribuídos circularmente 353 para o fluxo de gás.

A Fig. 5 mostra urna quarta variante de urn dispositivo de transferência de calor 440. Análogos às variantes anteriores, os elementos de transferência de calor rotativo 442 e estacionado 444 são arranjados relativamente urn à frente do outro e encaixam juntos proximamente por interpcnetraçào, de modo a criar uma região de transferência de calor sinuosa 46 de largura transversa pequena entre eles. O dispositivo de transferência de calor 440 difere das variantes precedentes essencialmente em três aspectos. Primeiramente, o elemento de transferência de calor rotativo 442 compreende paredes laterais anulares 460 que delimitam radialrnente a região 446 e que superam as protuberàncias alternadas 443' e 445 e os vãos 443 e 445' em altura. Portanto, as paredes laterais 446 criam urna cavidade contendo as protuberàncias alternadas e os vãos. Como resultado, a região 446 pode ser quase completamente preenchida com o líquido de ligação 456. Em segundo lugar, canais de descarregamento 462 sao arranjados no elemento de transferência de calor relativo 442 para trocar o líquido ternicamente condutor 456. Os canais de descanegamento 462 são circularmente distribuídos no elemento rotativo anular 442, sendo ao menos um canal de carregamento 462 associado a cada vão 443. Em terceiro, canais do escape de ar 464 são arranjados no elemento estacionário 444 e conectados a cada vão 445'. Os canais de escape de ar 464 podem ser utilizados também para limpar a região 446 por fluxo de gás ou de líquido, uma vez que o líquido 456 tenha sido descarregado. Como será percebido, devido à extensa sinuosidade da região 446, a área eficaz das superfícies de transferência de calor 448, 450 é significativamente maior do que com superfícies opostas planas.

Com referência às Figs. 6-10, algumas configurações de sistemas de refrigeração de acordo com a invenção, em particular do circuito de refrigeração rotativo, serão detalhadas abaixo. Os recursos recorrentes já mencionados acirna podem ser omitidos abaixo.

Nas Figs. 6-9, o dispositivo de transferência de calor é identificado pelo número de referência 40, embora as variantes 140, 240, 340 e 440 sejam igualmente aplicáveis. Além disso, o circuito de refrigeração estacionario é identificado pelo número de referência 32 nas Figs. 6-10. Devido aos elementos de transferência de calor 42, 44, o circuito de refrigeração estacionado 32 carece de qualquer abertura voltada para o meio ambiente nas modalidades preferidas. Isso permite a integração do circuito de refrigeração estacionário 32 com o sistema de refrigeração de água macia de circuito fechado do alio-forno (não mostrado). De forma semelhante, o circuito de refrigeração rotativo é arranjado como um ciclo de recirculação fechado. Portanto, uma instalação cara para o tratamento do liquido refrigerante utilizado no sistema de refrigeração para o dispositivo de carregamento 12 não é mais necessária. O tipo de fluido refrigerante utilizado no circuito de refrigeração rotativo dependerá do projeto respecíivo como ficará claro abaixo.

Uma primeira configuração de um sistema de refrigeração 112 é mostrada bem esquematicamente na Fig. 6. O circuito de refrigeração rotativo 130 é configurado como um circuito de convecção natural de malha fechada e conectado ao elemento de transferência de calor 40. O sistema de refrigeração 112 compreende uma pluralidade de canos de refrigeração 170 em contato ternica com as partes mais expostas do dispositivo de carregamento 10 (por ex., a porção de parede interna 24 e a porção de flange inferior 26) e com um tanque de expansão 172, para permitir a pressurização do fluido refrigerante de modo a aumentar seu ponto de ebulição. A circulação de líquido refrigerante, por ex., água macia desmineralizada, ocorre no sistema de refrigeração 112 por meio de convecção natural causada pelo aquecimento do líquido refrigerante nas partes rotativas expostas e pelo resfriamento do líquido refrigerante no elemento de transferência de calor rotativo 42. É aparente a partir da Fig. 6 que, durante a operação, o elemento de transferência de calor estacionário 44 é refrigerado por um fluido refrigerante que flui através do circuito de refrigeração estacionário 32, enquanto que o elemento de transferência de calor rotativo 42 é aquecido pelo fluido refrigerante reparado circulado no circuito de refrigeração rotativo 130. A queda de pressão resultante entre os elementos 42, 44 causa a transferência do calor desejada no dispositivo de transferência de calor 40.

A Fig. 7 mostra urna segunda configuração de um sislema de refrigeração 212 que difere da configuração anterior em que o circuito de refrigeração rotativo 230 é configurado como um circuito de convecção forçada de malha fechada. Sendo as outras partes semelhantes às da primeira configuração, o sistema de refrigeração 212 compreende uma bomba de circulação 274 arranjada abaixo do dispositivo de transferência de calor 40 de maneira a assegurar a recireulação forçada do líquido refrigerante, por ex., água macia desrnineralizada, utilizada no circuito de refrigeração rotativo 230. O suprimento de potência elétrica para a bomba de circulação 274 pode ser obtido por várias providencias, tais corno anéis coletores de contato deslizante ou um arranjo de gerador-bateria (o gerador montado sobre o suporte 14 e acionado por rotação deste), ou transferência dc corrente por indução sem contato (não mostrado). Alternativamente, a bomba de circulação 274 pode ser também energizada mecanicamente por meio de um mecanismo acionado por rotação do suporte rolante 14 como descrito em LU 24520.

A Fig. 8 mostra urna terceira configuração dc um sistema de rctiigcuição 31 z. Comparado com as outras configurações revelados aqui, o circuito de refrigeração 330 de acordo com a Fig. 8 compreende uma pluralidade de tubos de calor 376 que são por si bem conhecidos. A parle quenle (inferior) de cada tubo de calor 376 é arranjada em contato térmico com os componentes rotativos expostos do dispositivo de carregamento 10, enquanto que a parte fria (superior) dos tubos de calor 376 é arranjada em contato térmico com o elemento de transferência de calor rotativo 42. Sendo assim, os tubos de calor 376 podem ter um formato torto que se conforme à construção interna do dispositivo de carregamento 10. Devido aos tubos de calor 376, a porção rotativa do sistema de refrigeração 312 é completamente passiva, isto é, não há partes mecânicas e nenhuma energia é necessária para transportar o calor das partes a serem refrigeradas para o elemento de transferencia de calor rotativo 42. Entretanto, por causa da quantidade significativa de energia envolvida no calor latente, os tubos de calor 376 são muito eficazes na transferência do calor.

A Fig. 9 rnosíra urna quarta configuração de um sistema de refrigeração 412, no qual o circuito de refrigeração rotativo 430 é configurado como um ciclo de refrigeração de compressão de vapor de laço fechado utilizando um refrigerante adequado, por ex., do íipo hidiocarboneto hidrogenado. Os tubos de refrigeração bobinados 470, arranjados cm contato térmico com as partes a serem refrigeradas, representam o evaporador do ciclo de refrigeração. Um compressor 474 acima do dispositivo de transferencio de calor 40 aumenta a pressão do vapor produzido nos tubos de refrigeração bobinados 470, que c então condensado no elemento rotativo 42, que representando o condensador. O fluido refrigerante condensado é expandido ato a pressão do evaporador por meio de um dispositivo de expansão 478 abaixo do elemento rotativo 42. Qualquer uma das providências mencionadas em relação à segunda configuração pode servir como suprimento de potência para o compressor 474.

A Fig. 10 mostra urna quinta configuração de um sistema de refrigeração 512, no quai o circuito de refrigeração rotativo 530 é configurado como urna unidade de adsorção baseada no ciclo de adsorção para a refrigeração. A unidade de adsorção 530, arranjada um ciclo fechado bipartido, compreende um adsorvente com um adsorvente sólido, e um condensador para urn adsorvato liquido/gasoso, ambos arranjados deniro do elemento rotativo 542 de um dispositivo de transferência de calor modificado 540. O evaporador para o adsorvaro é formado por tubos de refrigeração bobinados 570 arranjados em contato térmico com as partes a serem refrigeradas. Um sistema de aquecimento formado por tubos de aquecimento bobinados 580 adicionais é arranjado sobre a porção de flange inferior rotante 26 de modo a que fique voltado para o interior do alto-forno. Ambos os circuitos de tubulações 570 e 580 são conectados ao dispositivo de transferencia de calor 540. De uma maneira conhecida, a unidade de adsorção 530 fornece uma refrigeração intermitente ao passar por quatro períodos diferentes durante um ciclo. Como indicado esquema ticamente na Fig. 10, os tubos de refrigeração bobinados 570 são arranjados fora do forno sobre a porção de flange inferior 26 e/ou a porção de parede interna 24, enquanto que os tubos de aquecimento bobinados 580 são Eirranjados sobre o lado oposto, isto é, dentro do forno.

Conseqüentemente, o dispositivo de transferência de calor 540 nessa quinta configuração tem a função tripla de retirar o calor absorvido pelos tubos de refrigeração bobinados 570, e de atuar tanto como adsorvante quanto como condensador da unidade de adsorção 530. O ciclo intermitente, isto e, a passagem pelos períodos da unidade de adsorção 530 (aquecimento & pressurzação -> desabsorção & condensação -> refrigeração & despressurização -> refrigeração & adsorção), é controlado por meio de uma primeira e uma segunda bomba 574 e 574' e por válvulas apropriadamente arranjadas (não mostradas). A energia mecânica / elétrica para estes últimos componentes é fornecida por meio de qualquer uma das providências mencionadas anteriormente com referencia à segunda configuração. Embora isso não seja mostrado nos desenhos, os versados na técnica estarão conscientes de que uma configuração diferente pode ser concebida com base em um ciclo de adsorção com regeneração de calor para a operação quase-contínua do condensador e do evaporador e portanto uma refrigeração quase-continua. Tal configuração contudo requer partes adicionais, dentre as quais em particular urna segunda unidade de adsorção, que deve ser operada fora de fase comparada à primeira unidade de adsorção.

Λ Fig. 11 mestra urna modalidade alternativa de um sistema de refrigeração 612 de acordo com a invenção, em um dispositivo de carregamento 10 instalado no topo de um alto-forno. Sendo as outras parles semelhantes, apenas as diferenças em relação da modalidade mostrada na Fig. 1 serão detalhadas abaixo.

Como visto na Fig. 11, o sistema de refrigeração 612 também compreende um dispositivo de transferência de calor 640 com um elemento de transferência de calor rotativo 642 e um elemento de transferência de calor estacionário 644. Na configuração de acordo com a Fig. 11, o disposirivo de transferência de calor 640 é arranjado na porção inferior da armação do dispositivo de carregamento rotativo 10, mais precisamente, na periferia inferior da porção de Hange inferior do suporte rotaníe 14. Portanto, o circuito de refrigeração rotativo 630 é conectado ao elemento de transferência de calor rotativo 642 nessa região inferior. Como será entendido, a verdadeira configuração do circuito de refrigeração rotativo 630 pode ser qualquer uma dessas descritas acima com referência às Figs. 6-10 ou uma combinação delas. O circuito de refrigeração estacionário 632 é conectado ao elemento de transferência de calor estacionário 644 também na região inferior do envoltório estacionário 18. Como descrito acima, o elemento de transferência de calor estacionário 644 e refrigerado por um fluido refrigerante que flui através do circuito de refrigeração estacionário 632, enquanto calor é transferido, a partir des componentes do dispositivo de carregamento 10 que requerem refrigeração, para o elemento de transferência de calor rotativo 642 por um fluido refrigerante circulado no circuito de refrigeração rotativo 630. Em virtude do dispositivo de transferencia de calor 640, este último fluido refrigerante é separado e não se mistura com o fluido refrigerante no circuito de refrigeração estacionário 632. Como será percebido, na modalidade de acordo com a Fig. 11, um diâmetro aumentado do dispositivo de transferência de calor geralmente anular 640 permite uma superfície total maior das superfícies voltadas entre si dos elementos 642, 644, e conseqüentemente uma transferência de calor aumentada em comparação com a modalidade da Fig. 1.

A Fig. 12 mostra o dispositivo de transferência de calor 640 da Fig. 11 em maiores detalhes. Como visio na Fig. 12, ambos os elementos de transferência de calor rotativo e estacionário 642 e 644 compreendem protuberâncias 643 e 645, respcctivamente, configuradas, de modo a que se alternem e criem entre elas uma pequena região de transferência de calor 646 de seção transversal vertical sinuosa. Durante a operação, a transferência de calor do elememo rotativo 642 para o elemento estacionário 644, em especial das protuberâncias 643 para as protuberâncias 645, é obtida através da região de transferência de calor 646. Corno será entendido, essa transferência de calor ocorre por convecção e/ou radiação no meio da região de transferencia de calor 646. Cada elemento de transferência de calor 642 e 644 compreende uma parte de base 651 e 653, respectivamente, na Forrna de um grande anel arranjado em simetria rotacional sobre o eixo A. As protuberâncias 643 e 645 se projetam transversalmente a partir de suas parles de base 651 e 653, respectivamente, no caso da Fig. 12, verticalmente em direção ao outro elemento, de transferencia de calor justaposto. Canais internos 652 na parte de base 651 do elemento de transferência de calor rotativo 642 são conectados ao circuito de refrigeracão rotativo 630 por meio de condutos de conexão 655, corno visto na Fig. 12. De forma semelhante, os condutos de conexão 657 conectam um canal interno 654 na parte de base 653 do elemento de transferencia de calor estacionário 644 ao circuito de refrigeração estacionário 632.

Na Fig. 12, os elementos de transferência de calor 642, 644 são arranjados dentro de uma cavidade anular 690 que serve para conter um líquido termicamente condutivo corno fluido de ligação na região de transferência de calor 646 entre os elementos 642, 644 e entre suas protuberâncias 643, 645. Ao instalar o dispositivo de transferência de calor 640 dentro da cavidade 690, ambos os elementos 642, 644 podem ser imersos no líquido condutor de calor para aumentar a transferência de calor entre eles. Como visto na Fig. 12, a cavidade 690 é fixa em rotação com o elemento de transferência de calor rotativo 642 e também suporta este sobre a porção de flange inferior 26. Como visto ainda na Fig. 12, cada elemento de transferencia de calor 642, 644 é fornecido com uma respectiva cobertura 692 ou 694, configurada corno urna capa em forma de telhado com urna superfície superior inclinada. As coberturas 692, 694 são arranjadas adjacentes, deixando por entre elas apenas um pequeno espaço que permite a rotação relativa. As coberturas 692, 694 permitem que se reduza a superfície do liquido condutor de calor na região de transferência de calor 646 que fica exposta à poeira do ar. Parte da cobertura estacionaria 694 é arranjada para que se sobreponha a cobertura rotativa 692, para reduzir a penetração de poeira, (por ex., poeira do forno) dentro do líquido na região de transferencia de calor 646. Para o mesmo efeito, a parede lateral externa da cavidade 690 se estende para cima adjacentemente ao longo do elemento de transferência de calor estacionário 644 e de sua cobertura 694. Embora isso não seja mostrado na Fig. 12, o lado inferior da cavidade 690, que fica exposto ao interior do forno, é preferivelmente fornecido com um isolamento térmico adequado, para reduzir a quantidade de calor transferido para o dispositivo dc transferencia de calor 640 através das paredes da cavidade 690.

A Fig. 13 mostra parcialmente a construção anular dos elementos de transfeiência de calor 642, 644. Mais precisamente, as partes de base 651 e 653 e suas respectivas protuberâncias 643 e 645 são mostradas em parte na Fig. 13. Cada protuberância 643, 645 iern a forma dc urna faixa anular comparativamente plana. As protuberâncias são fixas alternadamente, por ex., por soldagem, à parte de base rotativa 651 ou a parte de base estacionaria 653. Como o movimento relativo desimpedido tem que ser garantido, as protuberâncias 643, 645, e conseqüentemente também a região de transferência de calor 646, têm um arranjo essencialmente circularmente simétrico em relação ao eixo de rotação A. O diâmetro respectivo de cada protuberância 643, 645 diminui na direção do eixo A. Deve ser notado que, por propósitos de clareza, a protuberancia mais inferna do elemento dc transferência dc calor rotativo 642 não é mostrada na vista parcial das Figs. 13 e 14.

A Fig. 14 mostra parcialmente os elementos de transferência de calor 642 e 644 ern condição desmontada. Como é aparente a partir da Fig. 14, cada protuberância em forma de faixa anulai 643, 645 é respectivamente, fornecida com uma pluralidade de furos de cavidade transversos distribuídos circularmente 696. Corno será percebido, os furos de cavidade 696, durante a rotação do suporte rolante 14, permitem a criação de turbulência no fluido cie ligação na região de transferencia de calor 646, por ex., no líquido termicamente condutivo contido na cavidade 690. Será também percebido que turbulência no fluido de ligação entre os elementos 642, 644 aumenta a transferência de calor que pode ser atingida pelo dispositivo de transferência de calor 640. Embora isso não seja mostrado nos desenhos, as protuberâncias 643, 645 não precisam necessariamente ter a forma do tipo faixa. Com efeito, para se obter a turbulência, outros tipos de protuberância podem ser utilizados, desde que a supertície de transferência de calor total seja suficiente, a rotação não seja impedida e uma conexão térmica ao respectivo circuito de refrigeração rotativo ou estacionário 30 ou 32 seja atingida. Por exemplo, protuberâncias em forma de faixa com depressões não-penetraníes em cada lado, ou filas anulares de pinos ou barras separadas distribuídas circularmente e formando protuberâncias pela projeção a partir da respectiva parte de base do elemento rotativo ou estacionário, poderiam ser previstas.

A Fig. 15 mostra um seção transversal vertical do dispositivo de transferência de calor 640 da Fig. 12 em uma seção diferente. Como visto na Fig. 12, um conduto de suprimento 700 montado sobre o envoltório estacionário 18 interrompe uma das protuberâncias do elemento de transferência de calor estacionário 644. O conduto de suprimento 700 possui um bocal de suprimento 702 em sua extremidade inferior, arranjado na parte inferior da cavidade 690, próxima ao elemento de transferência de calor rotativo 642. O conduto de suprimento 700 é conectado a uma fonte de líquido terrnicamente condutivo por meio de uma válvula 704. Como mencionado acima, utilizando-se uma detecção de nível adequada que controle a válvula 704, o conduto de suprimento 700 assegura o reabastecimento automático de líquido terrnicamente conduíivo na região de transferência de calor 646. Desse modo, a perda de líquido devido à evaporação é compensada e um nível de líquido suficiente e automaticamente garantido.

A Fig. 16 mostra uma seção transversal vertical do dispositivo de transferência de calor 640 da Fig. 12 em uma outra seção diferente. A Fig. 16 mostra urn bocal de remoção 706 conectado a urn conduto de remoção 708 instalado de acordo com a Fig. 15. Em virtude da pressão na garganta do forno, que pressuriza o liquido o líquido na região de transferência de calor 646 para acima da pressão atmosférica, o líquido pode ser fdcilmeme purgado abrindo-se simplesmente uma válvula correspondente (não mostrada) no conduto de remoção 703. A remoção do líquido pode ser necessária quando este liver sido excessivamente contaminado com partículas de poeira, ou quando a limpeza dos elementos de transferência de calor 642, 644 for necessária para remover depósitos excessivos.

A Fig. 17 mostra uma seção transversal vertical do dispositivo de transferência de calor 640 da Fig. 12 ern mais uma outra seção diferente. Como visto na Fig. 17, um bocal de limpeza 710 é arranjado na extremidade de um conduto de limpeza 712 correspondente fornecido com urna válvula como mostrado na Fig. 15. O bocal de limpeza 710 é configurado para fornecer fluxo de alta pressão por meio de um spray direcionado horizontalmente. Como o elemento de transferência de calor rotativo 642 e arranjado na parte do fundo da cavidade 690, ele estará mais exposto aos depósitos de poeira ou aoutros sedimentos. A configuração de acordo com a Fig. 12 facilita a limpeza do dispositivo de transferência de calor 640 porque, quando girado, todo o elemento de transferência dc calor rotativo 642 pode ser facilmente limpado por meio de um ou de alguns poucos bocais 710. A desmontagem do dispositivo de transferência de calor 640 para propósitos de limpeza não é portanto normalmente necessária. Durante a limpeza, o líquido de limpeza coleiado na região de transferência de calor 646, da mesma forma que o líquido termicamente condutivo, pode ser descarregado através do conduto de remoção 703 da Fig. 16 sem quaisquer providências adicionais aproveitando-se a pressão na garganta do forno.

Embora isso não seja mostrado explicitamente nos desenhos, será apreciado que, quando necessário, qualquer um dos sistemas de refrigeração acima 12, 112, 212, 312, 412, 512 ou 612 inclui meios para refrigerar o canal rotativo 16. Corn efeito, dentre os componentes do dispositivo de carregamento 10, a calha rotativa 16 é o que fica mais exposto à atmosfera interna de forno. Portanto, um arranjo modificado para a refrigeração do canal semelhante ao revelado em US 5252063 é incluído no sistema de refrigeração caso necessário. Nesta modalidade o canal de distribuição rotativo 16 compreende uma porção do circuito (não mostrada) para refrigerar a superfície inferior de seu corpo que está em conexão fluídica com o circuito de refrigeração rotativo 30, 130, 230, 330, 430, 530 ou 630. A conexão é obtida, como se sabe a partir de US 5252063, através de canais que passam através de eixos de suspensão pelos quais a calha 16 é ligada de forma articulavel ao suporte rotante 14 e através de conectores rotativos adequados. Ao contrário de US 5252063, de acordo com a presente invenção, a porção de circuito para a refrigeração da calha é no entanto parte integrante da configuração de ciclo fechado do circuito de refrigeração rotativo 30, 130, 230, 330, 430, 530 ou 630.

Em mais uma variante, caso o fluido refrigerante utilizado no circuito de refrigeração rotativo seja um líquido, este pode ser usado para suprir a região de transferencia de calor 146, 446 no dispositivo de transferência de calor 140, 440 com um líquido de ligação 156, 456. Isso pode ser obtido por meio de uma detecção de nível e uma válvula de suprimento adequada que controle o suprimento de fluido para dentro da região de transferência de calor 146, 446. Nesse caso, um tanque de suprimento é preferiveimente montado sobre a parte estacionária do dispositivo de carregamento 10, para fornecer líquido termicamente condutivo para compensar as perdas por evaporação do líquido de ligação 156, 456.

Resta observar que em qualquer uma das variantes e configurações acima, os elementos de transferencia de calor rotativos e estacionários 42, 44; 142, 144; 242, 244; 342, 344; 442, 444: 542, 544; ou 642, 644; são feitos dc um material que possui alta condutividade térmica tal como a prata, o cobre ou o alumínio, ou uma liga adequada contendo um ou mais desses metais. Como será compreendido, uma camada de revestimento anti-corrosiva condutora de calor e preferiveimente aplicada aos elementos de transferência de calor para aumentar a sua duração de funcionamento.

Finalmente, algumas vantagens compartilhadas pelos sistemas de refrigeração acima devem ser recapituladas. Devido ao arranjo de ciclo fechado do circuito de refrigeração rotativo, a necessidade por um circuito independente com uma instalação de tratamento de água e eliminada. O circuito de refrigeração estacionario pode ser totalmente integrado com um circuito de refrigeração de malha fechada usualmente já fernecido corn o forno. O sistema de refrigeração carece de quaisquer peças desgasianies. A freqüência e os custos com manutenção são reduzidos. A queda de pressão ou resistência ao fluxo no circuito de refrigeração rotativo é menos importante porque o fluido não é conduzido somente por gravitação. Condutos menos caros e de fácil instalação, tais como canos de cobre de diâmetro pequeno adequados para a torção manual, podem portanto ser utilizados. A temperatura máxima de operação do circuito de refrigeração rotativo pode ser aumentada em relação ao estado da técnica. Com efeito, primeiramente um refrigerante mais caro pode ser utilizado no ciclo fechado, onde quaisquer depósitos prejudiciais no circuito de refrigeração rotativo são evitados e, em segundo lugar, devido à configuração de circuito fechado do circuito rotativo, o refrigerante dentro dele pode ser pressurizado de maneira a que se aumente seu ponto de vaporização.

Claims (21)

1. Dispositivo de carregamento rotativo para um forno de cuba equipado com um sistema de refrigeração, em que o referido dispositivo de carregamento rotativo compreende um suporte rotante para meios de distribuição rotativos e um envoltório para o referido suporte rotante; e sendo que o referido sistema de refrigeração compreende um circuito de refrigeração rotativo fixado em rotação ao referido suporte rolante, e um circuito de refrigeração estscionário no referido envoltório rotativo: caracterizado por: um dispositivo de transferência de calor incluir um elemento de transferência de calor ectacionário configurado para ser refrigerado por um fluido refrigerante que flui através do referido circuito de refrigeração estacionário, e incluindo um elemento de transferência de calor rotativo configurado para ser aquecido por ura fluido refrigerante separado circulado no referido circuito de refrigeração rotativo, estando os referidos elementos de transferência de caior arranjados um voltado para o outro, e tendo entre eles uma região de transferência de calor para que se obtenha: transferência de caloripor convecção e/ou por radiação através da referida região, sem a mistura dos referidos fluidos refrigerantes separados.

2. Dispositivo de carregamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo referido circuito de refrigeração rotativo ser configurado como um circuito fechado.

3. Dispositivo de carregamento cie acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo referido circuito de refrigeração rotativo ser configurado como um circuito de convecção natural de malhu fechada.

4. Dispositivo de carregamento de acordo coro a reivindicação 2, caracterizado pelo referido circuito de refrigeração rotativo compreender ao menos um tubo de aquecimento.

5. Dispositivo de carregamento de acordo com a reivindicação caracterizado pelo referido circuito de refrigeração rotativo ser configurado como um circuito de convecção forçada de malha fechada.

6. Dispositivo de carregamento de acordo corn a reivindicação 2, caracterizado pelo referido circuito de refrigeração rotativo ser configurado corno um ciclo de refrigeração de compressão de vapor de malha fechada.

7. Dispositivo de carregamento de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo referido circuito de refrigeração rotativo ser configurado corno uma unidade de refrigeração de adsorçâo.

8. Dispositivo de carregamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo referido circuito de refrigeração rotativo compreender ao menos uma bomba ou urn compressor que seja ligado mecanicamente por rneio do um mecanismo acionado por rotação do suporte rotante.

9. Dispositivo de carregamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo relendo circuito de refrigeração rotativo compreender ao menos uma bomba ou urn compressor que seja ligado eletricamente, por meio de urna bateria alimentada por um gerador acionado por rotação do referido suporte rolante, por meio de contatos deslizantes, ou por meio de transferência de corrente sem contato nào-indutiva.

10. Dispositivo de carregamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo referido circuito de refrigeração rotativo ser parte de um circuito de refrigeração de malha fechada do referido forno de cuba para transportar o calor transferido para o referido elemento de transferencia de calor estacionario.

11. Dispositivo de carregamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por ao menos um vão ser fornecido no referido elemento de transferência de calor rotativo ou estacionado, e por ao menos urna protuberáncia correspondente ser fornecida no referido elemento de transferência de calor estacionado ou rotativo, sendo que o referido vão e referida protuberância se encaixam juntas de modo a dar uma seção transversal vertical sinuosa à referida região de transferência de calor.

12. Dispositivo de carregamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo referido elemento de transferência de calor rotativo e o referido elemento de transferencia de calor estacionario cada um deles compreender uma parte de base anular e ao menos uma protuberância que se projeta transversalmente a partir da referida parte de base, sendo as referidas protuberâncias arranjadas umas voltadas para as outras e se encaixando juntas de modo a dar uma seção transversal vertical sinuosa à referida região de transferência de calor.

13. Dispositivo de carregamento de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pela referida região de transferencia de calor ser ao menos parcialmente preenchida com um líquido termicamenle condutivo.

14. Dispositivo de carregamento de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por ao menos urna protuberância do referido elemento de transferencia de calor rotativo e/ou do referido elemento de transferência de calor estacionário compreender meios para gerar turbulência no referido liquido termicamente condutivo.

15. Dispositivo de carregamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pela largura transversa da referida região de transferência de calor estar na faixa de 0,5-3mm.

16. Dispositivo de carregamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo referido circuito de refrigeração rotativo compreender uma porção de circuito para refrigerar uma calha de distribuição rotativa suportada pelo referido suporte rotante.

17. Dispositivo de carregamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo referido elemento de transferência de calor estacionário e o referido elemento de transferencia de calor rotativo serem arranjados como anéis circulares, preferivelmente se estendendo por sobre essencialmente ícds a circunferência em tomo do eixo de rotação do referido suporte rotante.

18. Dispositivo de carregamento de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelos referidos elementos de transferência de calor compreenderem superfícies de transferência de calor pbnas opostas.

19. Dispositivo de carregamento de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelos referidos elementos de transferência de calor serem separados por um pequeno espaço que forma a referida região de transferência de calor.

20. Dispositivo de carregamento de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo referido espaço ser ao menos parcialmente preenchido com uma graxa termicamente condutiva.

21. Alto-forno caracterizado por compreender um dispositivo de carregamento equipado com um sistema de refrigeração de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20.