BRPI0708293A2

BRPI0708293A2 - métodos e dispositivos para tratamento térmico de metais

Info

Publication number: BRPI0708293A2
Application number: BRPI0708293-2A
Authority: BR
Inventors: Igor Mikhaylovich Distergeft; Ilia Igorevich Distergeft
Original assignee: Igor Mikhaylovich Distergeft; Ilia Igorevich Distergeft
Priority date: 2006-02-26
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2011-05-24
Also published as: EP1995333A4; IL193643A0; AU2007218345B2; WO2007097663A9; IL193643A; KR20090003214A; EP1995333A1; US20110294082A1; JP2009528444A; RU2324745C2; MX2008010969A; MY150891A; UA96752C2; CA2643298A1; AU2007218345A1; CN101432449A; NO20084075L; CN101432449B; EP1995333B1; RU2006105992A

Abstract

MéTODOS E DISPOSITIVOS DE TRATAMENTO TéRMICO DE METAIS. A presente invenção e seu grupo de variantes consiste em mé todos de tratamento térmico de metais, um método para a combustão de combustível líquido ou gasoso e ar quente em um forno aquecido direta ou indiretamente, e um dispositivo de aquecimento e bocais de regeneração para a execução do mencionado método. A invenção, e suas variantes, refe rem-se ao campo da metalurgia e engenharia mecânica, e pode ser usada para processamento térmico de metais (por exemplo, fusão, aquecimento para deformação, tratamento térmico) e para a sinterização, secagem (e otros tipos de tratamento térmico) de produtos não metálicos tais como cerâmica. A essência da invenção são as novas características técnicas que tornam possível atingir, enquanto se implementa a invenção, valores do fator de excesso (ci) na mistura de combustível e ar quente que são maiores que 2,0 e principalmente ajustado dentro de uma faixa igual ou menor que 6,0. A mencionada invenção torna possível reduzir o desperdício de metal durante o seu processamento em um forno direta ou indiretamente aquecido, e dimi nuir o nível de hidrogenação dos metais, inclusive ligas de alumínio, titânio eferro. O uso da invenção nos fornos indiretamente aquecidos torna possível prolongar a vida útil dos tubos radiantes e dos potes de fusão. Dados experimentais obtidos pelos inventores provam que o resultado técnico é atingido pela composição respectiva de atmosfera (fase gasosa) dos produtos de combustão da mistura de combustível liquido ou gasoso e ar quente onde ao os valores do fator de excesso de ar (cc) são maiores que 2,0.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOS EDISPOSITIVOS DE TRATAMENTO TÉRMICO DE METAIS".

FUNDAMENTOS

A presente invenção compreende uma invenção com várias va-riantes relacionadas à metalurgia e à engenharia mecânica. A invenção podeser usada para o tratamento térmico (por exemplo, fusão, aquecimento paradeformação, tratamento térmico), de metais em fornos de combustão, aque-cidos diretamente com gás ou combustível líquido. No aquecimento dos me-tais, os produtos finais da combustão de combustível estão em contato como material (produto) que está sendo aquecido, isto é, com a carga. A inven-ção pode também ser usada para o tratamento térmico de metais em fornosaquecidos indiretamente. Nesses fornos, o calor da chama e dos produtosde combustão é transferido para o material ou produto (carga) aquecido a-través das paredes dos tubos de metal radiante ou potes de fusão. A inven-ção pode também ser usada para queima, cozimento e outros tipos de tra-tamento térmico de produtos não-metálicos tais como cerâmicas.

Técnica Anterior

O método conhecido de aquecimento do aço (tratamento térmi-co) em um forno aquecido diretamente (fornos de chama descoberta) é ba-seado na combustão de uma mistura de gás combustível, e ar em uma áreaaquecida. A área aquecida é ao mesmo tempo usada como um forno ade-quado. Para o uso complete (combustão) do combustível, o combustível équeimado a um fator de excesso de ar próximo de um (a □ 1,0), isto é, àrazão estequiométrica combustível-para-ar padrão (V.F. Kopytov, Steel Hea-ting in Furnaces, Metallurgizdat, M., 1955, páginas 152-153). No caso deuma mistura em um alto forno onde sejam usados gases naturais, por e-xemplo, como combustível (valor calorífico 2.000 kcal/m3) a α = 1,05-1,15, ovolume de ar alimentado ao queimador é 2,25 vezes maior que o volume decombustível. E em casos onde o gás natural é usado como combustível aomesmo valor de α, o volume de ar consumido é cerca de dez vezes maiorque o volume de gás natural.

Esse método tem as características defeituosas a seguir. Resul-tados da queima na perda de uma quantidade significativa de metal tratávellocalizado no forno apropriado. Isto acontece porque o meio oxidante dosprodutos de combustão tendo um efeito no metal tratável, no forno apropria-do onde o metal está localizado, é também usado como fonte de aquecimen-to do forno (trabalho acima mencionado de V.F. Kopytov, páginas 5-6, 162-163].

No aquecimento do aço em uma fornalha de aquecimento direto,os dejetos do metal na laminação e nos fornos de tratamento térmico podemalcançar um nível de 2-5%. Na escala de produção de aço da Rússia, isto éigual a um volume de dejetos de mais de 2 milhões de toneladas d aço porano. Além disso, há os custos adicionais de usinagem e de remoção da ca-repa de vários produtos. A carepa pode ser removida usando-se vários mé-todos: descamação com água, causticação, uso de máquinas de jatema-mento com areia, escovação, etc.

Exceto pelos dejetos de metal no tratamento (térmico) de aque-cimento direto através da combustão do combustível no forno apropriado (aum fator de excesso de ar caindo dentro da faixa de 0.9-1.2), as camadas desuperfície das geratrizes de aço são afinal descarbonizadas (K.M. Pakha-luev, V.l. Medvedeva, Study of Steel Oxidation and Decarbonization in Pro-ducts of Natural Gas Combustion, collected book Heating of Metal and Ope-ration of Heating Furnaces, collection of scientific papers Ns 6, Metallurgiz-dat, Sverdlovsk Branch, 1960, page 87, Fig. 6). Dependendo do grau de açoe da temperatura de aquecimento, a descarbonização pode se estender aprofundidades de até 3,0 mm. A descarbonização das camadas de superfí-cie dos produtos de aço resulta em abatimento, uma diminuição na resistên-cia a cargas cíclicas, e a uma deterioração da força de corte da ferramenta.A remoção da camada descarbonizada dos produtos finais através da escar-fagem e polimento resulta em perdas materiais de metal e em um aumento dos custos de produção.

Uma outra característica defeituosa é o fato de que no aqueci-mento de ligas de titânio (por exemplo. Usando-se o método especificado)não apenas há uma considerável perda de metal, a absorção de hidrogêniodos produtos ocorre a uma profundidade significativa. Assim, o teor de hi-drogênio em uma amostra de uma liga TÍ-5AI-1.7V com um diâmetro de 30mm (no aquecimento por 10 horas em um forno elétrico e em um forno decombustão aquecido com gás natural a um fator de excesso de ar α igual a1,25), aumenta de 0,007% até 0,025%, isto é, 3,6 vezes, (S.N. Khomov,M.A. Grigoriev, S.M. Shulkin, Hydrogen Absorption of Titanium Alloys uponHeating in Combustion Furnaces, Tekhnologiya Legkikh Splavov, Ng 2, 1980,páginas 57-62).

A decisão de usar fornos aquecidos direta e indiretamente aoinvés de fornos elétricos é ditada pelos menores custos de produção do tra-tamento térmico em fornos de combustão. Entretanto, a produção de titâniomoldado, os produtos semi-acabados usando-se fornos diretamente aqueci-dos bem-conhecidos, requer um aumento considerável nas concessões deusinagem e custos para inspeção do teor de hidrogênio próximo à superfíciee na seção transversal de um produto tratado termicamente. Exceder os va-lores máximos e seguramente aceitos de concentração de hidrogênio resul-taria em uma diminuição na resistência ao impacto e um aumento na ten-dência do metal à fadiga estática. Para remover o excesso de hidrogênio dometal, é usado um recozimento a vácuo de longo prazo. Isso leva a uma a-preciação significativa dos produtos finais.

O método de tratamento térmico (aquecimento) do aço em for-nos aquecidos diretamente é oferecido e pode ser usado para reduzir o des-perdício de metal e a descarbonização dos aços. Esse método é baseadoem uma combustão da mistura de gás de combustão e ar. O combustível équeimado a um fator de excesso de ar de menos que um (o assim chamadoaquecimento de não-oxidação ou de baixa oxidação) (K.M. Pakhaluev,V.l. Medvedeva, Study of Steel Oxidation and Decarbonization in Products ofNatural Gas Combustion, collected book Heating of Metal and Operation ofHeating Furnaces, collection of scientific papers Ng 6, Metallurgizdat, Sver-dlovsk Branch, 1960, página 91), bem como o trabalho acima mencionadode V.F. Kopytov, página 185].

Uma característica defeituosa do aquecimento a baixa oxidaçãoconsiste em um aumento no teor de monóxido de carbono (CO) nos produ-tos da combustão devido a uma combustão incompleta do combustível. Istoresulta em substancial custo capital e desperdício de combustível. É, portan-to, necessário selar toda a estrutura de um forno aquecido diretamente paragarantir a firmeza do gás do forro da parede, do teto do forno, e dos canaisde desvio, bem como para criar sistemas para a pós queima dos produtos decombustão.

De acordo com os resultados publicados de um estudo de pro-cessos de oxidação de metal na presença de uma chama, o volume de a -quecimento do metal oxidado a temperaturas excedendo 800°c aumenta. Eleé compatível com o aumento no fator de excesso de ar α dentro de uma fai-xa de 0,8 a 1,6 (K.M. Pakhaluev, V.l. Medvedeva, Study of Steel Oxidationand Decarbonization in Products of Natural Gas Combustion, collected bookHeating of Metal and Operation of Heating Furnaces, collection of scientificpapers Ns 6, Metallurgizdat, Sverdlovsk Branch, 1960, páginas 80-91)]. Es-tudos similares prévios foram conduzidos dentro de uma faixa de valores defator α igualando 0,88-1,32 (M.A. Glinkov, Rolling and Forge Furnaces, JointScientific and Technical Publishing House Sverdlovsk-Moscow, 1936, pági-na 44)]. De acordo com essas publicações, o valor das perdas de chamasalcança seu nível máximo quando o fator de excesso de ar alcança valoresvariando de 1,2 a 1,6. O desperdício de metal também aumenta com umaumento na temperatura de aquecimento. Acredita-se [o acima mencionadotrabalho de V.F. Kopytov, página 182, e (M.A. Kasenkov, Heating Devices ofForging Production, Mashgiz, 1962, páginas 159-160)] que na combustão docombustível com um fator de excesso de ar excedendo 1,1-1,2, o volume daperda de perda de chamas não muda. Isto é explicado pelo fato de que a"taxa de formação de carepa não depende do fator de excesso de ar porqueo processo de oxidação começa a ser controlado não pela intensidade daproximidade de moléculas de gás oxidante à superfície dos produtos, maspela difusão do oxigênio através da camada da superfície da carepa para ometal" [o trabalho acima mencionado de V.F. Kopytov, página 182]. Isso étambém explicado pelo fato de que "a crosta da carepa é saturada com oxi-gênio, e é por isto que um outro aumento no teor de oxigênio nos gases doforno não afeta materialmente a taxa de oxidação" [o trabalho acima men-cionado de M.A. Kasenkov, páginas 159-160].

Além disso, é sabido que na mistura de combustível com ar frio(temperatura ambiente), o fator excesso de ar tem um valor limite em termosde combustão Cociim) (F.G. Gainullin and others, Natural Gas as Engine Fuelfor Transport, M.: Nedra, 1986, página 34). O valor do fator Ottim atinge 2,0para metano, 1,7 para propano, 1,8-2,0 para gás natural, e 1,65-1,75 paragasolina. Portanto, (como está especificado na descrição da patente RFn' 2098717) a tais valores do fator de excesso de ar haverá áreas locais asquais a mistura ar-e-combustível não queimará. Isto reduz a eficiência dasunidades de força. É por isso que o método de combustão do combustívelcom um fator de excesso de ar frio especificado não se tornou comumenteusado.

É difícil empregar um processo de aquecimento com fogo a valo-res aumentados do fator de excesso de ar sem preaquecer o ar devido auma queda na temperatura dos produtos de combustão e, portanto, na tem-peratura de operação do forno. Isto acontece porque o fornecimento degrandes volumes de ar de temperatura "fria" (20-30°C) é muitas vezes me-nor que a temperatura dos produtos de combustão para o queimador e ocadinho.

Um método conhecido consiste em aquecer um forno compre-endido de câmaras em estágios de preaquecimento, aquecimento final emanutenção do metal [RF patent Nq 2139944]. Este consiste em um métodode tratamento térmico do aço em fornos de aquecimento direto usando-seaquecimento por ar secundário. O método é baseado na combustão de umamistura de gás combustível e ar. Ele inclui o fornecimento de combustível,uma subseqüente combustão incompleta a fatores de consumo de ar primá-rio (excesso) (αΊ igual a 0,30-0,40) sobre o fundo intermediário da câmara deaquecimento final, um fornecimento de ar secundário para uma pós-queimado volume total dos produtos da combustão incompleta, e um aquecimentodo ar primário da camada de fundo intermediária sob alta condutividade tér-mica. Durante o processo de aquecimento o ar primário, a temperatura dosprodutos da combustão completada no espaço de trabalho da câmara depreaquecimento é mantida a um nível que não excede 500-550°C. A com-bustão de 10-100% do consumo total de combustível usado na câmara deaquecimento final sobre a camada de fundo intermediária é incompleta. Ovolume remanescente de combustível é completamente queimado sobre acamada de fundo intermediária. Os produtos da combustão incompleta for-necidos pelo espaço de fundo acima são pós-queimados com o ar secundá-rio. Como tal, o total proporcional de consumo de ar e combustível está pró-ximo dos valores estequiométricos (a2 é igual a 1,05-1,10).

O método especificado inclui uma operação que consiste no se-guinte: na combustão incompleta de 60-100% do combustível sobre a cama-da de fundo intermediária (no espaço sub-fundo da câmara de aquecimentofinal e manutenção), apenas o ar secundário é fornecido aos queimadoresna párea de aquecimento. Nos queimadores restantes, o combustível équeimado a α igual a 1,05-1,10. Na área de manutenção, os queimadoressão desligados. Na combustão incompleta de 10-60% do combustível sobrea camada de fundo intermediária (no espaço sub-fundo da área de manu-tenção), o combustível é completamente queimado a fatores de consumo dear (excesso) que estão próximos dos valores estequiométricos. Na área deaquecimento, o combustível é queimado sob condições de excesso significa-tivo de ar (a igual a 1,10-2,00). O ar em excesso é usado como ar secundá-rio para a pós-queima dos produtos da combustão incompleta.

Isto é, se o método de tratamento térmico do metal for emprega-do de acordo com a RF patent N9 2139944, a mistura ar-e-combustível seráqueimada a um fator de excesso de ar secundário de até 2,0. Na descriçãoda patente para esta invenção, o excesso de ar correspondente a α igual a1,10-2,00 é considerado um excesso significativo de ar. Além disso, a des-crição específica que "o sistema de fornecimento de combustível de algunsqueimadores no espaço sub-fundo da câmara de aquecimento final são des-ligados porque, caso contrário, para garantir a completa combustão do com-bustível e a pós queima dos produtos da combustão incompleta, seria ne-cessário fornecer ar secundário a taxas de fluxo excedendo 2,0 aos queima-dores do espaço sub-fundo. Isto é associado a uma exaustão significativa damistura gás-e-ar (menos de 5% do combustível) e possível extinção dosqueimadores". A descrição é também consistente com a crença existente deque não é necessário, e até mesmo impossível, usar altos valores do fatorde excesso de ar no aquecimento do metal.

O método conhecido de combustão do gás natural em, fornosindustriais de alta temperatura com aquecimento direto (principalmente emfornos túnel) usados, em particular, para a queima de produtos de zircônio[RF patent Ne 2099661], parece ser um método de tratamento térmico demetal em um forno de combustão. O método inclui o fornecimento de soprode ar ao volume do forno (espaço aquecido) com um jato de combustível(mistura combustível-e-ar primária) e a adição de ar quente, a saber, ar se-cundário aquecido, a uma mistura principalmente de combustível-e-ar nomencionado volume do forno. Isto garante um certo valor de fator de exces-so de ar.

De acordo com a descrição da patente RF Ne 2099661, comoresultado do emprego de tal método, é criado um meio oxidante de produtosde combustão no canal de operação do forno (espaço de trabalho) com pro-dutos tratáveis que formam uma extensão do volume do forno. Emissões dear de monóxido de carbono (CO) são reduzidas a um mínimo (conformemencionado acima, isso também ocorre no aquecimento de baixa oxidaçãocom valores de fator de excesso de ar are menores que um). Em outras pa-lavras, isto confirma a noção preconcebida mencionada acima de que a ca-pacidade de oxidação dos produtos de combustão não diminui a valoresaumentados do fator de excesso de ar.

Um outro método conhecido de combustão de combustível emum forno túnel [RF patent Ns 2166161] também parece ser um método deaquecimento de um forno túnel aquecido diretamente. Isto inclui a combus-tão da mistura de combustível e are m uma área aquecida (volume do forno)e a transferência dos produtos de combustão para o forno adequado. Essemétodo é empregado no recozimento de produtos cerâmicos. Ele também,pode ser usado no aquecimento de um forno de combustão para o tratamen-to térmico de metais. O método inclui o fornecimento de uma mistura com-bustível-e-ar e de ar secundário ao volume do forno e sua combustão a fato-res de excesso de ar variando de 0,75 a 1,5. Em adição, o ar secundário éadicionado à mistura combustível-e-ar contendo 0,1-0,2 cm de ar primárioaquecido ou não-aquecido por 1 MJ de energia de combustível. O ar secun-dário é adicionado na quantidade de 0,1-0,2 cm por 1 MJ de energia a umatemperatura de 700-1.400°C.

A α igual a 0,75-1,0, o método sob consideração garante a ob-tenção de um meio de baixa oxidação nos produtos de combustão, e a αigual a 1,0-1,5, ele garante que um meio de oxidação é obtido. A escolha dotipo de meio em um forno é determinada por sua necessidade de tratar oproduto relevante,

As características defeituosas do método especificado para otratamento térmico de metais são as seguintes: o nível máximo de desperdí-cio de metal é determinado pela composição dos produtos de combustão (nouso do meio oxidante, isto é, a α igual a 1,0-1,5), especialmente a tempera-turas elevadas, bem como (no uso de meio de baixa oxidação) a absorçãode hidrogênio pelo titânio e suas ligas (por exemplo, a alta concentração demonóxido de carbono devido à combustão incompleta do combustível), e odesperdício de combustível. Uma alta concentração de monóxido de carbo-no torna necessário selar a estrutura do forno de combustão e requer custosde capital substanciais.

Como especificado na descrição do método sob consideração,conforme a RF patent Nq 2166161, a faixa de valores de α que cai dentrodos limites de 0,75 a 1,5 é suficiente para prática industrial. É também con-sistente com a opinião existente acima mencionada em relação ao uso des-necessário de valores mais altos do fator α no tratamento térmico de metais.Ele também concorda com a ausência de informação em relação ao aque-cimento de metal em fornos de combustão a valores de fator de excesso dear excedendo 1,6-2,0 na literatura técnica.

Um método mais conhecido de tratamento térmico de metal emum forno aquecido indiretamente pressupõe a separação dos produtos decombustão do metal que está sendo aquecido, em particular usando-se aba-famento da chama - combustão de combustível e ar no espaço aquecidodentro do tubo radiante (fornalha) [US patent Ns 4878480, F24C 003/00,126/91 A, 431/353, 432/209]. Em adição, o aquecimento de metal no espaçode trabalho fora do tubo radiante é executado através da radiação a partirdas paredes externas do tubo radiante aquecido por dentro.

Quando se emprega esse método de aquecimento indireto, ometal tratável no espaço de trabalho fora do tubo radiante não é colocado nomeio dos produtos de combustão, e não é submetido à carga de aquecimen-to e/ou absorção de hidrogênio. Entretanto, o metal das paredes internas dotubo radiante localizadas no espaço aquecido e expostas ao impacto dosprodutos de combustão é desperdiçado. Ele encurta a vida útil do tubo radi-ante, aumentando as despesas de operação e os custos de produção dotratamento do metal. Essas são características defeituosas do método des-crito de aquecimento radiante indireto em um forno de combustão.

Há um outro método conhecido de tratamento térmico de metalem um forno aquecido indiretamente. Nesse caso, a mistura combustível ear é queimada no espaço aquecido for a do pote de fusão (fornalha) no es-paço de trabalho onde o metal tratado está localizado. O metal no espaço detrabalho dentro do pote de fusão é aquecido através de radiação a partir dasparedes internas do pote [por exemplo, aplicação para a patente de utilidadeRF N2 93052328, publicada em 27 de setembro de 1996]. Algumas vezes oespaço de trabalho do pote é preenchido com gás de proteção. Esse métodode aquecimento indireto também tem uma característica defeituosa que ésimilar ao método acima mencionado. Ele envolve uma vida útil mais curtadas paredes metálicas externas do pote que estão expostas ao impacto dosprodutos de combustão.

O mais próximo do método oferecido (protótipo) é um método deaquecimento de fornos poços de regeneração [Certificado de Inventor daURSS Nq 1257110]. Na realidade, é um método de tratamento térmico demetal em um forno diretamente aquecido na forma de um poço de regenera-ção. Esse método é baseado na combustão de uma mistura de combustívele ar que é pré-aquecida em uma câmara regenerativa. Nesse método, a mis-tura de combustível e ar é queimada diretamente no forno adequado. Noexemplo de como esse método funciona, 3.800 cm/h de gás de alto forno e120 cm/h de gás natural bem como 4,150 cm/h de ar aquecido são forneci-dos ao queimador. Isso garante um fator de excesso de ar α igual a cerca de1.1. Uma oura variante desse método protótipo é um método de tratamentotérmico de metal em um forno aquecido indiretamente segundo o qual ocombustível e a mistura de ar aquecido são queimados no espaço aquecidode um tubo radiante (I.M. Distergeft, G.M. Druzhinin, V.l. Shcherbinin, Expe-rience of All-Union Scientific Research Institute of Metallurgical Heat Engine-ering in Development of Regenerating Heating Systems for MetallurgicalPlants1 "Stal", 2000, N9 7, páginas 87-88, Fig. 5). O metal no espaço de tra-balho é aquecido através de convecção a partir das paredes externas de umtubo radiante aquecido por dentro.

No primeiro protótipo variante do método inventado, um aumentona temperatura dos produtos da combustão (e, conseqüentemente, na tem-peratura de operação do forno) e uma redução do consume de combustívelsão garantidas por meio do preaquecimento do ar, em comparação a méto-dos similares.

Uma característica defeituosa do método do protótipo de trata-mento térmico do metal em um forno aquecido diretamente é que o nívelmáximo de perda de queima e/ou de absorção de hidrogênio do metal estálocalizado no espaço de trabalho aquecido do forno de combustão. Perda dequeima, especialmente a temperaturas elevadas, resulta em um desperdíciode metal no tratamento térmico. A absorção de hidrogênio dos metais, prin-cipalmente de metais não-ferrosos (por exemplo, titânio e suas ligas), deteri-ora as propriedades desses metais. Como prova de prática e pesquisa, sãodeterminados resultados pela composição conhecida relevante dos produtosde combustão que incluem algum teor de dióxido de carbono e água e vaporde oxigênio (meio oxidante). No tratamento térmico, eles afetam o metal a-quecido o que resulta na perda de queima e na absorção de hidrogênio dosmetais.

Uma característica defeituosa do método do protótipo de trata-mento térmico em um forno aquecido indiretamente é o desperdício de metalnas paredes da fornalha localizadas no espaço aquecido do forno aquecidoindiretamente (superfícies internas do tubo radiante ou superfície externa dopote). A perda de queima é determinada pelas razões mencionadas no pa-rágrafo acima. Ela leva a uma vida útil mais curta do tubo radiante (pote), e aum aumento nas despesas de operação e custos de produção do tratamentodo metal.

Além disso, com o uso de valores limite do fator de excesso dear nesse método de tratamento térmico do metal em um forno de combus-tão, uma quantidade limitada da mistura combustível-e-ar é fornecida ao es-paço aquecido do forno (e ao tubo radiante). Isto também limita a taxa demovimento dos produtos de combustão no espaço aquecido ou dentro dotubo radiante. Isto resulta em um valor reduzido do componente convencio-nal de troca de calor, em um tempo maior para aquecimento do metal tratá-vel e de produtos não-metálicos, e uma capacidade reduzida do forno. Umataxa limitada de movimento dos produtos de combustão também resulta emuma distribuição não-uniforme de temperaturas, tanto no próprio forno quan-to na carga (produtos submetidos ao tratamento térmico). Ela degrada aqualidade dos produtos tratados termicamente.

Uma outra variante do método protótipo está atualmente em uso.É um método de múltiplas etapas de tratamento térmico do metal em umforno de chama descoberta (aquecimento direto). Esse método é baseadona combustão da mistura de combustível e ar preaquecido a um fator de ex-cesso de ar de até 1,2 [trabalho acima mencionado de M.A. Kasenkov, pági-nas 173-174, 162, 160]. Esse método inclui pelo menos três etapas de a-quecimento (Estágios de aquecimento): aquecimento a baixas temperaturas(até temperaturas intermediárias entre 650-850°C) com manutenção à tem-peratura intermediária, aquecimento a altas temperaturas (isto é, a tempera-turas acima de 850°C) até a temperatura de operação com manutenção àtemperatura de operação.Uma característica defeituosa dessa variante do protótipo (mé-todo com tratamento térmico de metal de múltiplas etapas com aquecimentodireto) é o alto nível de desperdício de metal, especialmente a temperaturaselevadas, e a absorção de hidrogênio particularmente ns metais não-terrosos. Em outras palavras, há uma deterioração correspondente das pro-priedades do metal.

O método especificado conhecido de tratamento térmico de me-tal de múltiplas etapas pode ser também empregado no aquecimento diretocom uso de fornalhas (por exemplo, tuno radiante ou pote). Uma caracterís-tica defeituosa do método protótipo de múltiplas etapas de tratamento térmi-co de metal em um forno aquecido indiretamente é o desperdício de metalnas paredes da fornalha (tubo radiante, pote) localizado no espaço aquecidode um forno aquecido indiretamente. Isto encurta a vida útil da fornalha eaumenta as despesas de operação e os custos de produção de tratamentotérmico.

Além disso, com o uso de valores limite do fator de escesso dear no método de múltiplas etapas de tratamento térmico de metal em fornosde combustão, uma quantidade limitada da mistura combustível-e-ar é for-necida ao espaço aquecido do forno (e ao tubo radiante). Isto também limitaa taxa de movimento dos produtos de combustão no espaço aquecido oudentro do tubo radiante. Isto resulta em um valor reduzido do componenteconvencional de troca de calor, um tempo maior de aquecimento do metaltratável e produtos não-metálicos, e uma capacidade reduzida do forno. Umataxa limitada de movimento dos produtos de combustão também resulta emuma distribuição não-uniforme de temperaturas tanto no próprio forno quantona carga (produtos submetidos ao tratamento térmico). Isto degrada a quali-dade dos produtos tratados termicamente.

O objetivo da invenção - as primeira e segunda variantes dosmétodos de tratamento térmico de metais em fornos direta e indiretamenteaquecidos - consiste na redução do desperdício de metal tratável e da dimi-nuição do nível de absorção de hidrogênio dos metais tratáveis, inclusiveligas de alumínio, titânio e ferro, no aquecimento direto. No aquecimento in-direto, o objetivo é prolongar a vida útil da fornalha (tubo radiante, pote) parareduzir as despesas da operação e os custos de produção do tratamento dometal. Além disso, o objetivo da invenção é aumentar a produtividade doforno e melhorar a qualidade do tratamento térmico dos produtos metálicos enão-metálicos.

O já mencionado método de combustão de gás natural em for-nos industriais aquecidos diretamente a alta temperatura Principalmente emfornos túnel) usado, em particular, para queima de produtos de zircônio [RFpatent N9 2099661], está atualmente em uso. Ele inclui o fornecimento desopro de ar ao volume do forno (espaço aquecido) em um jato de combustí-vel (mistura primária combustível-e-ar), e a adição de ar quente, quer dizer,aquecido secundário, à mistura primária combustível-e-ar no volume do for-no a algum valor do fator de excesso de ar.

O método de combustão de combustível em um forno túnel a-quecido diretamente [patente RF N9 2166161] é o mais próximo à terceiravariante oferecida do método inventado. O primeiro inclui a combustão damistura de combustível e ar no espaço aquecido (volume do forno) e a trans-ferência de produtos de combustão para o forno próprio. Esse método incluio fornecimento da mistura combustível-e-ar e de ar secundário ao volume doforno e sua combustão a fatores de excesso de ar variando de 0,75 a 1,5.No caso onde α é igual a 0,75-1,0, o método sob consideração garante aobtenção de um meio de baixa oxidação nos produtos de combustão. Se αfor igual a 1,0-1,5, ele garante a obtenção do meio oxidante. A escolha dotipo de meio em um forno é ditada por sua necessidade de tratar o produtorelevante. O método é empregado quando do recozimento de produtos ce-râmicos. Ele pode também ser usado para o aquecimento do forno de com-bustão no tratamento do metal, bem como no aquecimento indireto dos pro-dutos tratáveis usando-se um tubo radiante ou pote.

Se valores usados no fator de excesso de ar não excederem 1,5esse método pressupõe que uma quantidade limitada de mistura combustí-vel-e-ar é fornecida ao espaço aquecido do forno (ou para o tubo radiante), oque também limita a taxa de movimentação dos produtos de combustão noespaço aquecido e no tubo radiante. Isto resulta em um valor reduzido docomponente convencional de troca de calor, um tempo maior para aquecer ometal tratável e os produtos não-metálicos, e uma capacidade reduzida doforno. A taxa limitada de movimentação dos produtos de combustão tambémresulta em uma distribuição não-uniforme de temperaturas, tanto no próprioforno quanto na carga (produtos submetidos ao tratamento térmico). Issodegrada a qualidade dos produtos tratados termicamente.

As características defeituosas do método especificado para tra-tamento térmico são as seguintes: nível mais alto de desperdício de metalcom base na composição dos produtos de combustão (no uso do meio oxi-dante, isto é, a um α igual a 1,0-1,5), especialmente a temperaturas eleva-das, bem como (no uso de meio de baixa oxidação) a absorção de hidrogê-nio do titânio e suas ligas, por exemplo, alta concentração de monóxido decarbono devido à combustão incompleta do combustível, e desperdício decombustível. A alta concentração de monóxido de carbono torna necessárioselar a estrutura do forno de combustão e requer custos de capital substan-ciais.

O objetivo da terceira variante do método inventado - método decombustão de uma mistura de combustível líquido ou gasoso e ar aquecidoem um forno de combustão a um certo valor de fator de excesso de ar - éaumentar a produtividade do forno e melhorar a qualidade do tratamentotérmico dos produtos metálicos e não-metálicos, bem como reduzir a perdade queima, a descarbonização e a absorção de hidrogênio dos metais aque-cidos.

Fornos de regeneração da combustão ajustados aos dispositivosrelevantes para o aquecimento desses fornos são usados para implementeros acima especificados métodos conhecidos de tratamento térmico de me-tais e não-metais em fornos direta ou indiretamente aquecidos, bem como ométodo de combustão de uma mistura de combustível líquido ou gasoso e araquecido em fornos direta ou indiretamente aquecidos.

O dispositivo a seguir para o aquecimento de um forno aquecidodiretamente está atualmente em uso [RF patent Ne 2190170]. Ele inclui umacâmara de trabalho (aquecida, também referida como espaço de trabalho)com janelas (duetos) para a remoção dos produtos de combustão, doisqueimadores para a queima de gás combustível misturado com o ar prea-quecido a uma razão estequiométrica de combustível e ar aquecido, e umsistema de aquecimento de ar e fornecimento a cada queimador na quanti-dade necessária. A razão estequiométrica é caracterizada por um valor defator de excesso de ar aquecido igual a um. O sistema de aquecimento efornecimento de ar inclui dois regeneradores que são, por sua vez, aqueci-dos pelos produtos de combustão que, por sua vez, são fornecidos com araquecido. Esse ar é então fornecido aos queimadores (modo de operaçãodo sistema de pulso de ciclos duplos para o aquecimento do forno de com-bustão). O sistema tem tubos e duetos comectores com válvulas de reversão(desligamento) para garantir um fluxo alternativo de produtos de combustãoe ar através dos regeneradores e a remoção dos produtos de combustãopara um sistema coletor de fumaça. Os tubos e duetos são conseqüente-mente conectados a regeneradores, queimadores e a um sistema coletor defumaça. A razão estequiométrica dos volumes de combustível gasoso para ovolume de ar aquecido queimado no sistema (a α 1) é garantido por seuprojeto relevante. Em particular, ele é garantido pela relação entre os parâ-metros que caracterizam a seção transversal das tubulações para forneci-mento de combustível e ar aos queimadores. Uma outra característica doprojeto do dispositivo que garante um fornecimento da quantidade necessá-ria de ar aquecido aos queimadores consiste na implementação do cabeçotede regeneração, o volume do espaço interno, o volume necessário (peso)dos elementos de transferência de calor que preenchem o espaço interno, eo material dos elementos de transferência de calor, por exemplo, tijolos re-fratários (V.A. Baum and others, Metallurgical Furnaces, M., 1951, pági-na 665) ou metal [o trabalho mencionado acima: (M.A. Kasenkov, HeatingUnits in Forging Production, Mashgiz, 1962, página 296).

Uma característica defeituosa deste dispositivo (para tratamentotérmico de metal com aquecimento direto, cujo projeto garante combustãoda mistura de combustível e ar à sua razão estequiométrica [a = 1]), consisteem um desperdício de uma quantidade significativa de metal devido à perdade queima resultante do meio oxidante dos produtos de combustão no espa-ço (de trabalho) aquecido e da absorção de hidrogênio dos metais.

Um dispositivo para o tratamento térmico de metal em, um fornoindiretamente aquecido [patente US N9 4878480] está também atualmenteem uso. Ele inclui um espaço aquecido na forma de um tubo radiante comdois queimadores para a queima de gás combustível misturado com ar, eajustado com janelas para a remoção dos produtos de combustão.

No uso do dispositivo especificado para aquecimento indireto emum forno de combustão, o metal tratável no espaço de trabalho fora do tuboradiante não está localizado no meio dos produtos de combustão, e não ésubmetido à perda de queima ou e/ou absorção de hidrogênio. Entretanto, ometal das paredes internas do tubo radiante localizado no espaço aquecido,e exposto ao impacto dos produtos de combustão, é desperdiçado. Ele en-curta a vida útil do tubo radiante e aumenta as despesas de operação e oscustos de produção do tratamento do metal. Essas são características defei-tuosas do dispositivo descrito.

Um outro dispositivo para tratamento térmico de metais em umforno indiretamente aquecido (aplicação para a patente de utilidade RFNo 93052328, publicada em 27 de setembro de 1996, C21C 5/28) está atu-almente em uso. Ele inclui espaço aquecido com uma janela para remoçãodos produtos de combustão (volume da panela), vários queimadores para aqueima do combustível gasoso misturado com ar a uma certa razão de com-bustível para o ar aquecido, e um pote (com sucata metálica submetida àfusão) localizado no espaço aquecido.

Uma característica defeituosa desse dispositivo consiste emuma vida útil mais curta das paredes externas do pote, que são expostasaos produtos de combustão e, conseqüentemente, um aumento nas despe-sas de operação e nos custos de produção do tratamento do metal.

O dispositivo para o aquecimento de um forno de chama desco-berta (aquecimento direto) para o aquecimento não-oxidante de blocos deaço é o mais próximo da primeira variante do dispositivo inventado (o traba-lho acima mencionado: (M.A. Kasenkov, Heating Units in Forging Production,Mashgiz, 1962, páginas 296-297, Fig. 178). Ele inclui um espaço aquecido,também referido como espaço de trabalho, com janelas (duetos) para a re-moção dos produtos de combustão quentes, dois queimadores para a quei-ma do gás combustível misturado com ar preaquecido, e um sistema para oaquecimento de ar e fornecimento de ar a pelo menos um dos queimadoresna quantidade necessária. Os queimadores trabalham em turnos, em ummodo de pulso cíclico. A mistura é queimada a uma razão de combutível-para-ar aquecido caracterizada por um valor de fator de excesso de ar aque-cido que é menor que um (aquecimento com baixa oxidação). O sistema deaquecimento e fornecimento de ar inclui dois regeneradores (headpiecesregeneradores). Durante um ciclo de operação do dispositivo para o aqueci-mento de um forno de combustão, cada um dos cabeçotes regeneradores éusado para aquecer os elementos de transferência de calor usando produtosde combustão quentes. Durante o outro ciclo, cada um dos cabeçotes é u-sada para o aquecimento de ar usando elementos de transferência de calorque foram aquecidos durante o ciclo anterior. O dispositivo tem um sistemade controle e troca. Esse sistema inclui duetos com válvulas conectadas ocabeçote regeneradores, queimadores, e a um exaustor de fumaça. Ele ga-rante um fluxo alternativo de produtos da combustão e fluxo de ar atravésdos cabeçotes regeneradores, um fornecimento de ar aquecido até pelo me-nos um dos dois queimadores, e a remoção dos produtos de combustão doexaustor de fumaça. Em outras palavras, o projeto do sistema de controle etroca pressupõe que os cabeçotes regeneradores podem executar funçõesque mudam ciclicamente.

O projeto do dispositivo sob consideração que garante o forne-cimento de ar aquecido na quantidade necessária para aquecimento a baixaoxidação para os queimadores (a um fator de excesso de ar sendo menorque um) pressupõe a presença de elementos de transferência de calor naforma de tubos de metal ou bolas no espaço interno de cada um dos cabe-çotes regeneradores. O volume (peso) desses elementos é suficiente para oaquecimento do volume necessário de ar por unidade de tempo.Garantir aquecimento a baixa oxidação do metal pelo dispositivoprotótipo especificado reduz o desperdício do metal. Entretanto, ele não evi-ta a absorção de hidrogênio do titânio e suas ligas, por exemplo. Ele tambémtem uma característica defeituosa. Ela consiste em uma alta concentraçãode monóxido de carbono devido à combustão incompleta do combustível noespaço aquecido. Torna-se necessário selar a estrutura do forno de combus-tão, o que resulta em custos de capital aumentados. Em adição, o processode pós-queima dos produtos de combustão na parte do fundo dos regenera-dores (que é implementado nesse dispositivo) resulta em um desperdício decombustível.

Um outro tipo de protótipo da primeira variante da invenção é umdispositivo piloto para o aquecimento de um forno diretamente aquecido(I.M. Distergeft, G.M. Druzhinin, V.l. Shcherbinin, Experience of All-UnionScientific Research Institute of Metallurgical Heat Engineering in Develop-ment of Regenerating Heating Systems for Metallurgical Plants, "Stal", 2000,Ne 7, páginas 86-87, Fig. 2). O dispositivo inclui um espaço aquecido, tam-bém referido como espaço de trabalho (câmara de combustão), um queima-dor de regeneração para a queima de gás combustível misturado com ar(que opera no modo de pulso cíclico duplo), um dueto de gás para a remo-ção dos produto de combustão quentes durante o outro ciclo de operação.Ele também inclui um sistema para o aquecimento de ar e seu fornecimento(na quantidade requerida) ao queimador de regeneração no modo pulso,incluindo umo cabeçote regenerador. A presença dos elementos de transfe-rência de calor no espaço interior do cabeçote regenerador garante o aque-cimento do volume necessário de ar por unidade de tempo para a manuten-ção do fator de excesso de ar requerido. Durante um ciclo de operação dodispositivo para aquecimento de um forno de combustão, o cabeçote rege-nerador é usado para aquecimento dos elementos de transferência dè calornela localizados usando-se produtos de combustão quentes que são remo-vidos do dueto de gás após o resfriamento no cabeçote. Durante o outro ci-clo, o cabeçote é usada para o aquecimento de ar usando os elementos detransferência de calor aquecidos durante o ciclo anterior. O dispositivo temum sistema de controle e troca. Esse sistema inclui duetos e válvulas. Seudesign pressupõe que os cabeçotes regeneradores podem executar ciclica-mente funções de mudança. Durante um ciclo, o sistema de controle e trocagarante um fluxo de produtos de combustão da câmara de mistura de soleirafrontal para o cabeçote regenerador para o aquecimento dos elementos detransferência de calor no cabeçote e a remoção dos produtos de combustãoresfriados desse ciclo para o dueto de gás. Durante o outro ciclo, ele garanteum fornecimento de ar aquecido através do cabeçote regenerador na dire-ção oposta. O ar aquecido misturado com combustível vai então para o ca-beçote regenerador para formar os produtos de combustão na câmara decombustão. Os produtos de combustão são transferidos através do cano dachaminé para uso proveitoso. O design do sistema de controle e troca pres-supõe que o cabeçote regenerador pode executar ciclicamente funções demudança.

Uma característica defeituosa desse protótipo para a primeiravariante do dispositivo (para tratamento térmico de metal com aquecimentodireto) consiste na perda de uma quantidade significativa de metal da cargadevido à perda de queima e à absorção de hidrogênio dos materiais. O des-perdício de metal ocorre devido ao meio de oxidação dos produtos de com-bustão. Quando se aquece indiretamente o dispositivo sob consideração,uma característica defeituosa consiste no desperdício de metal da fornalha,que leva a uma vida útil mais curta da fornalha (tubo radiante, pote) e a umaumento nas despesas de operação e nos custos de produção do tratamen-to do metal. Além disso, porque são usados os valores limite do fator de ex-cesso de ar no dispositivo para aquecer o forno de combustão, uma quanti-dade limitada da mistura combustível-e-ar é fornecida ao espaço aquecidodo forno ou do tubo radiante. Isto também limita a taxa de movimentaçãodos produtos de combustão no espaço aquecido e no tubo radiante, resul-tando em um valor diminuído do componente convencional de troca de calor,um tempo mais longo para aquecimento dos produtos tratáveis metálicos enão-metálicos, e uma capacidade reduzida do forno. A taxa limitada de mo-vimentação dos produtos de combustão também resulta em uma distribuiçãonão-uniforme de temperaturas, tanto no próprio forno quanto na carga (pro-dutos submetidos ao tratamento térmico). Isto degrada a qualidade dos pro-dutos tratados termicamente.

O objetivo do dispositivo inventado para o aquecimento de umforno direta ou indiretamente aquecido conforme a primeira variante é redu-zir a perda de queima, diminuir o nível de absorção de hidrogênio dos metaisno processo de tratamento térmico em fornos de combustão (no aquecimen-to direto da carga) e prolongar a vida útil da fornalha (tubo radiante, pote)reduzir as despesas de operação e os custos de produção de tratamento do metal (no aquecimento indireto da carga), aumentar a produtividade do for-no, e melhorar a qualidade de tratamento térmico dos produtos.

Um dispositivo para o aquecimento de um forno diretamente a-quecido é o mais próximo da segunda e da terceira variantes do dispositivoinventado (G.M. Druzhinin, I.M. Distergeft, V.A. Leontyev and others, BasicTrends in Reconstruction of Circular Furnace for Heating of Blanks, Stal,2005, N6 3, páginas 65-67, Fig. 1). O dispositivo mencionado inclui um espa-ço aquecido que é também usado como espaço de trabalho para acomodaro metal aquecido, dois queimadores para a queima do combustível gasosoou líquido (misturado com ar preaquecido a uma certa razão de combustívelpara ar aquecido caracterizado por um valor relevante do fator de excessode ar), um sistema para o aquecimento de ar e seu fornecimento para cadaqueimador na quantidade necessária, um dueto para o fornecimento decombustível gasoso ou líquido, um dueto para a remoção dos produtos dacombustão, bem como um sistema de controle e troca. O sistema para a- quecimento do ar e seu fornecimento a cada queimador na quantidade ne-cessária inclui um dueto para fornecimento de ar pelo lado de fora e doiscabeçotes regeneradores. Cada um dos cabeçotes tem um espaço internocom duas janelas de entrada-saída cheias com uma camada de elementosde transferência de calor de uma certa quantidade. Durante um ciclo de ope-ração do dispositivo para o aquecimento do forno de combustão, cada umdos cabeçotes regeneradores é usado para o aquecimento dos menciona-dos elementos de transferência de calor com produtos de combustão quen-tes. Durante o outro ciclo, cada uma delas é usada para aquecimento de arusando os elementos de transferência de calor aquecidos durante o cicloanterior. Durante um ciclo de operação do dispositivo para aquecimento doforno de combustão, cada um dos queimadores funciona como um queima-dor, e, durante o outro ciclo de operação do dispositivo para aquecer o fornode combustão, cada um deles funciona como uma janela para a remoção deprodutos de combustão quentes do espaço aquecido. Em adição, o projetodo sistema de controle e troca pressupõe que os queimadores e os cabeço-tes regeneradores podem executar funções que mudam ciclicamente. Isto é,durante cada ciclo de operação do dispositivo para aquecimento do forno decombustão, o sistema de controle e troca garante uma conexão do duetopara o fornecimento de combustível gasoso ou líquido com um dos queima-dores, uma conexão do outro queimador com uma das janelas de entrada-saída do espaço interno de um dos cabeçotes regeneradores, uma conexãoda outra janela de entrada-saída desse cabeçote regenerador com o duetopara remoção dos produtos de combustão resfriados, uma conexão do duetopara fornecimento de ar por fora com uma das janelas de entrada-saída doespaço interno do outro cabeçote regenerador e uma conexão da outra jane-la de entrada-saída desse cabeçote com o queimador ao qual o dueto para ofornecimento de combustível gasoso ou líquido está conectado. Isto é, du-rante cada ciclo de operação do dispositivo para aquecimento do forno decombustão, o sistema de controle e troca garante uma conexão do duetopara o fornecimento de combustível gasoso ou líquido com um dos queima-dores, uma conexão do outro queimador com uma das janelas de entrada-saída do espaço interno de um dos cabeçotes regeneradores, uma conexãoda outra janela de entrada-saída desse cabeçote regenerador com o duetopara a remoção dos produtos de combustão resfriados, uma conexão dodueto para fornecimento de ar do lado externo com uma das janelas de en-trada-saída do espaço interno do outro cabeçote regenerador, e uma cone-xão das outras janelas de entrada-saída desse cabeçote com o queimadorao qual o dueto para o fornecimento de combustível gasoso ou líquido estáconectado.O volume da camada de elementos de transferência de calor naforma de bolas de corindo que enchem o espaço interno de cada cabeçoteregenerador determina a capacidade de fornecimento de ar aquecido paracada queimador e o valor do fator de excesso de ar. O fator de excesso dear garante o meio oxidante no espaço aquecido (onde o metal submetido aotratamento térmico está localizado).

Uma característica defeituosa do protótipo descrito das segundae terceira variantes do dispositivo inventado (para o tratamento térmico demetal em um forno diretamente aquecido) consiste no desperdício de umaquantidade significativa de metal devido à perda de queima resultante domeio de oxidação dos produtos de combustão (a aproximadamente igual a1) e à absorção de hidrogênio dos metais.

Um outro tipo de protótipo de dispositivo das segunda e terceiravariantes da invenção é um dispositivo para o tratamento térmico de metalem um forno indiretamente aquecido (I.M. Distergeft, G.M. Druzhinin,V.l. Shcherbinin1 Experience of All-Union Scientific Research Institute of Me-tallurgical Heat Engineering in Development of Regenerating Heating Sys-tems for Metallurgical Plants, "Stal", 2000, N9 7, páginas 87-88, Fig. 5). Odispositivo mencionado inclui um espaço aquecido na forma de um tubo ra-diante com dois queimadores para a queima de combustível gasoso ou lí-quido (misturado com ar preaquecido a uma certa razão de combustível paraar aquecido caracterizada por um valor relevante do fator de excesso de ar),um sistema para o aquecimento de ar e seu fornecimento para cada quei-mador na quantidade necessária, um dueto para o fornecimento de combus-tível gasoso ou líquido, um dueto para a remoção dos produtos de combus-tão resfriados, bem como um sistema de controle e troca. O sistema paraaquecimento de ar e seu fornecimento para cada queimador na quantidadenecessária inclui um dueto para o fornecimento de ar pelo lado de fora e doiscabeçotes regeneradores. Cada um dos cabeçotes tem um espaço internocom duas janelas de entrada-saída cheias com uma camada de elementosde transferência de calor de uma certa quantidade. Durante um ciclo de ope-ração do dispositivo para aquecimento do forno de combustão, cada um doscabeçotes regeneradores é usado para o aquecimento dos mencionadoselementos de transferência de calor com os produtos de combustão quentes.Durante o outro ciclo, cada uma delas é usada para o aquecimento de arusando os elementos de transferência de calor aquecidos durante o cicloanterior. Durante um ciclo de operação do dispositivo para aquecimento doforno de combustão, cada um dos queimadores funciona como um queima-dor, e, durante o outro ciclo de operação do dispositivo para aquecimento doforno de combustão, cada um deles funciona como uma janela para a remo-ção de produtos de combustão do espaço aquecido. Em adição, o projeto dosistema de controle e troca pressupõe que os queimadores e os cabeçotespodem executar ciclicamente funções de mudança. Isto é, durante cada ciclode operação do dispositivo para aquecimento do forno de combustão, o sis-tema de controle e troca garante uma conexão do dueto para o fornecimentode combustível gasoso ou líquido com um dos queimadores, uma conexãodo outro queimador com uma das janelas de entrada-saída do espaço inter-no de um dos cabeçotes regeneradores, uma conexão da outra janela deentrada-saída desse cabeçote regenerador com o dueto para a remoção dosprodutos de combustão resfriados, uma conexão do dueto para fornecimentode ar do lado de fora com uma das janelas de entrada-saída do espaço in-terno do outro cabeçote regenerador, e uma conexão da outra janela de en-trada-saída desse cabeçote com o queimador ao qual o dueto para o forne-cimento de combustível gasoso ou líquido está conectado. O volume da ca-mada de elementos de transferência de calor, na forma de bolas de corindoque enchem o espaço interno de cada cabeçote regenerador, determina ovalor do fator de excesso de ar. O fator de excesso de ar garante o meio deoxidação no espaço aquecido dentro do tubo radiante. O metal submetido atratamento térmico é colocado no espaço de trabalho fora do tubo radiante.

Uma característica defeituosa do protótipo descrito das segundae terceira variantes do dispositivo inventado para o tratamento térmico demetal em um forno indiretamente aquecido consiste no desperdício de metaldas paredes do tubo radiante que estão localizadas no espaço aquecido doforno indiretamente aquecido. Isto resulta no encurtamento da vida útil dotubo radiante e em um aumento nas despesas de operação e nos custos deprodução do tratamento do metal. Além disso, devido aos valores limite dofator de excesso de ar usados no dispositivo para o aquecimento da câmarade combustão, uma quantidade limitada da mistura combustível-e-ar é for-necida ao espaço aquecido do forno ou ao tubo radiante. Isto também limitaa taxa de movimentação dos produtos de combustão no espaço aquecido eno tubo radiante, resultando em um valor diminuído do componente conven-cional de troca de calor, um tempo mais longo para aquecimento dos produ-tos tratáveis metálicos e não-metálicos, e uma capacidade reduzida do for-no. Uma taxa limitada de movimentação dos produtos de combustão tam-bém resulta em uma distribuição não-uniforme das temperaturas, tanto nopróprio forno quanto na carga (produtos submetidos ao tratamento térmico);Isto degrada a qualidade dos produtos tratados termicamente.

O objetivo do dispositivo inventado para o aquecimento de for-nos de combustão conforme as segunda e terceira variantes consiste emuma redução da perda de queima e na diminuição do nível de absorção dehidrogênio da carga (metais tratáveis), inclusive ligas de alumínio, titânio, eferro para fornos diretamente aquecidos. O objetivo para fornos aquecidosindiretamente é prolongar a vida útil do tubo radiante (pote) e reduzir as des-pesas de operação e os custos de produção do tratamento do metal. Alémdisso, o objetivo da invenção é aumentar a produtividade do forno e melho-rar a qualidade do tratamento térmico dos produtos.

Em fornos de combustão de regeneração para o tratamento tér-mico de metais aquecidos com uma mistura queimada de combustível gaso-so ou líquido e ar aquecido, os cabeçotes regeneradores são usados. Cadaum desses cabeçotes inclui um espaço interno com duas janelas de entrada-saída cheias com uma camada de elementos de transferência de calor [porexemplo, o trabalho acima mencionado de M.A. Kasenkov, páginas 296-297,Fig. 178]. O projeto dos cabeçotes regeneradores e princípios de sua opera-ção são similares aos dos tipos conhecidos de fornos direta e indiretamenteaquecidos. O cabeçote regenerador é projetada para operação em dois ci-clos. Durante um ciclo, o cabeçote é usada para o aquecimento dos elemen-tos de transferência de calor usando produtos de combustão da mistura queestá sendo queimada. Durante o outro ciclo, o cabeçote é usada para o a-quecimento de ar usando os elementos de transferência de calor. Quando ocabeçote regenerador é usado em um forno de combustão, suas janelas de entrada-saída são conectadas a um dueto para o fornecimento dos produtosde combustão quentes [do espaço aquecido do forno de combustão atravésde um sistema de interruptores correspondente (válvulas de reversão, dedesligamento)], um dueto para a remoção dos produtos de combustão resfri-ados, um dueto para o fornecimento de ar, e um dueto para o fornecimentode ar aquecido ao queimador.

Cabeçotes regeneradores conhecidos são projetados para usoem fornos de combustão para o aquecimento de metais na queima de umamistura de combustível e ar na sua razão estequiométrica (a = 1), no aque-cimento a baixa oxidação (a sendo menor que 1), e na faixa da prática usualcorrente de valores do fator de excesso de ar (conforme especificado acimaeles não excedem 2,0). Ela antecipa o defeito de projeto de cada um doscabeçotes regenerados conhecidos. Ela requer a presença de uma certaquantidade de elementos de transferência de calor no espaço interno de talcabeçote. A quantidade de elementos de transferência de calor é ditada portal volume de aquecimento de ar conforme é requerido para garantir a com-bustão da mistura combustível e ar no(s) queimador(es), a um valor ajustadodo fator de excesso de ar que caia dentro da faixa especificada. Afinal, o usode headpieces regeneradas conhecidas em fornos de combustão para o a -quecimento de metais provoca um desperdício de uma quantidade significa-tiva de metal devido à perda de queima resultante do meio de oxidação dosprodutos de combustão, da descarbonização das camadas de superfície dosblocos e da absorção de hidrogênio dos metais.

O cabeçote de regeneração a seguir de um forno de combustão(aquecido com uma mistura de combustível gasoso ou líquido e ar aquecido)é o mais próximo das decisões técnicas oferecidas. Esse cabeçote inclui umespaço interno com duas janelas de entrada-saída. O espaço é preenchidocom uma camada de elementos de transferência de calor na forma de metalou bolas de corindo. Durante o ciclo de operação, o cabeçote regenerador éusado para o aquecimento dos mencionados elementos de transferência decalor usando os produtos de combustão. Durante o outro ciclo, ele é usadopara o aquecimento de ar usando os elementos de transferência de caloraquecidos durante o ciclo anterior (I.M. Distergeft and others, RegeneratingHeating Systems for Heating Furnaces of Rolling and Forging Production(History of Development, Theory and Practice), collection of scientific papersMetallurgical Heat Engineering, Volume 5, Ministry of Education and Scienceof Ukraine/National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk,2002, páginas 44-57).

Um defeito do projeto do cabeçote regenerador sob considera-ção, juntamente com os cabeçotes acima mencionadas, consiste na presen-ça de uma certa quantidade de elementos de transferência de calor no es-paço interno. A quantidade de elementos de transferência de calor é ditadapor tal volume de aquecimento de ar como é necessário para garantir acombustão da mistura de combustível e ar no(s) queimador(es) a um valorajustado do fator de excesso de ar que cai dentro da faixa usual conhecidaespecificada acima (valor de α não excede 2,0). O uso desse cabeçote re-generador nos fornos de combustão para o aquecimento direto ou indiretodos metais provoca desperdício de metal na carga ou na fornalha devido àperda de queima e à absorção de hidrogênio dos metais. Como seu uso noforno de combustão, o cabeçote regenerador conhecido especificado garan-te um fornecimento de volumes limitados da mistura combustível-e-ar para oespaço aquecido do forno ou para o tubo radiante (devido ao volume limita-do de elementos de transferência de calor, à taxa limitada de movimentaçãodos produtos de combustão no espaço aquecido do forno, e ao tubo radiantelimitado). Isto resulta em um valor reduzido do componente convencional detroca de calor, um tempo maior para aquecer os produtos tratáveis metálicose não-metálicos, e uma capacidade reduzida do forno. Uma taxa limitada demovimentação dos produtos de combustão também resulta em uma distribu-ição não-uniforme das temperaturas, tanto no próprio forno quanto na carga(produtos submetidos ao tratamento térmico). Isto degrada a qualidade dosprodutos tratados aquecidos.

O objetivo da invenção - três variantes de cabeçote regenerado-res para um forno aquecido direta ou indiretamente aquecido com uma mis-tura de combustível gasoso ou líquido e ar aquecido - é melhorar a qualida-de do metal (carga) submetido ao tratamento térmico. Isto é garantido pelaredução do desperdício de metal no processo de seu tratamento térmico noforno de combustão e a redução do nível de absorção de hidrogênio de me-tais, inclusive ligas de alumínio, titânio e ferro. Quando os cabeçotes regene-radores são usados em fornos diretamente aquecidos, a redução especifica-da de desperdício de metal e a absorção de hidrogênio se referem aos me-tais e aos produtos processados em fornos (isto é, à carga). No caso de umforno indiretamente aquecido, elas se referem às paredes metálicas dos tu-bos radiantes ou potes. Em adição, o objetivo da invenção é também prolon-gar a vida de serviço dos mencionados tubos radiantes e potes, e conse-qüentemente, reduzir as despesas para o tratamento de metais e os custosde produção do tratamento térmico desses metais.

Finalmente, o objetivo da invenção - três variantes dos cabeço-tes regeneradores para o forno de combustão - é aumentar a produtividadedo forno e melhorar a qualidade dos produtos termicamente tratados.

Os objetivos especificados são comuns para todas as variantesda invenção oferecida.

Os objetivos especificados são alcançados com a ajuda das no-vas soluções técnicas especificadas abaixo: três variantes do método e vá-rios dispositivos para a implementação das variantes do método - três vari-antes do dispositivo para o aquecimento do forno de combustão e três vari-antes do cabeçote regenerador do forno de combustão.

SUMÁRIO

A invenção incluindo um grupo de variantes, compreende méto-dos de tratamento térmico de metais e métodos de queima de misturas decombustível líquido ou gasoso e ar aquecido em um forno direta ou indireta-mente aquecido, bem como dispositivos de aquecimento e cabeçotes rege-neradores para a implementação de tais métodos. A invenção, suas varian-tes, pertence aos campos de metalurgia e engenharia mecânica. Elas po-dem ser usadas tanto no tratamento térmico de metais (por exemplo, fusão,aquecimento para deformação, tratamento térmico) e na queima, cozimentoe outros tipos de tratamento térmico de produtos não metálicos tais comoprodutos cerâmicos.

A essência da invenção, e suas variantes, é refletida nas novascaracterísticas técnicas garantindo o alcance de certos valores do fator deexcesso de ar (a) onde a mistura de combustível e ar aquecido excede 2,0 ecai principalmente dentro de uma faixa de até 6,0 na implementação da in-venção.

O resultado técnico na implementação da invenção consiste naredução do desperdício de metal no processo de seu tratamento em um for-no diretamente aquecido (Fig. 4), e da redução do nível de absorção de hi-drogênio dos metais, inclusive ligas de alumínio, titânio e ferro. Na imple-mentação da invenção em fornos indiretamente aquecidos, o resultado téc-nico consiste em uma vida útil mais longa dos tubos radiantes e potes defusão.

A evidência experimental obtida pelos inventores demonstra queo resultado técnico especificado é alcançado por conta da garantia da com-posição relevante da atmosfera (fase gasosa) dos produtos de combustão, asaber, a mistura de ar quente e de combustível líquido ou gasoso a valoresdo fator de excesso de ar α excedendo 2,0.

FIGURAS

A Figura 1 é um diagrama de blocos do dispositivo para aqueci-mento de um forno diretamente aquecido para implementação das primeira esegunda variantes da invenção com cabeçotes regeneradores de acordocom a primeira variante;

a figura 2 é um gráfico de desperdício de metal (eixo Y, g/cm2)contra o fator de excesso de ar α (eixo X, um valor adimensional) no aque-cimento de espécimes de aço St 10;

a figura 3 é um gráfico de concentração de oxigênio O2, dióxidode carbono CO2 e vapor d'água H2O (eixo Y,.) contra o fator de excesso dear α (eixo X, um valor adimensional);

a figura 4 é um gráfico de desperdício de metal (eixo Y, g/cm2)contra o fator de excesso de ar α (eixo X, um valor adimensional) no aque-cimento de espécimes de liga de titânio Ti - 6 Al - 4V;

a figura 5 é um gráfico do volume de elementos de transferênciade calor no cabeçote regenerador na forma de bolas de corindo com um di-âmetro de 20 mm (eixo -Y, m3) contra o consume de combustível, nesse ca-so, consumo de gás natural (eixo X, m3/h) a valores de fator de excesso dear α variando de 2,0 a 7,0;

a figura 6 é um diagrama de bloco simplificado do dispositivopara aquecimento de um forno diretamente aquecido de acordo com a ter-ceira variante, com dois queimadores, dois cabeçotes regeneradores - cadaum dos quais é executado de acordo com a primeira variante dos cabeçotesregeneradores - e uma válvula de reversão de quatro entradas no sistemade troca;

a figura 7 é um diagrama dos cabeçotes regeneradores de acor-do com a segunda variante, com seções arranjadas seqüencialmente e in-terconectadas do espaço interno dos cabeçote regenerador, para a opera-ção a diferentes fatores de excesso de ar α variando no decorrer da opera-ção;

a figura 8 é um diagrama do cabeçote regenerador de acordocom a terceira variante, com espaços internos do cabeçote regenerador ar-ranjados paralelamente uns aos outros, para operação a diferentes fatoresde excesso de ar α variando no decorrer da operação;

a figura 9 é um dispositivo para o aquecimento de um forno indi-etamente aquecido com um tubo radiante;

a figura 10 é um dispositivo para o aquecimento de um forno in-diretamente aquecido com um pote de fusão;

a figura 11 é a parte esquerda de um diagrama de um esquemaexperimental para a implementação do método oferecido;

a figura 12 é a parte direita de um diagrama de um esquema ex-perimental para a implementação do método oferecido;DESCRIÇÃODescrição da Invenção

Os métodos e dispositivos abaixo diferem de seus protótipos esão oferecidos para atingir os objetivos acima mencionados.

Um método de tratamento térmico de metal em um forno diretaou indiretamente aquecido (a primeira variante do método) com base nacombustão de uma mistura de combustível líquido ou gasoso e ar aquecidoa um certo vaíor do fator de excesso de ar, caracterizado pelo afato de que amistura especificada de combustível e ar é queimada a um valor do fator deexcesso de ar excedendo 2,0 e principalmente ajustado dentro de uma faixade até 6,0.

Um método de tratamento térmico de metal em um forno diretaou indiretamente aquecido (a segunda variante do método) com base nacombustão de uma mistura de combustível líquido ou gasoso e ar aquecido,incluindo o aquecimento do metal até uma temperatura intermediária, o sub-seqüente aquecimento do metal até uma temperatura de operação, e a ma-nutenção do metal a uma temperatura de operação. Em adição, a misturaespecificada de combustível e ar aquecido é queimada, pelo menos no a-quecimento do metal até uma temperatura intermediária a um valor do fatorde excesso de ar que não exceda 2,0. O método é caracterizado pelo fato deque o metal tratável é aquecido até uma temperatura de operação em umaumento do fator de excesso de ar até um valor excedendo 2,0 e caindoprincipalmente dentro de uma faixa de até 6,0. Em adição, a manutenção dometal a uma temperatura de operação é executada a um valor constante ou variável do fator de excesso de ar excedendo 2,0 e caindo principalmentedentro de uma faixa de até 6,0.

Um método de combustão de uma mistura de combustível líqui-do ou gasoso e ar aquecido em um forno direta ou indiretamente aquecido aum certo valor de fator de excesso de ar (a terceira variante do método) ca-racterizado pelo fato de que a mistura especificada de combustível e ar équeimada a um valor do fator de excesso de ar excedendo 2,0 e principal-mente ajustado dentro de uma faixa de até 6,0.Um dispositivo para o aquecimento de um forno direta ou indire-tamente aquecido (primeira variante do projeto do forno), inclusive um espa-ço aquecido com uma janela para a remoção dos produtos de combustão,pelo menos um queimador para a queima do combustível gasoso ou líquido misturado com ar aquecido a uma certa razão de combustível para ar aque-cido, caracterizado por um valor relevante do fator de excesso de ar e umsistema para o aquecimento de ar e fornecimento para cada um dos quei-madores na quantidade necessária - a quantidade necessária sendo umaaquela na qual o valor do fator de excesso de ar excede 2,0 e estáprincipalmente ajustado dentro de uma faixa de até 6,0.

Um dispositivo para o aquecimento de um forno direta ou indire-tamente aquecido (a segunda variante do projeto do forno) que inclui umespaço aquecido, dois queimadores para a queima do combustível gasosoou líquido (misturado com ar aquecido a uma certa razão de combustívelpara ar aquecido caracterizada por um valor relevante do fator de excessode ar), um dueto para o fornecimento de combustível gasoso ou líquido, umdueto para a remoção dos produtos de combustão resfriados, um sistemapara o aquecimento de ar e fornecimento para cada um dos queimadores, eum sistema de controle e troca dos duetos, queimadores e cabeçotes rege-neradores. Os queimadores incluem um dueto para o fornecimento de arpelo lado de fora e dois cabeçotes regeneradores. Cada um dos cabeçotestem um espaço interno com duas janelas de entrada-saída preenchidas comuma camada de uma certa quantidade de elementos de transferência decalor. O projeto do sistema de controle e troca permite a performance defunções ciclicamente mutáveis pelos queimadores e o cabeçote regenera-dor. Quer dizer, durante um ciclo de operação do dispositivo para o aqueci-mento de um forno de combustão, cada um dos cabeçotes regeneradores éusado para o aquecimento de elementos de transferência de calor usandoprodutos de combustão quente. E durante o outro ciclo, cada um deles a-quece ar usando os elementos de transferência de calor aquecidos duranteo ciclo anterior. Durante um ciclo de operação do dispositivo para o aqueci-mento de um forno de combustão, cada um dos queimadores executa asfunções de um queimador. E durante o outro ciclo, cada um deles funcionacomo uma janela para a remoção dos produtos de combustão do espaçoaquecido. O dispositivo é caracterizado pelo fato de que o espaço interno decada um dos cabeçotes regeneradores é preenchida com uma camada devolume de elementos de transferência de calor que corresponde à seguintefórmula:

ν = Κ·α·Βι,

onde V representa o volume da camada de elementos de transferência decalor que enchem o espaço interno do cabeçote regenerador, m3; K repre-senta o fator de proporcionalidade dependendo do tipo de combustível, tipoe tamanho dos elementos de transferência de calor, da temperatura do ar edos produtos de combustão nas janelas de entrada-saída do cabeçote rege-nerador, e a duração do ciclo de operação do dispositivo para o aquecimentodo forno de combustão, h; α representa o fator de excesso de ar escolhidodependendo do modo requerido de tratamento térmico em um forno de com-bustão que exceda 2,0 e cai principalmente dentro de uma faixa de até 6,0 ,um valor adimensional; Bi representa o consumo de combustível (combustí-vel gasoso ou líquido) por queimador, onde α = 1, m3/h.

Um dispositivo para o aquecimento de um forno direta ou indire-tamente aquecido (a terceira variante do projeto do forno) que incluí um es-paço aquecido, dois queimadores para a queima de combustível líquido ougasoso (misturado com ar aquecido a uma certa razão de combustível paraar aquecido caracterizado por um valor relevante do fator de excesso de ar),e dois cabeçotes regeneradores. Cada um dos cabeçotes tem um espaçointerno com duas janelas de entrada-saída preenchidas com uma certaquantidade de uma camada de elementos de transferência de calor. Cadaum dos queimadores é conectado a um dueto para o fornecimento de com-bustível gasoso ou líquido através de um retificador, e é também conectadocom uma das janelas de entrada-saída de um dos cabeçotes regeneradores.A outra janela de entrada-saída de cada um dos cabeçotes é conectada aum dueto para o fornecimento de ar e a um dueto para a remoção dos produ-tos de combustão através de cada um dos cabeçotes individualmente, umaválvula de reversão de três entradas, ou através de ambos os cabeçotes emcombinação, uma válvula de reversão de quatro entradas. O dispositivo écaracterizado pelo fato de que o espaço interno de cada um dos cabeçotesregeneradores é preenchido com um tal volume de camadas de elementosde transferência de calor que corresponde à seguinte fórmula:

V = K-Ot-B1,

onde V representa o volume da camada de elementos de transferência decalor que preenchem o espaço interno do cabeçote regenerador, m3; K re-presenta o fator de proporcionalidade dependendo do tipo de combustível,do tipo e tamanho dos elementos de transferência de calor, da temperaturado ar e dos produtos de combustão nas janelas de entrada-saída do cabeço-te regenerador, e da duração do ciclo de operação do dispositivo para o a-quecimento de um forno de combustão, h; α representa o fator de excessode ar escolhido dependendo do modo requerido de tratamento térmico emum forno de combustão que exceda 2,0 e caia principalmente dentro de umafaixa de até 6,0, um valor adimensional; B1 representa o consumo de com-bustível (combustível gasoso ou líquido) por queimador onde α = 1, m3/h.

Um cabeçote regenerador de um forno direta ou indiretamenteaquecido (primeira variante do regenerador) aquecido com uma misturaqueimada de combustível líquido ou gasoso e ar aquecido a uma certa razãode combustível para ar aquecido, caracterizado por um valor relevante dofator de excesso de ar, e incluindo um espaço interno com duas janelas deentrada-saída preenchida com uma certa quantidade de uma camada deelementos de transferência de calor. É caracterizada pelo fato de que o es-paço interno do cabeçote regenerador é preenchido com um volume de umacamada de elementos de transferência de calor que corresponde à seguintefórmula:

V = K-Ci-B1,

onde V representa o volume de uma camada de elementos de transferênciade calor que preenchem o espaço interno do cabeçote regenerador, m3; Krepresenta o fator de proporcionalidade que depende do tipo de combustível,do tipo e do tamanho dos elementos de transferência de calor, da temperatu-ra do ar e dos produtos de combustão nas janelas de entrada-saída do ca-beçote regenerador e da duração do ciclo de operação do dispositivo paraaquecimento do forno de combustão, h; α representa o fator de excesso dear escolhido dependendo do modo requerido de tratamento térmico no fornode combustão que excede 2,0 e cai principalmente dentro de uma faixa deaté 6,0, um valor adimensional; Bi representa o consumo de combustível(combustível gasoso ou líquido) por cabeçote regenerador onde α = 1, m3/h.

Um cabeçote regenerador de um forno direta ou indiretamenteaquecido (segunda variante do cabeçote) aquecido com uma mistura quei-mada de combustível gasoso ou líquido e ar aquecido a uma certa razão decombustível para ar aquecido, caracterizado por um valor relevante do fatorde excesso de ar, e incluindo um espaço interno cheio com elementos detransferência de calor e conectado a um espaço sub-cabeçote localizadodebaixo dele. Em adição, o espaço interno especificado tem uma janela deentrada-saída na parte superior e o mencionado espaço sub-cabeçote temoutra janela de entrada-saída com uma válvula de fechamento. O cabeçote écaracterizado pelo fato de que o espaço interno preenchido com elementosde transferência de calor é projetado na forma de várias (pelo menos duas)seções localizadas uma sob a outra. Cada uma das seções, exceto a mais inferior, é conectada à seção inferior com a ajuda de um espaço sub-cabeçote adicional localizado entre essas seções. O espaço adicional temuma janela de entrada-saída adicional com uma válvula de fechamento adi-cional. Cada seção do espaço interno é preenchida com um certo volume deuma camada de elementos de transferência de calor, cujo volume total cor-responde à fórmula:

<formula>formula see original document page 35</formula>

onde Vmax representa o volume total das camadas de elementos de transfe-rência de calor de todas as seções do espaço interno do cabeçote regenera-dor, m3; K representa o fator de proporcionalidade dependendo do tipo decombustível, do tipo e tamanho dos elementos de transferência de calor, datemperatura do ar e dos produtos de combustão nas janelas de entrada-saída do cabeçote regenerador, e da duração do ciclo de operação do dis-positivo para o aquecimento de um forno de combustão h; Omax representa ofator de excesso de ar máximo do cabeçote regenerador escolhido depen-dendo do modo requerido de tratamento térmico no forno de combustão que2,0 e cai principalmente dentro de uma faixa de até 6,0 , um valor adimensi-onal; B1 representa o consumo de combustível (combustível gasoso ou líqui-do) por cabeçote regenerador onde α = 1, m3/h; além disso, o fator de ex-cesso de ar máximo do cabeçote regenerador e os fatores de excesso de arpara cada seção do espaço interno do cabeçote regenerador são relaciona-dos entre si pela fórmula:

Ocmax = Iai,

onde ai representa o valor escolhido do fator de excesso de ar da seção I doespaço interno do cabeçote regenerador, um valor adimensional; i represen-ta o número ordinal de seções do espaço interno do cabeçote regenerador,variando de 1 a n, onde η é igual ao número de seções do espaço interno docabeçote regenerador; e o volume da camada de elementos de transferênciade calor que preenche cada seção do espaço interno corresponde à fórmula:

Vj = K·a,·Bi,

onde Vj representa o volume da camada de elementos de transferência decalor da seção i do espaço interno do cabeçote regenerador, m3 (a variável ie os membros K, Bi estão definidos acima).

Um cabeçote regenerador de um forno direta ou indiretamenteaquecido (terceira variante do cabeçote) aquecido com uma mistura quei-mada de combustível líquido ou gasoso e ar aquecido a uma certa razão decombustível para ar aquecido, caracterizado por um valor relevante do fatorde excesso de ar, e inclui o primeiro espaço interno preenchido com um cer-to volume de uma camada de elementos de transferência de calor, com duasjanelas de entrada-saída. A janela superior é conectada à janela superior deentrada-saída do cabeçote regenerador. A janela inferior tem a primeira vál-vula de desligamento. O cabeçote é caracterizado pelo fato de que o cabe-çote regenerador é ajustado com pelo menos um espaço interno adicionalcheio com um certo volume de uma camada de elementos de transferênciade calor. O espaço adicional tem seu próprio espaço sub-cabeçote, e janelassuperior e inferior de entrada-saída. A janela superior é conectada à janelasuperior de entrada-saída do cabeçote regenerador. A janela inferior é ajus-tada com uma válvula de desligamento adicional. Além disso, o volume totaldas camadas de elementos de transferência de calor em todos os espaçosinternos do cabeçote regenerador corresponde à fórmula:

Vmax = K · αmax * B1r,

onde Vmax representa o volume total de camadas de elementos de transfe-rência de calor de todos os espaços internos do cabeçote regenerador, m3; Krepresenta o fator de proporcionalidade dependendo do tipo de combustível,do tipo e tamanho dos elementos de trasferência de calor, da temperatura doar e dos produtos de combustão nas janelas de entrada-saída do cabeçoteregenerador, e da duração do ciclo de operação do dispositivo para o aque-cimento de um forno de combustão, h; ow representa o fator de excesso dear máximo do cabeçote regenerador escolhido dependendo do modo reque-rido de tratamento térmico no forno de combustão que excede 2,0 e cai prin-cipalmente dentro de uma faixa de até 6,0 , um valor adimensional; B1 repre-senta o consumo de combustível (combustível gasoso ou líquido) por cabe-çote regenerador onde α = 1, m3/h; além disso, o fator de excesso de ar má-ximo do cabeçote regenerador e os fatores de excesso de ar para cada es-paço interno do cabeçote regenerador estão relacionados uns aos outrospela fórmula:

αmax = Σ αi,

onde ai representa o valor escolhido do fator de excesso de ar do espaçointerno i do cabeçote regenerador, um valor adimensoal; i representa o nú-mero ordinal do espaço interno do cabeçote regenerador, variando de 1 a n,onde η é igual ao número de espaços internos do cabeçote regenerador; e ovolume da camada de elementos de transferência de calor que preenchecada espaço interno corresponde à fórmula:

Vi = K-αi-Bi,

onde Vi representa o volume da camada de elementos de transferência decalor do espaço interno i do cabeçote regenerador, m3 (a variável i e osmembros K, B1 estão definidos acima).As inovações de todos os métodos e dispositivos oferecidos sãorefletidas em novas características técnicas introduzidas nos protótipos. Elasse referem à garantia dos valores do fator de excesso de ar α excedendo 2,0e caindo principalmente dentro de uma faixa de até 6,0. Para os métodos,essas novas características técnicas consistem de novos modos para a im-plementação dos métodos oferecidos, e, para os dispositivos, elas se refe-rem a novas características de design descritas funcionalmente para o sis-tema de aquecimento de ar para um forno de combustão conforme a primei-ra variante do dispositivo de aquecimento. Alternativamente, elas se referemàs características caracterizadas (para outras variantes do dispositivo) pelovolume de elementos de transferência de calor localizados nos espaços (ouseções) internos dos cabeçotes regeneradores dos fornos de combustão.

Com base nas evidências experimentais obtidas pelos autoresda presente invenção, foi especificado abaixo um novo, surpreendente (emtermos de nível técnico), e imprevisível resultado técnico a partir do empregodas decisões técnicas oferecidas, segundo as quais, o combustível é quei-mado em fornos direta ou indiretamente aquecidos a altos valores do fatorde excesso de ar (a excede 2,0). O resultado técnico interessante obtidofornece um novo olhar na eficiência dos métodos existentes para o controleda escamação, e da descarbonização e absorção de hidrogênio dos metais.Ele é também indicativo da abrdagem compreensiva à solução para essesproblemas.

O emprego de todas as variantes oferecidas do método e dispo-sitivos para o tratamento térmico de metais e produtos (lingotes, blocos, etc.)de aço e de ligas não-ferrosas, e de ligas de titânio (em particular, em umforno direta ou indiretamente aquecido), garante uma redução significativade desperdício de metal se comparado com o protótipo, conforme mostradonos exemplos abaixo do método de implementação: para aço St, a reduçãoatinge a 40%, para liga de titânio, Ti - 6 Al - 4V o desperdício de metal é re-duzido quase 2,5 vezes.

O nível reduzido de desperdício de metal no aquecimento, deacordo com a invenção oferecida, é comparável ao nível de perda de queimano aquecimento do ar em fornos elétricos. O nível reduzido de desperdíciode metal no aquecimento, de acordo com a invenção oferecida, é compará-vel ao nível de perda de queima no aquecimento de ar em fornos elétricos.Entretanto, no aquecimento de fornos com gás natural, o custo unitário deaquecimento de 1 tonelada de produtos é muitas vezes menor que o custounitário de aquecimento elétrico [o trabalho acima especificado deM.A. Kasenkov, páginas 434-435, bem como o artigo (Issues of Energy Sa-ving upon Heating of Products of Titanium and Aiuminium Alloys Prior toChipless Shaping, M.D. Kazyaev, V.P. Markin, V.G. Lisienko1N.B. Loshkarev, E.V. Kiselev, V.A. Savelyev, V.Ya. Tsimerling, collected bo-ok Thermal Physics and Information Science in Metallurgy: Problems andAchievements, Materials of International conference devoted to the 300th an-niversary of metallurgy in the Urais, the 80th anniversary of the Faculty of Me-tallurgy and Department of Thermal Physics and Information Science in Me-tallurgy, Ekaterinburg1 2000, páginas 265-272).

Além disso, a redução na absorção de hidrogênio de metais esuas ligas, por exemplo, titânio e ligas de titânio, magnésio e ligas de mag-nésio, aço, é garantida.

O resultado técnico especificado dos métodos e dispositivos deaquecimento direto e indireto oferecidos é alcançado pela garantia da com-posição relevante do meio (fase gasosa) dos produtos de combustão, a mis-tura de ar quente e combustível líquido ou gasoso nos valores propostos dofator de excesso de ar α excedendo 2,0. Em particular, a redução reveladana concentração (pressão parcial) do vapor d'água, mesmo no aumento daconcentração (pressão parcial) de oxigênio, é responsável pela redução naperda de queima e na absorção de hidrogênio dos metais.

O emprego dos métodos e dispositivos oferecidos em fornos derevérbero diretamente aquecidos para a fusão de metais não-ferrosós tam-bém permitirá um aumento no rendimento do metal por conta da redução daperda de queima.

O emprego do método e dispositivos oferecidos em fornos indi-retamente aquecidos garante uma vida útil mais longa das fornalhas (tubosradiantes, potes de fusão) bem como uma redução relevante das despesasde operação e dos custos de produção do tratamento térmico de metais porconta da redução da perda de queima das paredes da fornalha.

No tratamento térmico de produtos metálicos e não-metálicosusando-se os métodos e dispositivos oferecidos em fornos direta ou indire-tamente aquecidos com o fator de excesso de ar excedendo 2,0 , e um vo-lume aumentado de ar é fornecido ao espaço aquecido do forno ou ao tuboradiante. Em adição, o componente convencional de troca de calor aumentapor conta de um aumento na taxa de movimentação dos produtos de com-bustão no espaço aquecido do forno ou no tubo radiante. O resultado é umaredução no tempo de transferência de calor dos produtos de combustão paraos produtos tratados no forno de combustão e um aumento na capacidadedo forno. A redução no tempo de aquecimento garante uma redução adicio-nal da perda de queima, e da descarbonização e absorção de hidrogêniodos metais aquecidos.

O custo reduzido do tratamento térmico de metais no aqueci-mento e a comparabilidade alcançada de níveis de perda de queima (obtidausando-se os métodos oferecidos e os métodos conhecidos de aquecimentode metal a ar em um forno elétrico) garante uma expansão do escopo deaplicação do método e dos dispositivos oferecidos implementando-o, e umasubstituição do método conhecido de tratamento térmico de metais em for-nos elétricos para o método oferecido.

A segunda variante do método para o tratamento térmico de me-tais em um forno direta ou indiretamente aquecido (aquecimento de três es-tágios com valor variável de a) é mais econômico se comparado à primeiravariante de um estágio (com valor constante de a). No primeiro estágio deimplementação da segunda variante do método, no aquecimento até umatemperatura intermediária quando a temperatura da superfície do metal éparticularmente baixa (por exemplo, para o aço ela não excede 650-800DC)e o processo de oxidação progride lentamente, é impraticável aumentar ovalor do fator de excesso de ar e usar a energia elétrica para forne-cer/remover os volumes aumentados do ar e dos produtos de combustão. Aperda de queima aumenta (virtualmente exponencialmente) com um aumen-to na temperatura nos segundo e terceiro estágios do método de implemen-tação (aquecimento até a temperatura de operação e manutenção à tempe-ratura de operação), e tem que ser controlada através de um aumento novalor do fator de excesso de ar α e um fornecimento de uma quantidade adi-cional relevante de ar aquecido ao queimador. Em adição, os custos de e-nergia são contrabalançados pela redução na oxidação do metal nos fornose um correspondente aumento no rendimento do metal. Um efeito similar éobtido no tratamento térmico dos metais carregados de hidrogênio.

A primeira variante do dispositivo para o aquecimento de um for-no direta ou indiretamente aquecido é o mais geral de todos os dispositivosoferecidos, garantindo solubilidade do serviço ajustado. É garantida por con-ta do projeto do sistema de aquecimento de ar e fornecimento a cada quei-mador na quantidade requerida. Ela permite o aquecimento e fornecimentode ar em uma quantidade garantindo um valor do fator de excesso de ar ex-cedendo 2,0 e ajustado principalmente dentro de uma faixa de até 6,0. Essavariante pressupõe o uso de pelo menos um queimador no forno de combus-tão. Um fornecimento de ar aquecido a esse queimador pode ser garantidotanto com a ajuda dos cabeçotes regeneradores, alternativamente operandono modo de pulsos, quanto pelo uso do regenerador ou aquecedor elétricopara o aquecimento de ar em modo contínuo.

A segunda variante do dispositivo para aquecimento de um fornodireta ou indiretamente aquecido atende um projeto ótimo de um forno decombustão atingindo o objetivo da invenção. Ele inclui dois queimadores,operando alternativamente para a queima de combustível, dois cabeçotesregeneradores, e um sistema de controle e troca garantindo uma operaçãoalternativa de cada cabeçote regenerador para o aquecimento do ar forneci-do aos queimadores (modo pulso cíclico). Cada um dos cabeçotes garante aimplementação dos métodos oferecidos de aquecimento de um forno decombustão a um fator de excesso de ar α excedendo 2,0 (principalmentevariando até 6,0).

A terceira variante do dispositivo para o aquecimento de um for-no direta ou indiretamente aquecido atende a um projeto de forno de com-bustão que atinge o objetivo da invenção. Ele inclui dois queimadores, ope-rando alternadamente para a queima do combustível, e dois cabeçotes re-generadores e válvulas de reversão (duas válvulas de três entradas ou umaválvula de quatro entradas). As válvulas são usadas como um dos projetosdo sistema de trocas, garantindo uma operação alternativa de cada cabeçoteregenerador para o aquecimento do ar fornecido aos queimadores no modode pulso cíclico. Cada um dos cabeçotes garante a implementação dos mé-todos oferecidos de aquecimento de um forno de combustão a um fator deexcesso de ar α excedendo 2,0 (principalmente variando até 6,0).

As variantes oferecidas do cabeçote regenerador de um fornodireta ou indiretamente aquecido resolve a tarefa ajustada usando elementos(peças) do forno de combustão oferecido para o aquecimento de metal.

A primeira variante do cabeçote regenerador corresponde aomais geral dos projetos oferecidos de tais cabeçotes, garantindo a imple-mentação dos métodos oferecidos do aquecimento de um forno direta ouindiretamente aquecido a um fator de excesso de ar α excedendo 2,0 (vari-ando principalmente até 6,0) para o volume de elementos de transferênciade calor no espaço interno do cabeçote especificado nas reivindicações dapatente.

A segunda variante do cabeçote regenerador consiste em umprojeto do cabeçote regenerador com o posicionamento de várias seções doespaço interno do cabeçote regenerador (preenchida com elementos detransferência de calor) uma sobre a outra, As seções são interconectadascom a ajuda de espaços sub-cabeçotes adicionais, de tal forma que as se-ções especificadas sejam posicionadas sucessivamente em relação umas àsoutras de forma que o fluxo de ar aquecido ou de produtos resfriados dacombustão da mistura combustível-e-ar corra através de um cabeçote novolume especificado de elementos de transferência de calor em cada seçãodo espaço interno dos cabeçotes. A presença da janela de entrada-saídacom a válvula de desligamento em cada espaço sub-cabeçote adicional decada seção, permite uma oportunidade de colocar-se uma ou outra seqüên-cia de seções em operação e, conseqüentemente, usar o cabeçote regene-rador na segunda variante do método oferecido a vários valores do fator deexcesso de ar a, inclusive valores excedendo 2,0 (variando principalmenteaté 6,0).

A terceira variante do cabeçote regenerador é um projeto do ca-beçote regenerador com vários espaços internos do cabeçote regeneradorpreenchidos com elementos de transferência de calor, paralelos uns aos ou-tros e para permitir o fluxo de gás. Cada um dos espaços internos tem seuespaço sub-cabeçote e uma janela de entrada-saída com uma válvula dedesligamento. A presença da válvula de desligamento garante uma oportu-nidade para cortar o processo de aquecimento de ar em qualquer um dosespaços internos do cabeçote, isto é, uma oportunidade para empregar estecabeçote a diferentes valores do fator de excesso de ar a, variável no pro-cesso de implementação da segunda variante do método oferecido, inclusivevalores excedendo 2,0 (variando principalmente até 6,0).

Assim, as segunda e terceira variantes do cabeçote regeneradorpodem ser usadas com a implementação da segunda variante do método detratamento térmico de metais em fornos direta ou indiretamente aquecidos,inclusive aquecimento de três estágios com um valor variável de α. O em- prego de tais cabeçotes regeneradores no aquecimento, com um valor vari-ável de fator de excesso de ar a, reduz a inércia térmica do cabeçote nasmudanças no valor do fator a, através da alteração física do volume de ele-mentos de transferência de calor do cabeçote na operação. Ele diminui ainfluência do ar (aquecido nos cabeçotes) na temperatura do forno, e garan-te um aumento na estabilidade de manutenção das presentes condições detemperatura durante o tratamento térmico do metal.Melhor Modo do Projeto da Invenção

Ilustrado na Fig. 1 está um forno 1 para o tratamento térmico dometal, operando com um valor constante, invariável do fator de excesso dear (no decurso do tratamento) que corresponde às primeira e segunda vari-antes do dispositivo para aquecimento de um forno diretamente aquecido.Ele inclui dois queimadores, dois cabeçotes regeneradores - cada um dosquais é executado de acordo com a primeira variante do cabeçote regenera-dor - e duas válvulas de reversão de três entradas no sistema de controle etroca. Esta é a primeira variante do método oferecido do tratamento térmicode metal a um valor constante, invariável do fator de excesso de α (no de-curso do tratamento térmico), e é implementado otimamente.

O forno 1 é ajustado em uma base 2. Ele tem um dispositivo deaquecimento incluindo um espaço aquecido 3 (também referido como espa-ço de trabalho) no qual a plataforma (fundo) 5 com o metal tratado termica-mente 6 está localizada nas rodas (trilhos) ou cilindros 4. Produtos de metaisferrosos ou não-ferrosos e suas ligas podem ser inseridos no forno 1 paratratamento térmico. Fechos de areia (selos) 7 entre a plataforma 5 e a pare-de de um espaço aquecido 3 garante a selagem do espaço aquecido 3. Odispositivo de aquecimento inclui queimadores ajustados no forro do forno 1:o primeiro queimador 8 está à esquerda, o segundo queimador 9 está à di-reita. Cada queimador (8, 9) tem uma pedra de queimador (10, 11, respecti-vamente), um dispositivo de ignição (não indicado no diagrama) e um dueto(lanças de gás) 12, 13 para o fornecimento de combustível gasoso que éconectado a um outro dueto (tubulação comum) 16 para o fornecimento decombustível gasoso para o forno 1 e operado por uma válvula de desliga-mento de duas entradas, operada por piloto 14,15.

No projeto descrito do forno de combustão 1, a janela de saída(pedra de queimador) 17, 18 de cada queimador 8, 9 é usada como umafonte de chama de queimador se o queimador estiver ligado. Se o queimadorestiver desligado, ele funciona como uma janela para a remoção de produi-tos de combustão quentes do espaço de trabalho (esoaço aquecido) 3 doforno 1.

No forro do forno 1, dois cabeçotes regeneradores são ajusta-das: o primeiro cabeçote 19 está localizado à esquerda do eixo de simetriavertical do forno, o segundo cabeçote 20 está localizado à direita do eixo.Cada um dos cabeçotes 19, 20 é projetado na forma de uma câmara forradacom espaço interno 21, 22 cheio com elementos de transferência de calor,por exemplo, na forma de uma camada de bolas de bola ou de metal. O es-paço interno 21, 22 de cada cabeçote 19, 20 tem uma janela superior de en-trada-saída 23, 24 e uma janela inferior de entrada-saída 25, 26. Elementosde transferência de calor no espaço interno 21 (22) de cada cabeçote 19(20) são incrustrados em uma lareira sob a qual há um espaço sub-cabeçotecom uma janela inferior de entrada-saída 25 (26).

Cada um dos cabeçotes regeneradores 19 (20) ilustrado na Fig.1 refere-se à primeira variante do cabeçote considerada como uma inven-ção. Seu projeto pressupõe que ela pode conter um volume de elementos detransferência de calor em seu espaço interno 21 (22) que atende à invenção.Ela garante um valor objetivado do fator de excesso de ar excedendo 2,0 ecaindo principalmente dentro da faixa de até 6,0. Nenhum dispositivo paramedição do volume especificado de elementos de transferência de calor,diretamente no processo de tratamento térmico de metal, é previsto nessescabeçotes (19, 20).

Durante um ciclo de operação do dispositivo para o aquecimentodo forno de combustão, cada um dos cabeçotes 19, 20 é usado para o a-quecimento de elementos de transferência de calor, ou bolas de corindo, emparticular, com produtos de combustão quentes. Durante o outro ciclo, cadauma delas é usada para o aquecimento de ar usando os elementos de trans-ferência de calor aquecidos durante o ciclo anterior. Para tornar tal operaçãodos cabeçotes possível, a janela de entrada-saída superior 23 (24) do cabe-çote 19 (20) é conectada a um dueto 12 (13) do queimador 8 (9) com a ajudade um outro dueto 27 (28) e com a janela de saída 17 (18) do queimador 8(9) através desse dueto 12 (13). A janela inferior de entrada-saída 25 (26) docabeçote 19 (20) é conectada a um dueto 33 para o fornecimento de ar "frio",não-aquecido, de fora (fonte de ar, ventilador não indicado) e a um dueto 34para remoção dos produtos de combustão resfriados. A conexão é assegu-rada através de uma válvula de reversão de três entradas 31 (32), operadapor piloto, com a ajuda de uma junção de tubo 29 (30). Um dueto 34 é co-nectado a um exaustor de fumaça e a uma chaminé (não indicada no dia-grama).

A válvula de desligamento 14 (15) tem duas posições - aberta efechada. A válvula aberta 14 (15) garante o fornecimento de combustívelgasoso do dueto 16 para o queimador 8 (9). A válvula fechada 14 (15) desli-ga o fornecimento de combustível ao queimador. Ao mesmo tempo, a válvu-la fechada evita o escapamento de produtos de combustão fornecidos à ja-nela 17 (18) do queimador 8 (9) do espaço aquecido 3 do forno 1, e direcio-na esses produtos de combustão para o espaço interno 21 (22) do cabeçote19 (20) através do dueto 27 (28) e a janela de entrada-saída superior 23(24).

A válvula de reversão de três entradas 31 (32) tem também duasposições - a primeira e a segunda. Na primeira posição, a válvula 31 (32)garante a conexão da janela inferior de entrada-saída 25 (26) do cabeçote(20) com o dueto 34 para a remoção de produtos de combustão resfria-dos do cabeçote 19 (20) através da junção de tubo 29 (30). Na segunda po-sição, a válvula 31 (32) garante a conexão da janela inferior de entrada-saída 25 (26) do cabeçote 19 (20) ao dueto 33 para o fornecimento de ar frioaos cabeçotes 19,20 através da junção de tubo 29 (30).

Se o queimador 8 (9) estiver ligado, o dueto 27 (28) do cabeçote19 (20) serve para fornecer ar aquecido do cabeçote 19 (20) para o queima-dor 8 (9). Se o queimador 8 (9) estiver desligado, os produtos de combustãodo espaço de trabalho 3 do forno 1 são fornecidos ao cabeçote 19 (20) atra-vés do dueto 27 (28). Assim, o ar aquecido no espaço interno 21, 22 do ca-beçote 19, 20 flui em cada cabeçote de baixo para cima (conforme a Fig. 1),enquanto os produtos de combustão quentes se movem no espaço interno21, 22 do cabeçote 19, 20 de cima para baixo.

Para remover a carepa dos elementos de transferência de calore para removê-los do cabeçote 8 (9), uma janela 35 (36) é posicionada naparte inferior de cada cabeçote, usada também para carregamento de novoselementos de transferência de calor. A remoção ou carregamento de ele-mentos de transferência de calor com a ajuda das portas 37 (38) e janelas35 (36) leva cerca de 20-30 minutos. Na prática, essas operações são ge-ralmente executadas quando se usa o forno 1, durante uma pausa entre asoperações de tratamento térmico de metais.Há um módulo de controle 39 para gerenciar a operação do dis-positivo para o aquecimento do forno 1. As saídas 40, 41, 42 e 43 dessemódulo são conectadas a entradas de controle das válvulas 31, 14, 15 e 32,respectivamente. Para tornar síncrono o fornecimento de combustível aosqueimadores 8, 9 , o módulo de controle 39 para a ignição da mistura decombustível e ar aquecido tem conexões correspondentes com os dispositi-vos de ignição dos queimadores 8, 9 (não indicadas no diagrama). O módulode controle 39 determina os ciclos de operação dos queimadores 8, 9 e doscabeçotes regeneradores 19, 20.

Nesse caso, o sistema de aquecimento de ar e fornecimento oqueimador 8 (9) na quantidade requerida inclui um dueto 33 para o forneci-mento de ar de fora, um dueto 34 para a descarga dos produtos de combus-tão resfriados e dois cabeçotes regeneradores 19, 20. Nesse caso, o siste-ma de aquecimento e fornecimento de ar ao queimador 8 (9) na quantidaderequerida inclui um dueto 33 para o fornecimento de ar de fora, um dueto 34para a descarga de produtos de combustão resfriados e dois cabeçotes re-generadores 19, 20. Cada um dos cabeçotes tem um espaço interno 21, 22com duas janelas de entrada-saída 23, 25 e 24, 26 que são preenchidascom uma camada de bolas de corindo, usada como um certo volume de e-lementos de transferência de calor. As janelas de entrada-saída 23, 26 doscabeçotes regeneradores 19, 20 são conectadas ao dueto 33 para o forne-cimento de ar de for a, a janela de saída 17, 18 do espaço aquecido no forno1, os queimadores 8, 9, e o dueto 34 para remoção de produtos de combus-tão resfriados, conforme especificado acima. Os detalhes do projeto para omelhor modo da invenção, o preenchimento dos cabeçotes regeneradorescom elementos de transferência de calor, os cálculos dos parâmetros doscabeçotes regeneradores, e a operação do dispositivo estão especificadosabaixo.

Claims

1. Método de tratamento térmico de metal em um forno direta ouindiretamente aquecido, com base na combustão de uma mistura de com-bustível líquido ou gasoso e ar aquecido a um certo valor do fator de exces-so de ar, caracterizado pelo fato de que a mistura especificada de combustí-vel e ar é queimada a um valor do fator de excesso de ar 2,0 e principalmen-te ajustado dentro de uma faixa de até 6,0.

2. Método de tratamento térmico de metal em um forno direta ouindiretamente aquecido, com base na combustão de uma mistura de com-bustível líquido ou gasoso e ar aquecido inclusive o aquecimento do metalaté uma temperatura intermediária, o aquecimento subseqüente do metal atétemperatura de operação, e manutenção do metal à temperatura de opera-ção; onde a mistura especificada de combustível e ar aquecido é queimadapelo menos no aquecimento do metal até uma temperatura intermediária aum valor do fator de excesso de ar não excedendo 2,0; caracterizado pelofato de que o metal tratado é aquecido até uma temperatura de operação noaumento do fator de excesso de ar até um valor excedendo 2,0 e caindoprincipalmente dentro da faixa de até 6,0; e onde a manutenção à tempera-tura de operação é executada a um valor constante ou variável do fator deexcesso de ar excedendo 2,0 e caindo principalmente dentro de uma faixade até 6,0.

3. Método de combustão de uma mistura de combustível líquidoou gasoso e ar aquecido em um forno direta ou indiretamente aquecido a umcerto valor do fator de excesso de ar, caracterizado pelo fato de que a mistu-ra especificada de combustível e ar é queimada a um valor do fator de ex-cesso de ar excedendo 2,0 e principalmente ajustada dentro de uma faixa deaté 6,0.

4. Dispositivo para o aquecimento de um forno direta ou indire-tamente aquecido compreendendo um espaço aquecido com uma janelapara a descarga de produtos de combustão, pelo menos um queimador paraa queima de combustível gasoso ou líquido misturado com ar aquecido auma certa razão de combustível para ar aquecido caracterizado por um valorrelevante do fator de excesso de ar e um sistema para o aquecimento de are seu fornecimento a cada um dos queimadores na quantidade necessária;caracterizado também pelo fato de que o projeto do sistema de aquecimentode ar e seu fornecimento a cada um dos queimadores na quantidade neces-sária permite o aquecimento e fornecimento de ar em uma quantidade quegaranta um valor do fator de excesso de ar excedendo 2,0 e ajustado princi-palmente dentro de uma faixa de até 6,0.

5. Dispositivo para o aquecimento de um forno direta ou indire-tamente aquecido compreendendo um espaço aquecido, dois queimadorespara a queima de combustível gasoso ou líquido misturado com ar quente auma certa razão de combustível para ar quente caracterizado por um valorrelevante do fator de excesso de ar, um dueto para o fornecimento de com-bustível gasoso ou líquido, um dueto para a descarga de produtos de com-bustão resfriados, um sistema para aquecimento de ar e seu fornecimento acada um dos queimadores incluindo um dueto para o fornecimento de ar defor a e dois cabeçotes regeneradores; onde cada um dos cabeçotes tem umespaço interno com duas janelas de entrada-saída cheias com uma camadade elementos de transferência de calor em uma certa quantidade e um sis-tema para o controle e troca de duetos especificados, queimadores e cabe-çotes regeneradores, e projetado com uma capacidade de performance en-volvendo a mudança cíclica de funções entre queimadores e cabeçotes re-generadores; onde cada um dos cabeçotes regeneradores é usado para oaquecimento dos elementos de transferência de calor usando produtos decombustão quentes durante um ciclo de operação da unidade para o aque-cimento do forno de combustão, em particular ele é usado para o aqueci-mento de ar usando os elementos de transferência de calor aquecidos du-rante o ciclo anterior; onde cada um dos queimadores funciona como quei-madores durante um ciclo de operação da unidade para o aquecimento doforno de combustão e como uma janela para a remoção de produtos decombustão do espaço aquecido durante o outro ciclo de operação; o men-cionado dispositivo é caracterizado pelo fato de que o espaço interno de ca-da um dos cabeçotes regeneradores é preenchido com uma camada de umvolume de elementos de transferência de calor correspondendo à seguintefórmula:V = K-CfB1,ondeV representa o volume da camada de elementos de etransferên-cia de calor que preenche o espaço interno do cabeçote regenerador, m3; Krepresenta o fator de proporcionalidade dependendo do tipo de combustível,do tipo e tamanho dos elementos de transferência de calor, da temperaturado ar e dos produtos de combustão na janela de entrada-saída do cabeçoteregenerador, e da duração do ciclo de operação da unidade para o aqueci-mento do forno de combustão, h; α representa o fator de excesso de ar es-colhido dependendo do modo requerido de tratamento térmico no forno decombustão que excede 2,0 e cai principalmente dentro de uma faixa de até-6,0 , um valor adimensional; e B1 representa o consumo de combustível(combustível gasoso ou líquido) por queimador, onde α = 1, m3/h.

6. Dispositivo para o aquecimento de um forno direta ou indire-tamente aquecido compreendendo um espaço aquecido, dois queimadorespara a queima de combustível gasoso ou líquido misturado com ar aquecidoa uma certa razão de combustível para ar aquecido caracterizado por umvalor relevante do fator de excesso de ar, e dois cabeçotes regeneradores;onde cada um dos cabeçotes tem um espaço interno com duas janelas deentrada-saída cheias com uma camada de elementos de transferência decalor em uma certa quantidade; onde cada um dos queimadores é conecta-do a um dueto para o fornecimento de combustível gasoso ou líquido atravésde um retificador e é também conectado a uma das janelas de entrada-saídade um dos cabeçotes regeneradores; onde a outra janela de entrada-saídade cada um dos cabeçotes e conectada a um dueto para o fornecimento dear, e a um dueto para a remoção dos produtos de combustão através de ca-da um dos cabeçotes individualmente, uma válvula de reversão de três en-tradas, ou através de ambos os cabeçotes em combinação, uma válvula dereversão de quatro entradas; o mencionado dispositivo é caracterizado pelofato de que o espaço interno década um dos cabeçotes regeneradores épreenchido com uma camada de volume de elementos de transferência decalor que corresponde à seguinte fórmula:V = K · α· Bi,ondeV representa o volume da camada de elementos de transferên-cia de calor que preenche o espaço interno do cabeçote regenerador, m3; Krepresenta o fator de proporcionalidade dependendo do tipo de combustível,do tipo e tamanho dos elementos de transferência de calor, da temperaturado ar e dos produtos de combustão nas janelas de entrada-saída do cabeço-te regenerador, descricação do ciclo de operação da unidade para o aque-cimento do forno commbustão, h; α representa o fator de excesso de arescolhido depe <some text missing on the original page> ;o modo requerido de tratamento térmico no forno decombustão q [Some texts missing on original document]2,0 e cai principalmente dentro de uma faixa de até-6,0 , um valor; [Some texts missing on original document]; B1 representa o consumo de combustível (com-bustível gasoso [Some texts missing on original document] por queimador onde α = 1, m3/h.

7. Cabei o regenerador de um forno direta ou indiretamenteaquecido com uma rnLíüra queimada de combustível líquido ou gasoso e araquecido a uma certa razão de combustível para ar aquecido caracterizadopor um valor relevante do fator de excesso de ar compreendendo um espaçointerno com duas janelas de entrada-saída preenchido com uma camada deelementos de transferência de calor em uma certa quantidade; caracterizadopelo fato de que o espaço interno do cabeçote regenerador é preenchidocom uma camada de um volume de elementos de transferência de calor quecorresponde à seguinte fórmula:V = Koc-B1,ondeV representa o volume da camada de elementos de transferên-cia de calor que enchem o espaço interno do cabeçote regenerador, m3; Krepresenta o fator de proporcionalidade dependendo do tipo de combustível,do tipo r tamanho dos elementos de transferência de calor, da temperaturado ar e dos produtos de combustão nas janelas de entrada-saída do cabeço-te regenerador, e da duração do ciclo de operação da unidade para aqueci-mento do forno de combustão, h; α representa o fator de excesso de ar es-colhido dependendo do modo de tratamento térmico requerido no forno decombustão que excede 2,0 e cai principalmente dentro de uma faixa de até-6,0 , um valor adimensional; B1 representa o consumo de combustível (com-bustível líquido ou gasoso) por cabeçote regenerador onde α = 1, m3/h.

8. Cabeçote regenerador de um forno direta ou indiretamenteaquecido com uma mistura queimada de combustível líquido ou gasoso e araquecido a uma certa razão de combustível para ar aquecido caracterizadapor um valor relevante do fator de excesso de ar compreendendo um espaçointerno cheio com elementos de transferência de calor e conectada a umespaço sub-cabeçote localizado embaixo dela; onde a o espaço interno temuma janela de entrada-saída na parte superior e o espaço sub-cabeçote temoutra janela de entrada-saída com uma válvula de fechamento; onde o ca-beçote é caracterizada pelo fato de que o espaço interno cheio com elemen-tos de transferência de calor é projetado na forma de várias - pelo menosduas - seções localizadas uma sob a outra, cada uma das quais, com exce-ção da seção mais inferior, é conectada à seção inferior com a ajuda de umespaço sub-cabeçote adicional localizado entre essas seções; onde cada umdesses espaços adicionais tem uma janela adicional de entrada-saída comuma válvula de fechamento adicional; onde cada seção do espaço interno épreenchida com um certo volume da camada de elementos de transferênciade calor, com o volume total correspondendo à seguinte fórmula:Vmax = K · (Xmax * Bi,ondeVmax representa o volume total de camadas de elementos detransferência de calor de todas as seções do espaço interno do cabeçoteregenerador, m3; K representa o fator de proporcionalidade dependendo dotipo de combustível, do tipo e tamanho dos elementos de transferência decalor, da temperatura do ar e dos produtos de combustão nas janelas deentrada-saída do cabeçote regenerador, e da duração do ciclo de operaçãoda unidade para aquecimento de um forno de combustão, h; Omax representao fator de excesso de ar máximo do cabeçote regenerador escolhido depen-dendo do modo requerido de tratamento térmico no forno de combustão queexcede 2,0 e cai principalmente dentro de uma faixa de até 6,0 , um valoradimensional; B1 representa o consumo de combustível (combustível gasosoou líquido) por cabeçote regenerador onde α = 1, m3/h; onde o fator de ex-cesso de ar máximo do cabeçote regenerador e os fatores de excesso de arpara cada seção do espaço interno do cabeçote regenerador são relaciona-dos uns aos outros pela fórmula:αmax = Σ αi,ondeαi representa o valor escolhido do fator de excesso de ar da seção i do es-paço interno do cabeçote regenerador, um valor adimensional; i representa onúmero ordinal da seção do espaço interno do cabeçote regenerador, vari-ando de 1 a n, onde η é igual ao número de seções do espaço interno docabeçote regenerador; e onde o volume da camada de elementos de trans-ferência de calor que preenche cada seção do espaço interno corresponde àfórmula:Vi = K-αi B1,ondeVi representa o volume da camada de elementos de transferên-cia de calor da seção i do espaço interno do cabeçote regenerador, m3 (avariável i e os membros K, B1 estão definidos acima).

9. Cabeçote regenerador de um forno direta ou indiretamenteaquecido com uma mistura queimada de combustível líquido ou gasoso e araquecido a uma certa razão de combustível para ar aquecido caracterizadopor um valor relevante do fator de excesso de ar compreendendo um primei-ro espaço interno cheio com um certo volume de camada de elementos detransferência de calor com duas janelas de entrada-saída, onde a janela su-perior está conectada com a janela superior de entrada-saída do cabeçoteregenerador e a janela inferior tem e primeira válvula de desligamento; ondeo cabeçote é caracterizada pelo fato de que o cabeçote regenerador é ajus-tado com pelo menos um espaço interno adicional cheio com um certo volu-me de uma camada de elementos de transferência de calor; onde o espaçoadicional tem seu espaço sub-cabeçote e janelas de entrada-saída superiore inferior, onde a janela superior é conectada com a janela de entrada-saídasuperior do cabeçote regenerador e a janela inferior é ajustada com umaválvula de desligamento adicional; onde o volume total de camadas de ele-mentos de transferência de calor em todos os espaços internos do cabeçoteregenerador corresponde à fórmula:<formula>formula see original document page 54</formula>ondeVmax representa o volume total de camadas de elementos detransferência de calor de todos os espaços internos do cabeçote regenera-dor, m3; K representa o fator de proporcionalidade dependendo do tipo decombustível, do tipo e tamanho dos elementos de transferência de calor, datemperatura do ar e dos produtos de combustão nas janelas de entrada-saída do cabeçote regenerador, e da duração do ciclo de operação da uni- dade para aquecimento do forno de combustão, h; Omax representa o fator deexcesso de ar máximo do cabeçote regenerador escolhido dependendo domodo requerido de tratamento térmico no forno de combustão que excede-2,0 e cai principalmente dentro de uma faixa de até 6,0, um valor adimensio-nal; Bi representa o consumo de combustível (combustível gasoso ou líqui-do) por cabeçote regenerador onde α = 1, m3/h; onde o fator de excesso dear máximo do cabeçote regenerador e os fatores de excesso de ar de cadaespaço interno do cabeçote regenerador estão relacionados uns aos outrospela fórmula:<formula>formula see original document page 54</formula>ondea, representa o valor escolhido do fator de excesso de ar do es-paço interno i do cabeçote regenerador, um valor adimensional; i representao número ordinal do espaço interno do cabeçote regenerador, variando de 1a n, onde η é igual ao número de espaços internos do cabeçote regenerador;e onde o volume da camada de elementos de transferência de calor que en-che cada um dos espaços internos corresponde à fórmula:<formula>formula see original document page 54</formula>ondeVi representa o volume da camada de elementos de transferên-cia de calor do espaço interno i do cabeçote regenerador, m3 (a variável i eos membros K, Bi estão definidos acima).