BRPI1011243B1

BRPI1011243B1 - Bocal de vazamento

Info

Publication number: BRPI1011243B1
Application number: BRPI1011243-0A
Authority: BR
Inventors: Benno Steiner; Christoph Eglsaer; Wilhelm Janko
Original assignee: Refractory Intellectual Property Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2021-10-26
Also published as: UA99086C2; CN102548687B; AU2010268453B2; KR20120027304A; EP2269751A1; TWI454326B; KR20120040193A; US20120119486A1; ATE510641T1; WO2011000517A1; BRPI1011182A2; RS53047B; EP2448700B8; US20120043354A1; KR101714808B1; RU2012103341A; BRPI1011243A2; RU2509624C2; CA2762164A1; ZA201109363B

Abstract

bocal de vazamento. a presente invenção refere-se a um bocal de vazamento que compreende uma parte tubular alongada (10) definindo uma parte inferior de um canal de vazamento (12) com um eixo longitudinal central l, uma parte do tipo placa (14) fornecida com uma abertura de fluxo direto (16) entre sua superfície (18) oposta à parte tubular (10) e sua seção (20) adjacente à dita parte tubular (10). como pode ser visto na figura 2, a abertura de fluxo direto (16) define uma parte superior (120) do canal de vazamento (12). a área periférica (22) entre a dita superfície (18) e a dita seção (20) compreende quatro segmentos, isto é, duas superfícies de mancal inclinadas (24), opostas uma a outra, e duas seções de superfície plana (26), dispostas opostas e paralelas uma a outra entre as ditas superfícies de mancal distintas (24). cada superfície de mancal (24) é curvada com respeito ao eixo longitudinal central l do canal de vazamento (12), como pode ser visto melhor na figura 3. a curvatura é, portanto côncava com respeito ao eixo longitudinal central l e em vista da disposição oposta das superfícies de mancal (24) se estendendo ao longo de um plano imaginário perpendicular à direção do eixo longitudinal central l, as ditas superfícies de mancal (24) são dispostas inversamente uma a outra.

Description

A presente invenção refere-se a um bocal de vazamento cujo bocal serve para a transferência de um metal fundido de um recipiente metalúrgico (superior) como uma concha para outro recipiente metalúrgico (inferior) tal como um funil.

Em vista das condições duras durante a fundição de metal (temperaturas até 1700°C, ataque químico e metalúrgico) tal bocal de vazamento é normalmente feito de um material de cerâmica refratária de resistência à alta temperatura.

O bocal de vazamento compreende tipicamente uma parte tubular, alongada, definindo uma parte de um canal de vazamento com um eixo longitudinal central e uma parte do tipo placa, fornecido com uma abertura de fluxo direto entre sua superfície oposta à parte tubular e sua seção adjacente à dita parte tubular, em que a abertura de fluxo direto define uma segunda parte do dito canal de vazamento.

Na medida em que o desenho geral de um bocal de vazamento é mais ou menos idêntico, independentemente de se é usado como um assim chamado "bocal de vazamento interno", instalado no dito recipiente metalúrgico superior (por exemplo, concha) ou usado como um "bocal de vazamento externo" seguindo o dito bocal de vazamento interno na direção de fluxo da fusão metalúrgica. Este "bocal de vazamento externo" pode ser designado como um "bocal de entrada submerso". Frequentemente, é designado como um "bocal de vazamento para um dispositivo de inserção e/ou remoção de bocal", especialmente para uma mudança rápida durante a fundição.

Quando usado como um "bocal de vazamento interno" a dita parte do tipo placa é normalmente disposta na extremidade inferior (na direção de fluxo da fusão) enquanto o bocal de vazamento externo está disposto vice-versa quando usado em um trocador de tubo.

Em ambos os casos são fornecidos meios para reter o bocal precisamente na posição desejada. Na media em que os bocais conhecidos são fornecidos com superfícies de mancai ao longo da área periférica da dita parte do tipo placa.

De acordo com EP 1 289 696 B1 e EP 1 590 114 B1 a dita parte do tipo placa compreende, em lados opostos, duas superfícies de mancai planas formando um ângulo de 20° a 80° com o eixo longitudinal central do canal de vazamento.

Em uso, a parte do tipo placa de tais bocais de vazamento é mantida no lugar contra uma parte do tipo placa correspondente de outro componente refratário. Este outro componente refratário pode, por exemplo, ser um componente de placa refratária do sistema de comporta deslizante, ou pode ser a parte do tipo placa de um bocal de vazamento correspondente. As partes do tipo placa são submetidas a diferentes níveis de expansão térmica na região adjacente ao canal de vazamento e a região mais distante do canal de vazamento. Isto pode fazer a parte do tipo placa plana diferente ser curvada para acomodar o nível mais alto de expansão na região do canal de vazamento. O efeito disto é que a área de contato entre as partes do tipo placa dos bocais de vazamento e seu outro componente refratário correspondente é diminuída, e se torna limitada a uma seção anular relativamente pequena circunscrevendo o canal de vazamento. Isto cria um número de riscos. Primeiramente, as tensões termomecânicas induzidas pela expansão diferencial através da região do tipo placa pode dar origem a propagação de microrrachaduras ou rachaduras dentro da dita parte do tipo placa e/ou na região entre a dita parte do tipo placa e a parte do tipo tubular adjacente. Em segundo lugar, a área de contato reduzida leva a uma vedação diminuída entre os componentes refratários que podem permitir o ingresso de ar na corrente de metal derretido (levando à oxidação e deterioração na qualidade do aço fundido) ou, inversamente, vazamento de metal derretido.

Neste aspecto, existe uma demanda permanente para aumentar e otimizar o desenho, a segurança e/ou o uso do dito tipo de bocais.

Tipicamente, um número de dispositivos de impulsão (cilindros de impulsão) está atuando em cada superfície de mancai. Estes dispositivos de impulsão são dispostos lado a lado (em paralelo) de uma maneira que suas forças de pressão respectivas sejam mais ou menos paralelas uma a outra. Cada um deles exerce uma força mais ou menos idêntica na parte correspondente da superfície de mancai. No entanto, estas forças não são necessariamente direcionadas para a região da parte do tipo placa em torno do canal de vazamento no qual a área de contato é restrita e onde as tensões termomecânicas são maiores. Esta limitação é superada pelo desenho de bocais de vazamento da presente invenção em que as superfícies de mancai respectivas são curvadas em vez de planas.

A invenção da requerente fornece um bocal de vazamento do tipo mencionado com distribuição de tensão aperfeiçoada na placa e concentrando as forças de impulsão para a área em torno do canal de vazamento.

A invenção substitui a superfície de mancai plana de acordo com a técnica anterior por uma superfície de mancai curva, incluindo uma superfície de mancai sendo curvada com respeito ao eixo longitudinal central do canal de vazamento. Isto torna possível exercer forças de pressão de uma maneira mais concêntrica (com respeito ao eixo longitudinal central do canal de vazamento) no material refratário.

Em sua modalidade mais geral, a invenção refere-se a um bocal de vazamento compreendendo os seguintes aspectos: - uma parte tubular alongada definindo uma primeira parte de um canal de vazamento com um eixo longitudinal central, - uma parte do tipo placa fornecida com uma abertura de fluxo direto entre sua superfície oposta à parte tubular e sua seção adjacente à dita parte tubular, - a abertura de fluxo direto definindo uma segunda parte do canal de vazamento, - uma área periférica entre a dita superfície e a dita seção compreendendo duas superfícies de mancai, - cada superfície de mancai fornece pelo menos uma curvatura, se estendendo ao longo de um plano imaginário perpendicular á direção do eixo longitudinal central (L), - as ditas superfícies de mancai são dispostas inversamente.

A disposição inversa das superfícies de mancai leva a um desenho da parte do tipo placa do bocal de vazamento que pode ser um espelho invertido com respeito a um plano longitudinal imaginário incluindo o eixo longitudinal central do canal de vazamento.

Em uma modalidade preferida, a área periférica compreende duas superfícies de mancai distintas e duas seções de superfície plana dispostas paralelas uma a outra e entre as ditas duas superfícies de mancai distintas. Em outras palavras, a área periférica da parte do tipo placa é como segue: uma superfície de mancai curvada é seguida por uma seção de superfície plana, que então é seguida pela segunda superfície de mancai curvada e a última, então, novamente seguida por uma seção de superfície plana. A parte do tipo placa tipicamente é de formato retangular/quadrado (visto a partir de cima). Um desenho correspondente é mostrado nos desenhos anexos.

A dita curvatura das superfícies de mancai pode ser de um raio constante ou pode variar ao longo da superfície de mancai. Isto permite fornecer forças radiais dos dispositivos de impulsão na seção do tipo placa do bocal. Dependendo da curvatura, as forças de pressão não se estendem mais paralelas, mas de uma maneira convergente.

De acordo com outra modalidade as ditas duas superfícies de mancai fornecem uma curvatura que corresponde a uma parábola em seção transversal perpendicular ao eixo longitudinal central do dito canal de vazamento.

O desenho descrito acima apresenta um bocal com duas superfícies de mancai, cada uma das quais sendo caracterizada por uma curvatura ao longo de um plano imaginário, cujo plano imaginário é perpendicular ou inclinado respectivamente à direção do eixo longitudinal central do canal de vazamento. Este desenho inclui modalidades em que um raio R2 ou R3 da dita curvatura é maior que o diâmetro D da abertura de fluxo direto (furo), por exemplo, mais que duas vezes maior ou mais que três vezes maior, mais que 5 vezes maior ou mais que 10 vezes maior.

De acordo com outra modalidade, cada uma das ditas duas superfície de mancai pode, em adição, fornecer uma curvatura se estendendo ao longo de um plano imaginário compreendendo o eixo longitudinal do canal de vazamento, cuja curvatura se estende em uma direção da dita superfície oposta à parte tubular da dita seção adjacente à dita parte tubular.

O dito segundo tipo de curvatura pode ser de raio constante entre sua extremidade oposta à parte tubular e a dita seção adjacente à dita parte tubular, mas tipicamente terá raios diferentes ao longo de sua extensão.

Isto inclui uma modalidade em que a dita segunda curvatura se estende somente parcialmente entre uma extremidade da parte do tipo placa oposta à parte tubular e sua segunda extremidade adjacente à dita parte tubular.

As ditas superfícies de mancai, curvadas todas sobre sua área e/ou ao longo de uma parte dela podem fornecer um formato que corresponde pelo menos parcialmente a uma superfície parcial (segmento) de um dos seguintes formatos geométricos: cilindro, paraboloide, cone, cúpula, toroide.

Em uma seção longitudinal, o formato das ditas superfícies de mancai pode corresponder pelo menos parcialmente a pelo menos um dos seguintes formatos geométricos: parábola, evolvente, elipse. Alternativamente, a superfície de mancai na seção longitudinal pode ser linear.

Tipicamente, a dita parte do tipo placa tem uma área de seção transversal menor em sua seção adjacente á dita parte tubular que em sua extremidade oposta à dita parte tubular. Isto leva a uma disposição pela qual as forças de impulsão aplicadas nas superfícies de mancai são direcionadas em parte para cima (para o bocal de vazamento externo) ou para baixo (para o bocal de vazamento interno), respectivamente. Em outras palavras: as forças de impulsão têm um componente vetor na direção da superfície correspondente à parte do tipo placa respectiva a fim de aperfeiçoar o aperto da dita superfície com o componente adjacente do sistema, por exemplo, uma placa deslizante de uma válvula de comporta deslizante ou a superfície de um segundo bocal.

Em adição, a curvatura das superfícies de mancai para todos os dispositivos de impulsão concentrará uma parte do dito componente de vetor na direção do canal de vazamento e, desse modo, minimizando os riscos que surgem da área de contato reduzida criada pela expansão térmica diferencial da parte d o tipo placa em uso.

O dito bocal de vazamento pode ser feito de um material refratário de cerâmica e desenhado como uma peça (assim chamada monotubo). Pode ser também feito de partes separadas, por exemplo, a parte tubular e a parte do tipo placa, que são então fixadas uma na outra por um envoltório metálico externo comum e/ou um agente de ligação (um adesivo).

O bocal e/ou sua partes podem ser pressionadas de modo isos- tático.

Outros aspectos da invenção podem ser derivados de outros documentos de aplicação e/ou as subreivindicações.

A invenção será descrita em mais detalhe de acordo com os desenhos anexos. Estes desenhos mostram esquematicamente o seguinte: figura 1: uma vista tridimensional de um bocal de vazamento, figura 2: uma vista em seção longitudinal do bocal de acordo com a figura 1. Figura 3: uma vista em seção transversal do bocal, de acordo com as figuras 1, 2, na área de dispositivos de impulsão (C-C da figura 2), figura 4: uma vista tridimensional de uma segunda modalidade, figura 5; uma vista em seção longitudinal do bocal, de acordo com a figura 4, figura 6: uma vista em seção longitudinal de uma terceira modalidade.

Partes idênticas ou partes que fornecem a mesma função são designadas pelos mesmos numerais.

De acordo com a figura 1, o bocal de vazamento compreende uma parte tubular alongada 10 definindo uma parte inferior de um canal de vazamento 12 com um eixo longitudinal central L, uma parte do tipo placa 14 fornecida com uma abertura de fluxo direto 16 entre sua superfície 18 oposta à parte tubular 10 e sua seção 20 adjacente à dita parte tubular 10. Como pode ser visto a partir da figura 2, a abertura de fluxo direto 16 define uma parte superior 12o do canal de vazamento 12.

A área periférica 22 entre a dita superfície 18 e a dita seção 20 compreende quatro segmentos, a saber, duas superfícies de mancai inclinadas 24, oposta uma a outra, e duas seções de superfície plana 26, dispostas opostas e paralelas uma a outra entre as dita duas superfícies de mancai distintas 24.

Cada superfície de mancai 24 é curvada com respeito ao eixo longitudinal central L do canal de vazamento 12, como pode ser visto melhor na figura 3. A curvatura é, portanto côncava com respeito ao eixo longitudinal central Leem vista da disposição oposta das superfícies de mancai 24, as ditas superfícies de mancai são dispostas inversamente uma a outra.

Na figura 2, o diâmetro da abertura de fluxo direto 16 é marcado como D, enquanto o raio da superfície de mancai curvada correspondente 24 é marcado como R3 com R3>D. O raio R3 se encontra em um plano inclinado com o eixo longitudinal L do canal de vazamento 12. O raio R4 da superfície de mancai curvada descreve o desenho ao longo da vista em seção longitudinal desta figura.

Cada superfície de mancai 24 fornece uma curvatura adicional se estendendo em uma direção da dita superfície 18 para a dita seção 20, como pode ser visto melhor na figura 2. A dita curvatura adicional tem o formato de um quadrante e está disposta a uma distância da dita superfície 18, como pode ser visto na figura 2.

A área periférica 22 da parte do tipo placa 14 e a seção superior adjacente da parte tubular 10 são encerradas por um envoltório metálico 28, que é embutido ou cimentado nas seções de superfície correspondentes.

O bocal mostrado com a parte tubular 10 e a parte do tipo placa 14 foi pressionado de modo isostático para fornecer um corpo refratário de cerâmica monolítico (desenho de monotubo) antes que o envoltório metálico 28 fosse encaixado como descrito.

Ele pode ser usado como um bocal externo (na orientação de acordo com a figura 1, 2) ou como um bocal interno invertendo 180° ou de cabeça para baixo.

Como pode ser visto nas figuras 1 a 3, três dispositivos de im- pulsão 30I, 30m e 30r são dispostos ao longo de cada uma das ditas super-fícies de mancai 24 em uma fileira.

O dispositivo de impulsão 30 m está disposto de tal maneira de modo que sua força de impulsão, caracterizada pela seta Pm, seja direcionada exatamente para o eixo longitudinal central L do canal de vazamento 12.

Os dispositivos de impulsão 30I e 30r nos lados opostos com respeito ao dispositivo de impulsão 30m são dispostos de modo que suas forças de impulsão correspondentes Pi, Pr, quando transmitidas pelas superfícies de mancai 24 através da parte do tipo placa 14, não se desloquem paralelas à força de impulsão Pm, mas ligeiramente inclinadas para o eixo longitudinal central L sem se deslocarem através dela.

Esta disposição garante uma fixação aumentada e otimizada, bem como centralização otimizada do bocal dentro de um dispositivo de sujeição correspondente (não mostrado) enquanto, ao mesmo tempo, diminui o risco de formação de rachadura dentro do material refratário de cerâmica da parte do tipo placa 14.

Como pode ser visto a partir das figuras 1 e 2, os dispositivos de impulsão 30I, 30m e 30r são ainda dispostos de tal maneira que as forças de propulsão resultantes sejam aplicadas com um componente vertical na direção da superfície 18.

Na figura 4 e 6, duas modalidades alternativas são mostradas.

Na figura 4, as superfícies de mancai 24 do bocal são parte de um tronco de cone. A seção transversal longitudinal do bocal é mostrada na figura 5. O raio médio deste tronco de cone é R2. A seção transversal longitudinal de acordo com a figura 6 mostra uma curvatura similar das superfícies de mancai 24 da modalidade na figura 2, mas o raio R2 está em um plano imaginário perpendicular ao eixo longitudinal L do canal de vazamento 12.

Claims

1. BOCAL DE VAZAMENTO, caracterizado por compreender os seguintes aspectos: a) uma parte tubular alongada (10) definindo uma primeira parte (12u) de um canal de vazamento (12) com um eixo longitudinal central (L), b) uma parte do tipo placa (14) fornecida com uma abertura de fluxo direto (16) entre sua superfície (18) oposta à parte tubular (10) e sua seção (20) adjacente à dita parte tubular (10), c) a abertura de fluxo direto (16) definindo uma segunda parte (12o) do canal de vazamento (12), d) uma área periférica (22) da dita parte do tipo placa (14), em que a área periférica (22) entre a dita superfície (18) e a dita seção (20) compreendendo duas superfícies de mancal (24) distintas e duas seções de superfície plana (26) dispostas paralelas uma a outra e entre as duas superfícies de mancal distintas (24), e) cada superfície de mancal (24) sendo curvada em relação ao eixo longitudinal central (L) do canal de vazamento (12), f) as ditas superfícies de mancal (24) são dispostas como espelho invertido em relação ao eixo longitudinal central (L) do canal de vazamento (12).

2. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada superfície de mancal (24) fornecer uma curvatura se estendendo ao longo de um plano imaginário compreendendo o eixo longitudinal central (L).

3. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada uma das ditas duas superfícies de mancal (24) fornecer uma curvatura de raio constante.

4. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada uma das ditas duas superfícies de mancal (24) fornecer uma curvatura, correspondendo a uma parábola em uma seção transversal perpendicular à direção do eixo longitudinal central (L) do dito canal de vazamento (12).

5. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada uma das ditas duas superfícies de mancal (24) fornecer uma curvatura ao longo de um plano imaginário perpendicular à direção do eixo longitudinal central (L) do canal de vazamento (12) com um raio R2 sendo pelo menos 2 vezes maior que o diâmetro D da abertura de fluxo direto (16).

6. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada uma das ditas superfícies de mancal (24) fornecer a dita curvatura, se estendendo ao longo de um plano imaginário compreendendo ao eixo longitudinal central (L) do canal de vazamento (12) cuja curvatura se estende em uma direção da dita superfície (18) oposta à parte tubular (10) na dita seção (20) adjacente à dita parte tubular (10) tal que as superfícies de mancal são parte de um formato de funil.

7. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela dita curvatura ser de raio constante entre sua extremidade oposta à parte tubular (10) e a dita seção (20) adjacente à dita parte tubular (10).

8. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela dita curvatura se estender parcialmente entre sua extremidade oposta à parte tubular (10) e a dita seção (20) adjacente à dita parte tubular (10).

9. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por cada uma das ditas superfícies de mancal (24) fornecer um formato que corresponde a uma superfície parcial de um dos seguintes formatos geométricos: paraboloide, cone, cúpula, cilindro, toro.

10. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por cada uma das ditas superfícies de mancal (24) fornecer um formato, que corresponde, em uma seção longitudinal do bocal de vazamento, a pelo menos um dos seguintes formatos geométricos: parábola, evolvente.

11. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita parte do tipo placa (14) ter uma área de seção transversal menor na dita seção (20) adjacente à dita parte tubular (10) que em sua extremidade oposta à parte tubular (10).

12. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser feito de material refratário de cerâmica e desenhado como uma peça monolítica.

13. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita parte do tipo placa (14) e a dita parte tubular (10) serem partes pressionadas de modo isostático.

14. BOCAL DE VAZAMENTO, de acordo com a reivindicação 1, 5 caracterizado por ser circundado, pelo menos parcialmente, por um envoltório metálico (28).