BRPI1014692B1 - Método para resfriar um forno metalúrgico, sistema de circuito de resfriamento para fornos metalúrgicos, e uso de um líquido iônico - Google Patents
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(54) Título: MÉTODO PARA RESFRIAR UM FORNO METALÚRGICO, SISTEMA DE CIRCUITO DE RESFRIAMENTO PARA FORNOS METALÚRGICOS, E USO DE UM LÍQUIDO IÔNICO (51) Int.CI.: F27B 3/24; F27D 9/00 (30) Prioridade Unionista: 28/05/2009 AT A 833/2009 (73) Titular(es): METTOP GMBH (72) Inventor(es): ANDREAS FILZWIESER; IRIS FILZWIESER
MÉTODO PARA RESFRIAR UM FORNO METALÚRGICO, SISTEMA DE CIRCUITO DE RESFRIAMENTO PARA FORNOS METALÚRGICOS, E USO DE UM LÍQUIDO IÔNICO.
A presente invenção refere-se a um método para resfriar um forno 5 metalúrgico que tem pelo menos um elemento de resfriamento que flui através de um meio de resfriamento. A invenção se refere adicionalmente a um sistema de circuito de resfriamento para fornos metalúrgicos, que compreende pelo menos um elemento de resfriamento com uma alimentação e uma descarga para um meio de resfriamento, um trocador de calor e uma bomba de circulação.
Normalmente água é usada como um meio de resfriamento em elementos de resfriamento em fornos metalúrgicos. Na técnica anterior existem várias concepções de tais elementos de resfriamento, que diferem um do outro em termos de geometria e orientação do meio de resfriamento. Os elementos de resfriamento podem ser instalados na parede, dentro da pare15 de ou no orifício da torneira, com os instalados dentro da parede proporcionando o resfriamento mais intensivo.
Para estes elementos de resfriamento muito eficazes dentro da parede do forno, em geral disponíveis duas modalidades, a saber, um com o fluxo de água dentro da carcaça do forno, e outro com o fluxo de água fora da carcaça do forno. Os elementos de resfriamento com fluxo de água dentro da carcaça são usados preferencialmente em fornos flash (flash smelters) e fornos elétricos como aqueles fornecidos para uma grande quantidade de transferência de calor, sem - como é o caso com os elementos de resfriamento com fluxo de água fora da carcaça - que seja requerida uma plurali25 dade de aberturas na carcaça do forno.
A grande desvantagem dos elementos de resfriamento com fluxo de água na carcaça do forno, entretanto, é o meio de resfriamento a própria água. No caso de dano no elemento de resfriamento ou uma quebra do elemento de resfriamento, respectivamente, e o vazamento de água associado a isto, água pode entrar no forno.
Devido à reação da água e metal derretido e as reações de hidrogênio associadas com isto, existe um grande risco de explosão (reação
Petição 870170060998, de 22/08/2017, pág. 5/11
2/6 oxihidrogênio), em particular se o vazamento é situado no elemento de resfriamento e, consequentemente, o local do vazamento de água é situado embaixo do nível do banho. Estas explosões devido à reação com água podem levar a destruição do forno.
Água entrando no forno pode levar a grandes problemas como os refratários que revestem o forno se - como é comum na indústria de metal não ferroso e de liga de ferro - é usado material que contém MgO. Em consequência do contato com a água, a reação de periclásio (MgO) e, brucita (Mg(OH)2) acontece, ou seja, hidratação, e um aumento no volume asso10 ciado com isto de até 110%:
MgO + H2O —>Mg(OH)2
O aumento de volume associado a esta reação leva a rachaduras e no pior caso a desintegração semelhante à areia do material refratário. Adicionalmente, o aumento de volume provoca movimento descontrolado do revestimento refratário, que pode se estragar a carcaça do forno.
Pode ocorrer outro grande problema quando o forno é aquecido. No curso desta água, ou seja, a umidade residual deixa os tijolos refratários. A fim de minimizar o risco de hidratação dos tijolos que contém MgO, o que . tende a ocorrer em uma faixa de temperatura de aproximadamente 40 a 20 180°C, esta faixa de temperatura é passada o mais rápido possível.
Crucial, entretanto, é a região na vizinhança dos elementos de resfriamento. Devido à temperatura da água de resfriamento, a temperatura dos elementos de resfriamento é significativamente mais baixa (<100°C) do que aquela dos tijolos refratários contíguos, de modo que isto deve levar a condensação da água entre refratários e elemento de resfriamento. Isto, por sua vez, resultará em hidratação e danos nesta área.
A invenção ajuda a evitar as desvantagens mencionadas acima e problemas da técnica anterior e tem como seu objetivo fornecer um método para resfriar fornos metalúrgicos, em que o risco de explosões de hidro30 gênio e dano ao material refratário é eliminado.
De acordo com a invenção, este objetivo é alcançado com um método do tipo inicialmente mencionado, pelo fato de que um meio de resfri3/6 amento que contém pelo menos um líquido iônico, e preferencialmente consiste no mesmo, é transportado através do elemento de resfriamento.
Líquidos iônicos que contém exclusivamente íons são por definição sais que ficam líquidos a temperaturas abaixo de 100°C, sem que o sal seja dissolvido em um solvente como água.
Líquidos iônicos contêm tantos cátions, que também podem em particular ser alquilados, por exemplo, imidazólio, piridínio, pirrolidínio, guanidínio, urônio, tiorônio, piperidínio, morfolínio, amônio ou fosfônio, que podem ser combinados com uma variedade de ânions diferentes tais como, por exemplo, derivativos de sulfato, derivativos de fosfato, halogeneto, ânions fluorados, por exemplo, tetrafluoroborato, hexafluoroborato, trifluoroacetato, trifluorometano sulfonato ou hexafluorofosfato, sulfonatos, fosfinatos ou tosilatos. Ânions orgânicos como imidas e amidas também podem formar líquidos iônicos.
Muitos representativos desta classe de compostos são caracterizados, mesmo sem terem sido otimizados estruturalmente, por capacidades caloríficas e densidades de armazenamento de calor comparavelmente altas bem como altas estabilidades térmicas. Além disso, líquidos iônicos têm pressão de vapor desprezível ou nenhuma, respectivamente.
Líquidos iônicos são usados em solventes em de processos químicos de engenharia bem como em biotecnologia, como eletrólitos em capacitores, células combustíveis e baterías ou como fluidos térmicos para armazenamento de calor, por exemplo, em usinas termo-solares.
No método de acordo com a invenção é usado, de acordo com uma modalidade preferencial, um líquido iônico, que fica líquido em uma faixa de temperatura entre a temperatura ambiente e 600°C, preferencialmente entre a temperatura ambiente e 300°C. O líquido iônico pode ser usado em | qualquer tipo de elemento de resfriamento, por exemplo, em elementos de i resfriamento de cobre convencionais. !
De acordo com uma modalidade preferencial da invenção, o lí- í quido iônico é selecionado a partir de compostos que contém fósforo, boro, ( silício e/ou metais. Como exemplo de um líquido iônico como este pode ser l
4/6 citado trietil metil fosfônio-dibutil fosfato.
Estes líquidos iônicos preferenciais têm a vantagem de que em consequência da degradação térmica (no ar) eles formam óxidos sólidos não voláteis. Deste modo, o líquido iônico não é apenas incombustível abaixo de seu ponto de decomposição, mas é resistente a chama ou mesmo completamente incombustível abaixo deste ponto.
Outra vantagem do método de acordo com a invenção é que o efeito de resfriamento pode ser bem ajustado pelo líquido iônico usado como (uma parte integrante do) o meio de resfriamento. No orifício da torneira do forno, por exemplo, podem ocorrer temperaturas mais altas devido ao menor resfriamento. Isto leva, por exemplo, na produção de cobre a uma pressão de vapor de SO2 menor na bolha de cobre e, portanto também a uma redução na formação de gás.
O método de acordo com a invenção é vantajoso adicionalmente no aquecimento do forno. Como líquidos iônicos também podem ser aquecidos a temperaturas >100°C, também é possível ajustar a temperatura dos elementos de resfriamento correspondentemente altas mesmo quando aquecendo o forno. Portanto, não ocorre nenhuma condensação entre tijolos refratários e elemento de resfriamento, e pode ser evitada qualquer hidrata20 ção e dano ao revestimento do forno associado com isto.
Preferencialmente, o meio de resfriamento é transportado em um circuito de resfriamento fechado. De acordo com uma modalidade preferencial do método, o circuito de resfriamento é acoplado à geração de vapor. Para este fim, o meio de resfriamento guiado oportunamente através de um trocador de calor a fim de descarregar calor.
A invenção se refere adicionalmente a um sistema de circuito de resfriamento para fornos metalúrgicos, que compreende pelo menos um elemento de resfriamento com uma alimentação e uma descarga para um meio de resfriamento, um trocador de calor e uma bomba de circulação, ca30 racterizado pelo fato de que o mesmo compreende um reservatório de meio de resfriamento com um líquido iônico.
De acordo com outro aspecto a invenção se refere ao uso de um
5/6 líquido iônico para resfriar fornos metalúrgicos, em que o líquido iônico é selecionado preferencialmente a partir de compostos que contém fósforo, boro, silício e/ou metais.
A invenção é descrita em mais detalhes a seguir por meio de um 5 exemplo e do desenho, em que a figura 1 ilustra um sistema de circuito de resfriamento de acordo com uma modalidade da invenção em uma representação esquemática.
Exemplo:
Em um forno metalúrgico de escala de laboratório foram derreti10 dos 10 kg de cobre. A temperatura do banho de cobre derretido era de aproximadamente 1150°C. A fim de estimular um evento de dano e vazamento do meio de resfriamento a partir de um defeito no elemento de resfriamento, foi introduzido um tubo de aço dentro de um banho derretido e foi introduzido um líquido iônico por meio de uma bomba peristáltica abaixo do nível do ba15 nho. Como líquido iônico foi usado 2 litros de trietil metil fosfônio dibutil fosfato. A taxa de fluxo do líquido iônico foi de 200 ml/min.
Ao contrário de reações violentas, ou seja, explosões e expulsão do material derretido que teriam sido esperadas em consequência do uso de água, com o líquido iônico, afora raras, leves crepitações do cobre líquido, não ocorreu nenhum movimento do banho, em particular nenhuma explosão.
Na figura 1 é representado um sistema de circuito de resfriamento fechado de acordo com a invenção. O meio de resfriamento pelo menos um líquido iônico entra no elemento de resfriamento 1 através da alimentação 2 a uma temperatura T1, por exemplo, da temperatura ambiente até
500°C, e flui através dos canais de resfriamento no elemento de resfriamento 1 até o mesmo sair novamente do elemento de resfriamento 1 através da descarga 3 à temperatura elevada T2 (T2 = T1 + ΔΤ; por exemplo, ΔΤ = 0 a 600°C). Em um trocador de calor 4, o meio de resfriamento é novamente resfriado para a temperatura T1 desejada para a respectiva aplicação de resfriamento no elemento de resfriamento 1, em que a quantidade de calor liberada ΔΤ pode ser usada, por exemplo, para a geração de vapor. Uma bomba 5 é disposta a jusante do trocador de calor 4 para circular o meio de
6/6 resfriamento. No circuito de resfriamento é fornecido adicionalmente um reservatório 6, por exemplo, entre o trocador de calor 4 e a bomba 5, no qual o meio de resfriamento que contém o líquido iônico é coletado e a partir do qual o meio de resfriamento pode ser removido, se requerido, ou ao qual o meio de resfriamento pode ser adicionado.
Claims (9)
- REIVINDICAÇÕES1. Método para resfriar um forno metalúrgico, caracterizado pelo fato de que compreende fluir um meio de resfriamento através de pelo menos um elemento de refrigeração do forno metalúrgico,5 sendo que o meio de resfriamento contém pelo menos um líquido iônico transportado através do elemento de refrigeração, e sendo que o líquido iônico contém um sal, que é líquido a uma temperatura abaixo de 100°C sem ser dissolvido em água e é selecionado a partir de:10 compostos contendo pelo menos um dentre fósforo, boro, silício ou metal;compostos contendo pelo menos um cátion selecionado do grupo de cátions alquilados, imidazólio, piridínio, pirrolidínio, guanidínio, urônio, tioterônio, piperidínio, morfolínio, amónio ou fosfônio; e15 compostos contendo pelo menos um ânion selecionado do grupo dos derivados de sulfato, derivados de fosfato, halogenetos, ânions fluorados, tetra-flúor-borato, hexafluoroborato, tri-flúor-acetato, tri-flúor-metano sulfonato, hexa-flúor-fosfato, sulfonatos, fosfinatos, tosilatos, imidas ou amidas.20
- 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de resfriamento é transportado em um circuito de resfriamento fechado.
- 3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o meio de resfriamento é conduzido através de um trocador25 de calor a fim de descarregar calor.
- 4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o meio de resfriamento é usado para resfriar um forno metalúrgico para produção de cobre ou ligas de ferro.
- 5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a30 4, caracterizado pelo fato de que o meio de resfriamento consiste essencialmente em pelo menos um líquido iônico.
- 6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 aPetição 870170060998, de 22/08/2017, pág. 6/115, caracterizado pelo fato de que compreende ainda utilizar o trocador de calor para gerar vapor.
- 7. Sistema de circuito de resfriamento para fornos metalúrgicos, que compreende pelo menos um elemento de resfriamento (1) com uma alimentação (2) e uma descarga (3) para um meio de resfriamento, um trocador de calor (4) e uma bomba de recirculação (5), o referido sistema sendo caracterizado pelo fato de que compreende um reservatório de meio de resfriamento (6) com um líquido iônico, como definido na reivindicação 1.
- 8. Uso de um líquido iônico, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é para resfriar fornos metalúrgicos.
- 9. Uso, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o líquido iônico é utilizado para resfriar um forno metalúrgico para produção de cobre ou ligas de ferro.Petição 870170060998, de 22/08/2017, pág. 7/111/1
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