BRPI1106830A2 - Cotovelo de ventaneira - Google Patents

Abstract

VENTANEIRA. A presente invenção refere-se a uma ventaneira para introdução de jato de ar quente em um fomo de cuba, mais particularmente, em um alto-forno, sendo que o referido ventaneira consiste em pelo menos um com pensador articulado (15), um cotovelo de bocal (3), bem como uma ponta de bocal (1), em cada caso, constituído de uma estrutura externa metálica (5), que em seu lado interior voltado para o jato de ar quente está dotada de um revestimento interno refratário (6), sendo que o compensador articulado (15) está conectado com uma extremidade no cotovelo de bocal (3) e pode estar conectado com a outra extremidade em uma tubulação anular de jato de ar quente. Para se obter uma ventaneira, por meio do qual é possível uma redução dos custos operacionais gerais de um forno de cuba, além da redução extensa no consumo de energia necessária para a produção de ferro-gusa, a presente invenção propõe que a ventaneira consiste em pelo menos um elemento de isolamento térmico (7) disposto pelo menos em uma párea parcial entre a estrutura externa metálica (5) e o revestimento interno refratário. O do compensador articulado (15), cotovelo de bocal (3) e/ou ponta de bocal (1), sendo que o referido elemento de isolamento térmico consiste em um material de isolamento térmico altamente resistente à temperatura embutido em um envoltório, sendo que o envoltório, de um modo geral, dissolve-se durante o uso pretendido da ventaneira.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VENTANEI

RA".

A presente invenção refere-se a uma ventaneira para introdução de jato de ar quente em um forno de cuba, mais particularmente, um alto5 forno, sendo que a referida ventaneira consiste em pelo menos um compensador articulado, um cotovelo de bocal, bem como uma ponta de bocal, em cada caso, constituído de uma estrutura externa metálica, que em seu interior voltado para o jato de ar quente está dotada de um revestimento interno, sendo que o compensador articulado está conectado com uma extremidade 10 ao cotovelo de bocal e pode estar conectado com a outra extremidade a uma tubulação anular de jato de ar quente.

Além disso, é proposto com a invenção um método para a produção de uma ventaneira formada pelo menos por um compensador articulado, um cotovelo de bocal e uma ponta de bocal e por meio do qual um jato 15 de ar quente pode ser introduzida em um forno de cuba, mais particularmente, em um alto-forno, depois de estruturas externas metálicas terem sido inicialmente providenciadas para o compensador articulado, cotovelo de bocal e ponta de bocal, que são subsequentemente encapsuladas com um material refratário para proporcionar um revestimento interno refratário.

Para reduzir o consumo de energia na produção de ferro por

meio de um forno de cuba, ar quente, que é chamado de jato de ar quente na indústria metalúrgica, é soprado a uma temperatura no âmbito de aproximadamente 1200°C a 1350°C em um forno de cuba. Para esse fim, ar ambiente normalmente é aquecido por meio de um aquecedor de ar de jato de ar 25 para uma temperatura desejada e praticamente constante dentro do âmbito mencionado acima. O jato de ar quente gerado desse modo é fornecido através de um sistema de tubulação de jato de ar quente ao forno de cuba. Durante esse processo, o jato de ar quente corre inicialmente do aquecedor de jato de ar quente para uma tubulação anular de jato de ar quente do sis30 tema de tubulação de jato de ar quente, que se estende em uma seção inferior do forno de cuba em torno do mesmo. Dessa tubulação anular de jato de ar quente, o jato de ar quente é subsequentemente distribuído a diversos conjuntos de sopradores dispostos de maneira espacialmente distribuída na circunferência do forno de cuba, sendo que os referidos conjuntos de sopradores também são designados como conjuntos de sopradores de jato de ar quente. Como elementos de fecho do sistema de tubulação de jato de ar 5 quente, os conjuntos de sopradores estão constituídos, em cada caso, de uma ponta de bocal, que normalmente está conectada ao mesmo na área entre o saco-de-carvão e o canal adutor do forno de cuba e salienta-se, em parte, para dentro do mesmo.

Devido às altas temperaturas do jato de ar quente, é necessário dotar os referidos componentes do sistema de um revestimento interno refratário, isolante de calor, em seus lados internos voltados para o jato de ar quente, a fim de reduzir perdas de energia e aumentar a vida útil do sistema de tubulação de jato de ar quente. Particularmente, isso se aplica a conjuntos de sopradores que, em cada caso, estão compostos de diversos componentes conectados um ao outro. Antes da montagem desses componentes para obter uma ventaneira, é necessário dotar, individualmente, os componente de um revestimento interno refratário. De acordo com a técnica anterior, o revestimento interno refratário, na maior parte dos casos, está disposto imediatamente no interior da estrutura externa metálica de um componente desse tipo voltado para o jato de ar quente.

As estruturas externas metálicas normalmente estão constituídas de aço e estão configuradas diferentemente para os diversos componentes de uma ventaneira. Por exemplo, a estrutura externa metálica da ponta do bocal está formada, essencialmente, como um cone. Inversamente, 25 o compensador articulado, por exemplo, está constituído de uma estrutura externa formada como um conduto. Além disso, a ventaneira é constituída de um cotovelo de bocal, cuja estrutura externa metálica é de uma estrutura muito mais complexa do que a aplicada com a ponta do bocal e o compensador articulado. Dentro do contexto da presente invenção, essas partes me30 tálicas de formatos diferentes sustentadoras de carga da ventaneira são descritas e designadas com o termo mais generalizado "estrutura externa metálica". O revestimento interno refratário do sistema de conduto anular de jato de ar quente e da ventaneira produz o efeito de que a temperatura na superfície externa das estruturas externas metálicas é reduzida para aproximadamente 300°C a 350°C. Perdas de energia podem ser diminuídas desse 5 modo. Além disso, é aperfeiçoada a segurança em áreas de trabalho no lado de fora de um forno de cuba.

O compensador articulado serva para compensação de deformações do sistema de conduto de jato de ar quente que ocorrem devido à carga térmica. Compensadores articulados normalmente estão equipados 10 com juntas Cardan e foles corrugados dispostos nas áreas de transição em direção a outros componentes de uma ventaneira. Para proteger os elementos de compensador sensíveis contra cargas térmicas, é necessário que os revestimentos internos refratários dos componentes imediatamente adjacentes encostam-se tão apertadamente quanto possível uns contra os outros.

Como conjuntos de sopradores estão expostos a altas cargas

térmicas, tais como exposto acima, eles precisam ser renovados de vez em quanto, o que significa que eles precisam ser dotados de um novo revestimento interno refratário. A remoção do revestimento interno refratário consumido, na maioria dos casos, é realizada usando martelos de broca e fer20 ramentas similares, e é correspondentemente cara. Além disso, ocorrem com bastante frequência danos nos elementos sensíveis dos compensadores articulados, por exemplo, nos foles corrugados e no lado interno da estrutura externa metálica, voltado para o jato de ar quente. Contra esse fundo, é o objeto da presente invenção pôr à disposição uma ventaneira por meio 25 do qual também é possível reduzir os custos operacionais gerais de um forno de cuba, além de uma redução extensa do consumo de energia associado à produção de ferro.

Essa tarefa é solucionada com uma ventaneira da natureza descrita inicialmente, de tal modo que ele consiste em um elemento de isolamento térmico disposto pelo menos em uma área parcial entre a estrutura externa metálica e o revestimento interno refratário do compensador articulado, cotovelo de bocal e/ou ponta de bocal, sendo que o referido elemento de isolamento térmico consiste em um material de isolamento térmico altamente resistente à temperatura embutido em um envoltório, sendo que o referido envoltório se dissolve, de um modo geral, durante o uso pretendido da ventaneira.

A disposição de acordo com a invenção do elemento de isola

mento térmico entre a estrutura externa metálica e o revestimento interno refratário de pelo menos um componente da ventaneira produz o efeito de que a perda de energia por meio da ventaneira é reduzida adicionalmente. A temperatura no lado externo da ventaneira e, em cada caso, da superfície da 10 estrutura externa metálica de seus componentes pode ser reduzida de acordo com a invenção em aproximadamente 100°C a 150°C, em comparação com uma ventaneira convencional, isto é, sem elemento de isolamento térmico adicional. Isso corresponde a uma economia de energia considerável, que pode ser representada em coque por tonelada de ferro-gusa produzida. 15 Além disso, devido à carga térmica mais baixa das estruturas externas metálicas e elementos do compensador articulado, a vida útil da ventaneira é substancialmente aumentada.

Com a ventaneira de acordo com a invenção, o elemento de isolamento térmico enfraquece a união entre a estrutura externa metálica e o 20 revestimento interno refratário, porque o envoltório se dissolve, em grande parte, mais particularmente, é incinerado, durante o uso pretendido da ventaneira. Como conseqüência disso, é possível remover, a gastos substancialmente menores em comparação com conjuntos de sopradores da técnica anterior, o revestimento interno refratário na renovação da ventaneira das 25 estruturas externas metálicas. Isso resulta em uma redução adicional dos custos.

No total, o uso da ventaneira de acordo com a invenção representa uma alternativa substancialmente mais eficiente em custos em termos de custos operacionais e eficiência de energia, em comparação com o uso de conjuntos de sopradores convencionai.

Dentro do contexto da presente invenção, pode ser considerado utilizar diversos elementos de isolamento térmico, mais particularmente, configurados de modo diferente, para uma ventaneira, que estão dispostos em locais particularmente sensíveis da ventaneira, por exemplo, na área do compensador articulado.

De acordo com uma modalidade vantajosa da presente inven5 ção, o envoltório está configurado como uma folha, que é feita, essencialmente, de material plástico. Durante o uso pretendido da ventaneira, a folha é incinerada e, desse modo, se dissolve, de um modo geral. O material plástico pode ser polietileno ou poliamida, por exemplo, ou uma mistura dos mesmos. Um material plástico revestido de metal também é aceitável.

De acordo com outra modalidade vantajosa da presente inven

ção, o material de isolamento térmico consiste em pelo menos uma substância inorgânica, silícico. De preferência, a substância inorgânica, silícica, é um ácido silícico altamente disperso (pirógeno). Substâncias inorgânicas, silícicas, dessa natureza têm uma condutibilidade térmica muito baixa e, desse 15 modo, servem para criar um elemento de isolamento térmico com excelentes propriedades de isolamento térmico.

Outra modalidade vantajosa da presente invenção providencia para que o material de isolamento térmico seja constituído de pelo menos um meio para reduzir o transporte de radiação térmica dentro do material de 20 isolamento térmico. Meios dessa natureza e tipo também são designados como opacificantes e servem para reduzir a permeabilidade do material de isolamento térmico em termos de radiação infravermelha, sendo que o opacificante pode dispersar-se e/ou absorver a radiação infravermelha. Essa configuração faz sentido com a ventaneira de acordo com a invenção, por25 que as propriedades de isolamento térmico de materiais de isolamento térmico deterioram-se com crescentes temperaturas, sem a adição de um opacificante.

O material de isolamento térmico está configurado, de preferência na forma de um pó e comprimido para tornar-se um corpo moldado. Dessa maneira, corpos moldados com geometrias diferentes podem ser obtidos, a fim de poder adaptar o material isolante idealmente ao seu local de uso apropriado. O corpo moldado está, de preferência, na forma de haste. Também pode ser providenciado para que diversos corpos moldados sejam embutidos em um envoltório comum. Particularmente, diversos corpos moldados em forma de haste podem ser posicionados paralelamente um ao outro a uma distância pequena dentro do envoltório. No caso de ser escolhido um 5 envoltório feito de material plástico, um elemento de isolamento térmico flexível pode ser configurado de tal maneira, cujo formato seja fácil de adaptar ao seu local de uso apropriado por deformação.

Além disso, propõe-se que o material de isolamento térmico seja evacuado e contraído a quente no envoltório. Por meio da evacuação, as 10 propriedades de isolamento térmico do material de isolamento térmico e, portanto, as do elemento de isolamento térmico, são aperfeiçoadas adicionalmente, pela redução da parte de transferência de calor dentro do material de isolamento térmico, que é gerada por convecção durante o uso do elemento de isolamento térmico. A contração a quente do material de isola15 mento térmico comprimido no envoltório produz, além disso, o efeito de que o elemento de isolamento térmico conserva, com segurança, seu formato e suas propriedades físicas durante a produção da ventaneira.

Propõe-se, além disso, que o elemento de isolamento térmico seja unido por colagem com a estrutura externa metálica. Esse elemento de 20 isolamento térmico pode, portanto, ser unido de um modo simples à estrutura externa metálica apropriada, antes de aplicar o revestimento interno refratário. Particularmente, um elemento de isolamento térmico configurado de modo flexível pode, portanto, ser posicionado de um modo simples e permanente em seu local de uso desejado, apropriado. Na montagem do revesti25 mento interno refratário, por exemplo, encapsulando a estrutura externa metálica com concreto refratário de um tipo conhecido, o elemento de isolamento térmico é fixado pelo revestimento interno refratário. O adesivo aplicado pode, portanto, dissolver-se por incineração durante a operação da ventaneira.

Para solucionar a tarefa exposta acima, é proposto um método

da natureza e tipo mencionado inicialmente, de acordo com o qual no lado interno da estrutura externa metálica do compensador articulado, cotovelo de bocal e/ou ponto de bocal, voltada para o jato de ar quente, pelo menos um elemento de isolamento térmico está disposto de acordo com a invenção em pelo menos uma área parcial no lado interno, antes de seu encapsulamento com o material refratário, sendo que o referido elemento está formado 5 previamente por contração a quente de um material de isolamento térmico semelhante a pó, comprimido para um corpo moldado em um envoltório, que se dissolve, de um modo geral, durante o uso pretendido da ventaneira.

O método de acordo com a invenção também está associado às vantagens de economia de energia e uma redução de custos operacionais 10 de um forno de cuba, que foram expostos acima com relação à ventaneira. É vantajoso utilizar uma folha como envoltório, que está formada, principalmente, de material plástico. De preferência, o elemento de isolamento térmico é colado na estrutura externa metálica.

Outras vantagens e aspectos característicos da presente invenção são explicados mais detalhadamente a seguir por meio dos exemplos práticos mostrados com base das figuras anexas, nas quais:

Figura 1a é uma vista em perspectiva de uma modalidade ilustrativa da ponta de bocal de uma ventaneira de acordo com a invenção;

Figura 1b é um corte longitudinal da ponta de bocal mostrada na figura 1a;

Figura 1c é um corte longitudinal da ponta de bocal mostrada nas figuras 1a e 1b ao longo da linha B-B na figura 1b;

Figura 2a é uma vista em perspectiva de uma modalidade ilustrativa do cotovelo de bocal de uma ventaneira de acordo com a invenção;

Figura 2b é um corte longitudinal de um cotovelo de bocal mostrado na figura 2a; e

Figura 3 é uma vista em perspectiva, em explosão, de uma modalidade ilustrativa do compensador articulado da ventaneira de acordo com a invenção.

A figura 1 a mostra em perspectiva uma modalidade ilustrativa da ponta de bocal 1 de uma ventaneira não de acordo com a invenção. Como o uso pretendido da ponta de bocal 1, jatos de ar quente correm através da mesma e saem da abertura de saída 2. Na outra extremidade, a ponta de bocal 1 pode ser conectada ao cotovelo de bocal 3 da ventaneira, uma modalidade ilustrativa do qual é mostrada nas figuras 2a e 2b. Dispostos circun5 ferencialmente no lado externo da ponta de bocal 1 estão condutos de alimentação 4, através dos quais substâncias que otimizam o processo de combustão em um forno de cuba podem ser fornecidas à corrente de jato de ar quente.

A figura 1b mostra um corte longitudinal através da ponta de bocal 1 representada na figura 1a. Pode-se ver a estrutura externa metálica 5 sustentadora de carga, que está dotada de um revestimento interno refratário 6 no lado interno voltado para o jato de ar quente. Disposto de acordo com a invenção entre a estrutura eterna metálica 5 e o revestimento interno refratário 6 está um elemento de isolamento térmico 7. O elemento de isolamento térmico 7 está constituído de um material de isolamento térmico altamente resistente à temperatura, não mostrado aqui, e embutido em um envoltório, sendo que o envoltório, de um modo geral, dissolve-se, mais particularmente, é incinerado, durante o uso pretendido da ventaneira. Os condutos de alimentação 4 consistem, em cada caso, em um canal de alimentação 8, que se estende através do revestimento interno refratário 6 e termina no d uto de passagem 9 da ponta de bocal 1.

A figura 1 c mostra a ponta de bocal 1 das figuras 1 a e 1 b em um corte longitudinal ao longo da linha B-B na figura 1b. Particularmente, podese ver a terminação do canal de alimentação 8 no duto de passagem 9. A25 lém disso, a configuração de acordo com a invenção da ponta de bocal 1 pode ser reconhecida aqui, a jusante da qual um elemento de isolamento térmico 7 está disposto entre a estrutura externa metálica 5 e o revestimento interno refratário 6.

A figura 2a mostra em perspectiva um exemplo prático do cotovelo de bocal 3 de uma ventaneira de acordo com a invenção. O cotovelo de bocal 3 pode ser conectado por meio do flange 10 ao compensador articulado 15,j tal como mostrado, por exemplo, na figura 3. Por meio do flange 11 na outra extremidade, o cotovelo de bocal 3 pode ser conectado à ponta de bocal 1. O cotovelo de bocal 3 consiste em uma tubulação de derivação 12, que está vedada com uma aba 13, que pode ser girada em torno e uma articulação 14.

A figura 2b mostra um corte longitudinal através do cotovelo de

bocal 3 mostrado na figura 2a. Pode-se ver que também o cotovelo de bocal tem a configuração de acordo com a invenção, a jusante da qual o elemento de isolamento térmico 7 está disposto entre a estrutura externa metálica 5 e o revestimento interno refratário 6.

A figura 3 mostra uma vista em explosão de um exemplo prático

para um compensador articulado 15 da ventaneira. O mesmo pode ser conectado por meio do flange 16 ao cotovelo de bocal 3. Com o flange 17, o compensador articulado 15 pode ser conectado a uma tubulação anular de jato de ar quente, não mostrada, de um sistema de tubulação de jato de ar 15 quente. Nas áreas 18, o compensador articulado 15 consiste em um fole corrugado, não mostrado aqui mais detalhadamente. Além disso, a peça central 19, que também consiste em uma estrutura externa metálica 5 revestida com um material refratário, pode ser conectada por meio do elemento 20 formando uma junta Cardan na peça de conexão 21. O elemento 20 também con20 siste em uma estrutura externa metálica 5, bem como em um revestimento interno refratário 6, previsto com a mesma.

O compensador articulado 15 consiste, além disso, em diversos elementos de isolamento térmico configurados de modo diferente. De acordo com a presente invenção, os mesmos são formados por um material de iso25 lamento térmico refratário embutido em um envoltório. O envoltório é formado por uma folha plástica, que consiste em diversos corpos moldados configurados à maneira de haste. Os corpos moldados configurados à maneira de haste estão alinhados paralelamente um ao outro e à extensão longitudinal do compensador articulado 15. Os mesmos consistem em uma mistura 30 semelhante a pó de ácido silícico altamente disperso comprimido para corpos moldados e um opacificante. Por meio dessa configuração, os elementos de isolamento térmico 7 são flexíveis e podem ser adaptados sem aplicar uma força maior ao formato apropriado dos outros componentes do compensador articulado 15 em seu local de destino apropriado. Durante o uso pretendido da ventaneira e, em cada caso, do compensador articulado 15, a folha plástica é incinerada, devido às temperaturas elevadas e, portanto, dissolve-se, de um modo geral.

Claims (13)

1. Ventaneira para introdução de jato de ar quente em um forno de cuba, mais particularmente, em um alto-forno, sendo que a referida ventaneira consiste em pelo menos um compensador articulado (15), um cotovelo de bocal (3), bem como uma ponta de bocal (1), em cada caso, constituído de uma estrutura externa metálica (5), que em seu lado interior voltado para o jato de ar quente está dotada de um revestimento interno refratário (6), sendo que o compensador articulado (15) está conectado com uma extremidade no cotovelo de bocal (3) e pode estar conectado com a outra extremidade em uma tubulação anular de jato de ar quente, caracterizado por pelo menos um elemento de isolamento térmico (7) disposto pelo menos em uma parea parcial entre a estrutura externa metálica (5) e o revestimento interno refratário (6) do compensador articulado (15), cotovelo de bocal (3) e/ou ponta de bocal (1), sendo que o referido elemento de isolamento térmico consiste em um material de isolamento térmico altamente resistente à temperatura embutido em um envoltório, sendo que o envoltório, de um modo geral, dissolve-se durante o uso pretendido da ventaneira.

2. Ventaneira de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o envoltório está configurado como uma folha, que é feita, essencialmente, de material plástico.

3. Ventaneira de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o material de isolamento térmico consiste em pelo menos uma substância silícica, inorgânica.

4. Ventaneira de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a substância silícica, inorgânica, é um ácido silícico altamente disperso.

5. Ventaneira de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o material de isolamento térmico consiste em pelo menos um meio para reduzir o transporte de radiação térmica dentro do material de isolamento térmico.

6. Ventaneira de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o material de isolamento térmico está configurado em uma forma semelhante a pó e é comprimido para um corpo moldado.

7. Ventaneira de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o corpo moldado é de uma configuração semelhante a haste.

8. Ventaneira de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o material de isolamento térmico é evacuado e contraído a quente no envoltório.

9. Ventaneira de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o elemento de isolamento térmico (7) é colado na estrutura externa metálica (5).

10. Método para a produção de uma ventaneira constituída de pelo menos um compensador articulado (15), um cotovelo de bocal (3) e uma ponta de bocal (1), por ajuda do qual jato de ar quente pode ser introduzido em um forno de cuba, mais particularmente, em um alto-forno, sendo que as estruturas externas metálicas (5) para o compensador articulado (15), cotovelo de bocal (3) e ponta de bocal (1) são dotados de e encapsulados com um material refratário, caracterizado pelo fato de que no lado interno da estrutura externa metálica (5) do compensador articulado (15), cotovelo de bocal (3) e ponta de bocal (1), voltada para o jato de ar quente pelo menos um elemento de isolamento térmico (7) está disposto de acordo com a invenção, pelo menos uma área parcial no lado interno, antes de seu encapsuIamento com o material refratário, sendo que o referido elemento é formado previamente por contração a quente de um material de isolamento térmico semelhante a pó, comprimido para um corpo moldado em um envoltório, que, de um modo geral, dissolve-se durante o uso pretendido da ventaneira.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que uma folha formada, principalmente, de material plástico é utilizada como envoltório.

12. Método de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o material de isolamento térmico (7) é colado na estrutura externa metálica (5).

13. Ventaneira de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que ela é produzida conforme definido no método de acordo com uma das reivindicações 10 a 12.