PT100623A - Processo e aparelho de galvanizacao continua - Google Patents

Description

-2- & * 74 089 53250

MEMÓRIA DESCRITIVA O presente invento refere-se a um processo contínuo para galvanização de materiais lineares tais como fios, hastes, tubos ou tubagens por imersão progressiva, em zinco fundido, do elemento linear que se move axialmente.

ANTECEDENTES DO INVENTO A galvanização da superfície exterior de um tubo ou conduta como parte do seu fabrico contínuo, a partir de uma tira dè chapa metálica sem-fim, tem sido realizada comercialmente, desde à vários anos. O processo consiste basicamente em enrolar a tira metálica numa forma tubular depois de retirá-la de um abastecimento contínuo, soldando a costura, escariando e desbastando a soldadura e passando o tubo formado continuamente através de um banho de decapagem e lavagem. 0 tubo é depois passado através de uma estação de pré-aquecimento e em seguida através de um banho de zinco fundido, após o que o zinco em excesso é removido, sendo o tubo arrefecido até à temperatura de manuseamento num banho de água e depois cortado em comprimentos finitos.

Um tal processo de fabrico contínuo integrado é descrito, por exemplo, na patente U.S 3 226 817, com ênfase particular no passo de galvanização do processo nas patentes U.S 3 226 817, 3 259 148 e 3 877 975.

Nas estações de galvanização dos referidos processos integrados anteriores, o tubo formado continuamente e que se move rapidamente, depois da preparação apropriada, era passado através de uma caleira alongada posicionada sobre um lençol de zinco fundido numa tina grande, a partir da qual era bombeada uma corrente do metal líquido para manter uma quantidade substancial de zinco fundido na caleira, bem como para substituir o zinco que é transportado para fora da caleira como um revestimento de fluido sobre o tubo. A quantidade de zinco bombeado da tina para a caleira Ρ

74 089 53250 -3-superior era substancial e como será apreciado pelos peritos na arte, a formação de resíduos nas paredes da tina e da caleira, assim como a sua consequente erosão devida à acção de desgaste do zinco de recirculação, era também substancial. A erosão acelerada do impulsor e da caixa da bomba, nestas condições extremas de trabalho, requeria a sua substituição num período temporal de dias em vez de semanas, mas era visto como um cuidado de manutenção necessário, devendo ser tolerado como parte do fabrico contínuo, integrado, do cano e tubo galvanizados.

SUMÁRIO DO INVENTO O presente invento é baseado na verificação de que a galvanização eficaz não requere a imersão do tubo ou cano em deslocação dentro do zinco fundido, durante o período de tempo proporcionado pela caleira superior alongada das instalações da arte anterior. A galvanização efectiva é conseguida pelo processo e aparelho do invento, fazendo passar o tubo ou cano através de uma fonte de zinco em escoamento limitada por uma secção em T no topo do tubo de descarga da bomba. O tubo ou cano em deslocação é assim envolvido pelo zinco fundido, aspirado direc-tamente do lençol na tina sem transferência para um segundo lençol numa caleira de imersão posicionada sobre o lençol principal na tina. A redução da quantidade de zinco circulante permitida por este dispositivo tem reduzido grandemente a erosão das partes constituintes da bomba e prolongado bastante a sua vida útil.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS 0 invento é descrito com referência aos desenhos anexos, em que: a Figura 1 é uma vista esquemática em alçado e em corte de uma estação de galvanização, de acordo com o invento, quando instalada numa linha integrada para o fabrico contínuo de tubo ou cano de aço galvanizado; 74 089 53250 ¢: -4- a Figura 2 é uma vista esquemática da extremidade da bomba submersível e aparelho de galvanização, elevados das paredes envolventes da tina de zinco; as Figuras 3 e 4 são vistas de extremidade ampliadas da cabeça em T do aparelho de galvanização, no topo do tubo de elevação da bomba, mostrando a relação da cabeça em T de limitação de escoamento relativamente aos diferentes diâmetros de tubo ou cano que passam através da cabeça em T; e a Figura 5 é uma vista da extremidade ampliada de umà cabeça em T modificada para introdução tangencial da corrente de zinco fundido. a Figura 6 é uma projecção oblíqua da cabeça em T da Figura 5, parcialmente cortado para expor o interior da mesma e indicando esquematicamente o trajecto de escoamento de, pelo menos, uma porção do zinco fundido nas condições de funcionamento? e a Figura 7 é uma vista em alçado de uma modificação adicional da cabeça em T da Figura 1 ou Figura 6 com as extremidades em forma de sino.

DESCRIÇÃO DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS

Referindo as Figuras l e 2 para uma descrição geral do processo e aparelho do invento, a Figura 1 mostra a estação de galvanização 10 num sistema geral para o fabrico contínuo de tubo ou conduta galvanizados 12. Embora o processo e aparelho representado fossem desenvolvidos no contexto referido, acredita-se que o invento seja aplicável à galvanização contínua de outros produtos metálicos lineares tal como fios ou hastes. A conduta 12 passa através da estação de galvanização da direita para a esquerda como se vê na Figura 1, fornecidá com um movimento axial rápido a partir de uma estação de enrolamento onde uma tira contínua metálica é progressivamente enrolada numa forma tubular com os bordos encostados, os quais são fechados 0 74 089 f^ : 53250 " : __ „ w „. >**£. -5- : · " ‘ f por uma costura electricamente soldada, que é escariada e preparada no caminho para a estação de galvanização. Na preparação para a galvanização, que consiste, essencialmente, na imersão total da conduta 12 no zinco fundido, a conduta é primeiro limpa por um banho de decapagem por ácido, seguido de uma lavagem com neutralização, após o que o tubo é pré-aquecido imediatamente antes de entrar na estação de galvanização. O pré-aquecimento é realizado convencionalmente, fazendo passar, axialmente, a conduta através de uma bobina de aquecimento por indução. Como estes passos, antes da galvanização, são bem conhecidos na arte, não são aqui mostrados, fazendo-se simplesmente referência à patente de Krengel NB 3 259 148, em que é representado e descrito um tal sistema. A estação de galvanização 10 é essencialmente uma tina alongada 14 de zinco fundido, construída com forma geralmente rectangular, em chapa de aço soldada e formada para proporcionar um espaço 16 acima do nível predeterminado do lençol de zinco fundido 18, nela mantido a cerca de 454,5 eC, isto é, cerca de 37,77eC acima do ponto de fusão do zinco. Os meios de aquecimento, não mostrados, podem ser queimadores de gás ou óleo dirigi-" dos para o fundo da tina. O espaço 16 acima do lençol de zinco líquido é fechado por uma série de tampas 20, 22, e 24 que têm flanges 26 que se prolongam para baixo ao longo do perímetro, e que são recebidas em caleiras 28 que se prolongam em volta da periferia da tina e transversalmente em relação à mesma, de modo a permitir a utilização de tampas múltiplas para o acesso conveniente ao interior da tina para fins de manutenção. As caleiras 28, nas quais são recebidas as flanges das tampas, estão parcialmente cheias com um material granulado, tal como areia, que forma uma barreira à fuga do gás inerte, com o qual o espaço 16, acima do zinco em fusão, é cheio e mantido ligeiramente acima da pressão atmosférica para evitar, ou pelo menos limitar, as entrada de ar para dentro do mesmo.

Como mencionado anteriormente, a conduta 12 entra na 74 089 53250

estação de galvanização a partir da direita, imediatamente a seguir ao pré-aquecedor, cujo invólucro está normalmente encostado na extremidade de entrada da estação de galvanização, com um empanque de interferência de lã mineral, ou semelhante, para limitar a entrada de ar ambiente para dentro da zona de galvanização acima do metal fundido. A conduta entra na estação 10 através de um orifício na parede da tina e depois através de um tubo mais largo 30 cuja função é trazer a conduta para contacto mais íntimo com o gás inerte de purga. 0 tubo passa depois através do aparelho de galvanização 32 do invento e sai da zona de galvanização através de vim orifício alinhado 34 na parede 36 mais afastada do espaço.

Deverá ser salientado que a parede 36 mais afastada do espaço está posicionada sobre e prolonga-se para baixo e para dentro do lençol de zinco fundido 18 a alguma distância afastada da parede de extremidade 38 da própria tina, proporcionando uma pequena área 40 de acesso aberto ao lençol de zinco através da qual é mantida a quantidade de zinco fundido pela adição periódica de lingotes de metal. Aquela área aberta serve também o propósito adicional de receber o zinco fundido retirado da superfície exterior da conduta 12 por uma corrente de ar 42 que consiste numa série de agulhetas num colector anular dirigido para fornecer uma corrente de corte de ar comprimido sobre a superfície da conduta, permitindo retirar o excesso de zinco da mesma e propulsionando o mesmo numa trajectória plana sobre a área exposta 40 do lençol de zinco fundido.

Numa tal linha de fabrico, a conduta 12, que constitui a peça de obra, desloca-se a uma boa velocidade, não raro superior a 3m/s. 0 próprio aparelho de galvanização 32 é mostrado montado na central da tina 22. Compreende essencialmente uma bomba centrífuga submersível 44, fixa por soldadura à extremidade inferior de um tubo de suporte de parede espessa 46 soldado ao lado inferior da tampa da tina. A estrutura de suporte 48 montada na parte superior da tampa '22 proporciona dois apoios 50 para 74 089 53250 -7-

o veio vertical 52 da bomba que é accionado, na sua extremidade superior, por um motor eléctrico vertical de velocidade variável 54, através de uma correia em V metida num par de polias de redução de velocidade 56 e 58. Na sua extremidade inferior é enchavetado no veio 52, um impulsor de bomba de lado duplo (não mostrado), o qual quando roda arrasta o zinco fundido do lençol através de uma entrada central no prato de fundo da bomba e um orifício central similar no prato de topo da bomba, através dos quais o veio 52 passa com grande folga para admitir o zinco para as pás de impulsor superiores. 0 acesso pelo zinco líquido à abertura central superior é proporcionado por aberturas na estrutura de suporte entre a prato superior da bomba e o tubo de suporte 46. 0 tubo de suporte 46 isola completamente o veio da bomba do gás inerte no espaço 16, eliminando a necessidade de bucins de veio entre o veio 52 e a tampa 22, para evitar a fuga do gás. A bomba fornece o zinco fundido a um tubo de elevação 60, o qual transporta o metal líquido para cima até uma cabeça em T 62, com a forma de um tubo aberto, alinhado, para receber a conduta 12 que se move rápida e axialmente através dele. Para suportar firmemente a cabeça em T, um par de suportes 64, soldados ao tubo de suporte 46 da bomba, rodeiam a cabeça em T 62, com uma configuração em bloco dividida, em que as duas partes de cada suporte estão seguras em conjunto por parafusos, para manter firmemente a cabeça em T na posição. A bomba de velocidade variável 44 é accionada a uma velocidade adequada para fornecer um caudal ascendente constante de zinco fundido, suficiente para rodear a conduta que se desloca através da cabeça em T 62 a qual, em contraste com os aparelhos de galvanização do tipo caleira até aqui empregues, pode ser relativamente curta, isto é, da ordem de 51 cm, vertendo o excesso de zinco das extremidades da cabeça em T para cair directamente no lençol de zinco, a partir do qual foi bombeado, notando-se que a superfície do lençol 18, por debaixo do espaço limitado cheio de azoto, está livre da camada espumosa de óxido na extremidade esquerda descoberta da tina. 74 089 53250 -8-

Embora o invento como especificamente representado nas Figuras 1 e 2 empregue vantajosamente a bomba centrífuga submersível 44, o invento no seu aspecto geral não está dependente de uma forma de bomba específica. Outro tipos de bombas, por exemplo, bombas electromagnéticas sem contacto, podem também ser empregues, embora preferivelmente com capacidade adequada para a velocidade de abastecimento obtida pelo controlo de velocidade da bomba mecânica representada.

Num aparelho do tipo representado, o ramo transversal da cabeça do T tem um diâmetro interior de 4,68 cm e tem sido utilizada com sucesso na representação construída para galvanizar tubo de diâmetro até 5,49 cm em diâmetro exterior, isto é, conduta eléctrica de parede fina de diâmetro nominal de 5 cm e de diâmetro inferior de até 1,765 cm de diâmetro exterior, isto é, conduta com parede de espessura nominal de 1,25 cm para fios eléctricos. Como será visível a partir das Figuras 3 e 4, os diferentes tamanhos de tubo, cano ou conduta a serem galvanizados requerem a bombagem de quantidades variáveis de zinco para mergulhar completamente a peça em deslocação, na sua passagem através da cabeça em T, sendo requerida uma maior quantidade de zinco para tubos mais pequenos numa ramo transversal da cabeça de um dado tamanho, particularmente quando é preferido bombear o zinco a uma velocidade suficiente para o fornecer em excesso para o espaço anular entre a peça que se desloca e a cabeça em T circundante para, pelo menos, uma porção do comprimento da cabeça em T. Os requisitos de bombagem, contudo, são muito mais reduzidos do que os dos aparelhos de galvanização da arte, anterior tal como o representado pela patente Na 3 259 148 de Krengel, devido à bombagem da quantidade suficiente de zinco, para manter o metal fundido numa caleira separada, acima do lençol de zinco, não ser necessária para o aparelho representado, pois a altura de pressão, para a qual o zinco deve ser bombeado, é reduzida e o processo de galvanização pode ser realizado com menos recirculação do metal fundido.

Estas diferenças resultam em benefícios muito importantes

74 089 53250 -9-

Primeiro, foi observada uma redução muito notável na erosão das bombas. Considerando que a vida da bomba tinha até aqui uma duração de um a três dias, dependendo das condições extremas de trabalho, os requisitos de bombagem reduzidos, do presente invento aumentaram a vida da bomba para mais de trinta dias, no que se refere à extensão do melhoramento.

Segundo, a eliminação da caleira de imersão superior e a redução das correntes de recirculação no metal fundido nos requisitos inferiores de bombagem do aparelho do invento, resultaram numa redução notável da formação de resíduos e consequente maior longevidade para as paredes de aço da tina de zinco. Além disso, embora ainda não realizado nas tinas de zinco existentes, é visível que sem a necessidade de manter uma caleira de galvanização superior alongada separada do corpo principal do zinco fundido na tina, a própria tina pode ser reduzida em tamanho, para aproximadamente metade, o que dará origem a economias adicionais de manutenção para a tina de zinco e, ao mesmo tempo, reduzirá a quantidade de energia requerida para manter a quantidade constante de zinco fundido.

Por último, o invento tornou possível uma redução significativa na quantidade de resíduos gerados no arranque, com melhoramento concomitante na segurança de fabrico, reduzindo o tempo requerido para comutar a linha de fabrico galvanizado para não galvanizado. Devido à geração de resíduos, cada vez que os suportes dos rolos da estação de enrolamento são mudados para permitir à linha fazer um tamanho diferente de tubo ou conduta são requeridos, usualmente, ajustamentos na estação de enrolamento e por vezes na estação de soldadura, antes de se conseguir uma soldadura com costura fechada, aceitável. Só depois é seguro começar a galvanização, visto que a passagem de um tubo com costura aberta cheio de zinco, dentro do banho de arrefecimento, aos níveis de temperatura e energia de calor envolvidos, é um convite à explosão pela vaporização rápida da água de arrefecimento . 74 089 53250

-10-

Para evitar este perigo, a linha deve ser corrida até que seja produzida uma costura aceitável antes de poder prosseguir a galvanização. Na combinação da caleira superior e tina inferior era requerido um intervalo de tempo adicional, significativo, para trazer o zinco na caleira superior até a um nível excessivo de fornecimento de zinco para produzir um produto aceitável. Isto por sua vez resultava na produção de resíduos, mesmo depois de ter sido produzida uma costura de soldadura aceitável.

No aparelho do invento, a elevação curta do zinco fundido do lençol 18 para o ramo transversal 62 da cabeça, no topo do tubo de elevação 60, resulta na produção quase instantânea de produto de qualidade com a ocorrência de pouco ou nenhum resíduo da conduta galvanizada no arranque. O esvaziamento rápido, bem como o reenchimento do tubo de elevação 60 e a ramo transversal 62 da cabeça, além do mais, reduziu a conversão da linha de fabrico galvanizado para não galvanizado e vice-versa, para ligar ou desligar simplesmente o motor da bomba, e, em qualquer caso, resulta em resíduo quase negligenciável com uma conversão substancialmente instantânea.

Na forma modificada do aparelho de galvanização deste invento mostrado na Figura 5, o tubo de elevação 60' une-se descentradamente com o ramo tubular transversal de extremidade aberta da cabeça em T 62', de modo que a corrente de escoamento de zinco fundido entra no ramo transversal da cabeça, tangencialmente, para envolver a conduta 12', que passa através da caleira, escoando-se a corrente de zinco tangencialmente.

Dado que a conduta 12' passa ela própria axialmente através do ramo transversal 62' da cabeça a velocidades até 3m/s, a aderência do zinco à peça que se move rapidamente aplica uma força ao zinco fundido na direcção de deslocamento da peça, da direita para a esquerda na Figura 6, resultando no envolvimento helicoidal da peça pelo zinco em escoamento. Esta forma de escoamento é representada numa forma muito simplificada e esquemática na Figura 6. Efectivamente, devido ao ramo transversal tubular 62' da cabeça ser aberto em ambas as extremidades -11- 74 089 53250 j-£V /<r sem outra restrição a não ser a da peça de conduta 127 que a atravessa, existe algum retorno de zinco fundido, para a extremidade de entrada do ramo transversal da cabeça, a partir da qual o zinco fundido cai para a superfície do lençol na tina. 0 maior excesso de zinco ocorre na extremidade de saída do ramo transversal da cabeça e, quando o excesso de zinco é máximo, isto é, nas velocidades de bombagem maiores empregues para a peça de conduta mais pequena, a corrente em excesso pode projectar-se a uma distância substancial da extremidade do ramo transversal da cabeça, na ausência de uma providência para reduzir a velocidade do excesso de zinco. Tal providência pode, convenientemente, ser feita como mostrado na Figura 7, dando às extremidades do ramo transversal 62" da cabeça a forma de sino, para aumentar a área da secção transversal do ramo transversal da cabeça e assim reduzir a velocidade e encurtar a trajectória das correntes que saem das extremidades do ramo transversal da cabeça.

Claims (13)

1. -12 :·β· ' 'ít 74 089 53250 REIVINDICAÇÕES 1 - Processo contínuo de galvanização de elementos lineares pela aplicação de zinco fundido ao elemento linear limpo e pré--aquecido a ser galvanizado, caracterizado por compreender : a passagem axial do elemento linear através de um tubo aberto, tendo as extremidades abertas da área de secção transversal, pelo menos, tão grandes como qualquer outra secção transversal do dito tubo; o fornecimento de zinco fundido ao dito tubo aberto a partir do zinco fundido situado por debaixo do dito tubo aberto, a uma velocidade suficiente para mergulhar o elemento linear num escoamento de zinco fundido, quando o mesmo passa através do dito tubo aberto; e a recolha por gravidade do excesso de zinco que se escoa das extremidades do dito tubo aberto e que goteja do elemento linear revestido.
2. 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o zinco fundido ser bombeado para o lado inferior do dito tubo aberto entre as suas extremidades, a uma velocidade suficiente para banhar o espaço anular entre o dito elemento linear e o dito tubo aberto durante, pelo menos, uma porção do comprimento do dito tubo aberto.
3. 3 - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o caudal do zinco bombeado para dentro do tubo aberto ser ajustável para os requisitos do banho dos elementos lineares de secção transversal de tamanho diferente.
4. 4 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o zinco fundido ser introduzido dentro do dito tubo aberto transversal e excentricamente em relação ao mesmo.
5. 5 - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado -13- 74 089 53250 //' V» :7Ϊ0· por ο tubo aberto ter um secção transversal circular, o zinco fundido ser introduzido tangencialmente ao mesmo e ser arrastado numa forma de escoamento helicoidal pelo arrastamento de fricção do elemento linear ao passar através do tubo aberto.
6. 6 - Aparelho para a galvanização contínua de um elemento linear tal como cano, tubo, haste ou fio, tendo uma estação de galvanização, que inclui uma tina de zinco fundido e mantendo o dito zinco num estado de líquido bombeável, uma cobertura para a tina, para manter um espaço substancialmente fechado acima do zinco fundido, meios para introdução contínua de um gás inerte dentro do dito espaço, para purgar o ar atmosférico do espaço, aberturas de entrada e saída nas paredes, que definem o dito espaço, para a passagem através do dito espaço do dito elemento linear a ser revestido com zinco fundido, caracterizado por compreender: um aplicador aperfeiçoado para revestimento do dito elemento linear que compreende: uma conduta que tem uma extremidade aberta abaixo da superfície do lençol de zinco fundido e que se prolonga por cima da superfície do lençol e termina num ramo tubular transversal de T de extremidade aberta, estando o dito ramo transversal de T alinhado axialmente com as ditas aberturas de entrada e saído, de modo a envolver o dito elemento linear ao deslocar-se através do dito espaço; a dita conduta tendo uma bomba consigo associada, para fornecer continuamente o zinco fundido ao dito ramo transversal de T a uma velocidade adequada para mergulhar o dito elemento linear no zinco fundido, enquanto o mesmo passa através do dito ramo transversal de T.
7. 7 - Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a dita bomba ser uma bomba centrífuga submersível, suspensa da cobertura da tina e a dita conduta incluir um tubo de fornecimento que sobe do corpo da bomba para o dito ramo transversal -14- -14- & 53250 de T.
8. 8 - Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o corpo da bomba submersível estar suspenso da cobertura da tina por um tubo de suporte de parede espessa, rígido, soldado ao lado inferior da tampa, o impulsor da bomba ser accionado por um veio, que se prolonga para cima através do tubo até chumaceiras montadas na estrutura, seguras no lado de topo da cobertura da tina, o invólucro do veio de accionamento, dentro do dito tubo de suporte, vedar a passagem do veio de accionamento, através da cobertura da tina, contra a fuga de gás do ditò espaço e por o dito motor estar montado na dita estrutura no topo da cobertura da tina e ser ligado de modo a accionar o veio de accionamento da bomba através de uma transmissão de redução de velocidade.
9. 9 - Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a velocidade de rotação do veio de accionamento da bomba ser variável, para controlar a quantidade de zinco bombeado para o dito ramo transversal de T.
10. 10 - Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o motor ser um motor de velocidade variável, para controlar a quantidade de zinco bombeado para o dito ramo transversal de T.
11. 11 - Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a dita conduta se unir ao dito ramo tubular transversal de T de extremidades abertas de forma descentrada em relação à secção transversal da última.
12. 12 - Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o dito ramo tubular transversal de T de extremidades abertas ser cilíndrica e a dita conduta se unir à mesma tangencialmente a uma secção transversal do dito ramo transversal de T, numa posição intermédia em relação às extremidades abertas da mesma. 74 089 53250 -15-
13. 13 - Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracteriza-do por o dito ramo tubular transversal de T de extremidades abertas ter as suas extremidades em forma de sino. Lisboa, JH. ^'2 Por ALLIED TUBE & CONDUIT CORPORATION - 0 Agente Oficial -