PT1373583E - Dispositivo papa impedir que as escórias sejam arrastadas ao efectuar a sangria de metal em fusão. - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO PARA IMPEDIR QUE AS ESCÓRIAS SEJAM ARRASTADAS AO EFECTUAR A SANGRIA DE METAL EM FUSÃO" A invenção refere-se a um dispositivo para impedir que as escórias sejam arrastadas ao efectuar a sangria de metal em fusão a partir de um recipiente metalúrgico.

No que se refere a estes recipientes pode tratar-se por exemplo, mas não exclusivamente, de recipientes para a produção de aço, tratando-se portanto de um convertedor ou do recipiente de um forno eléctrico.

De seguida a invenção é explanada mediante o exemplo de um forno eléctrico.

Numa vista de topo um tal recipiente apresenta uma forma aproximadamente oval ou a de uma pêra, estando previsto um orifício de sangria na zona de fundo dianteira, que converge em bico. Na posição normal, isto é, antes de se proceder à sangria, o nível de material fundido está situado a cerca de Ima 1,50 m acima do orifício de sangria.

Este orifício de sangria está tapado por um material de enchimento e é fechado do lado de baixo por meio de uma válvula de corrediça. O material de enchimento forma acima do orifício de sangria um montículo que se projecta para dentro do espaço interior do recipiente. 1

Para a sangria, isto é, para a trasfega do material fundido para o cadinho, no qual o aço é submetido a processos metalúrgicos secundários, o recipiente é rodado para a posição de sangria, de modo que o orifício de sangria forma agora a parte mais baixa do recipiente. É nesta posição que se abre a válvula de corrediça e se remove o material de enchimento que provoca a obturação do orifício de sangria. 0 escoamento do material fundido provoca acima do orifício de sangria um turbilhão (efeito de vórtice) que arrasta consigo, por efeito de sucção, as escórias que flutuam em cima do material fundido, o que por motivos de ordem metalúrgica é indesejável.

Pela Patent Abstracts of Japan, volume 013, N° 504 (C-653, 13.11.1989) e pelo documento JP 01201410 A (NKK Corporation), 14.08.1989) ficou a ser conhecido um método que consiste em insuflar no material em fusão gás inerte através de canais dispostos entre as pedras de cercadura do orifício de sangria, que envolvem o orifício de sangria, e o fundo do recipiente, partindo adicionalmente destes canais axiais canais radiais na direcção do canal de escoamento de material fundido.

Tais métodos tendentes a impedir ou a reduzir o dito efeito de vórtice demonstraram até à data serem ineficazes.

Por esse motivo a invenção tem o objectivo de aperfeiçoar um dispositivo do género de início referido e do tipo que se encontra por exemplo revelado no documento EP 0097610 AI de tal maneira que se torna possível eliminar de forma simples o efeito de turbilhão acima mencionado. 2

De acordo com a parte de definição da reivindicação 1 a invenção atinge o referido objectivo pelo facto de pelo menos na parede do tubo intermutável que desemboca no espaço interior do recipiente estarem previstos canais que se estendem na direcção axial e que desembocam em ambos os lados frontais do tubo, canais esses que do lado frontal do tubo que está situado do lado contrário ao do espaço interior do recipiente estão ligados a uma conduta de alimentação de gás. A insuflação de gás num material em fusão é já bem conhecida (veja-se o acima exposto) .

Durante o tratamento metalúrgico secundário do aço já produzido é injectado gás pelo lado de baixo no material em fusão, atravessando o fundo do cadinho, para criar um efeito de circulação no material em fusão, conseguindo-se assim uma uniformização da temperatura de fusão, bem como dos componentes de liga dissolvidos no material em fusão.

Nos sistemas de circulação de gás encontram-se encastrados no fundo do cadinho blocos perfurados de forma quadrada ou circular nos quais assentam pedras de circulação de gás com uma forma cónica que estão dimensionadas de maneira a que o gás possa fluir através das mesmas para o interior do material em fusão. São conhecidas pedras de vários tipos, como por exemplo pedras de circulação de gás de estrutura porosa, pedras providas de fendas, pedras com aberturas em forma de estrela, etc.

Para impedir que o gás saia lateralmente pelas pedras de circulação de gás, estão as mesmas envolvidas por um invólucro metálico. 3 A altura do nível de aço no interior do cadinho, acima das pedras de circulação de gás, pode atingir os 4 m.

Ao insuflar o gás pelo lado de baixo no material em fusão observa-se à superfície do material fundido uma assim chamada "careca". Tal como a designação faz supor, a superfície de material em fusão está neste ponto absolutamente isenta de corpos estranhos. É este o efeito de que a presente invenção faz uso. 0 orifício de sangria do recipiente de um forno eléctrico (de maneira análoga também de um convertedor) é formado pelos assim chamados tubos intermutáveis, formando vários desses tubos sobrepostos o orifício que se torna mais estreito para o lado de baixo. Tais tubos intermutáveis são feitos de magnesita, de betão corundo e de outros materiais refractários similares. Estes tubos intermutáveis são envolvidos por pedras de cercadura do orifício de sangria, existindo entre os tubos intermutáveis e as pedras de cercadura do orifício de sangria uma fresta que é enchida com um material refractário. Do lado de baixo este sistema é fechado por uma assim chamada pedra de fecho. 0 orifício da pedra de fecho pode ser obturado por meio de uma válvula de corrediça.

De acordo com a invenção está então previsto que à semelhança das pedras de circulação de gás acabadas de ser referidas estejam conformados na parede dos tubos intermutáveis (pelo menos no tubo mais alto ou nos dois tubos mais altos) canais que se estendem axialmente e que desembocam no interior 4 do recipiente. Os canais encontram-se em comunicação com uma conduta de alimentação de gás.

Logo que o recipiente tenha sido rodado para a posição de sangria inicia-se a adução de gás. 0 gás que sai dos canais remove o montículo situado acima do orificio de sangria, montículo esse que é formado por material de enchimento. Seguidamente roda-se para o lado a válvula de corrediça situada abaixo da pedra de fecho e retira-se o material de enchimento existente no interior do orificio de sangria. 0 material em fusão pode então escoar-se para dentro do cadinho, havendo tendência para se formar acima do orificio de sangria o já referido turbilhão. 0 gás injectado no material em fusão forma, à semelhança do que acontece durante a operação de circulação no cadinho, a já descrita "careca" acima dos orifícios de canal, o que significa que nesta região as escórias são impelidas para o lado de fora e impedidas de fluir através do orifício de sangria para dentro do cadinho. A insuflação de gás prossegue até que o recipiente seja rodado de novo para trás e o orifício de sangria já não esteja coberto por material em fusão. É evidente que se utiliza um gás que não tem influência sobre as propriedades metalúrgicas do material em fusão produzido.

Para que o gás não possa sair lateralmente pelos tubos intermutáveis, estes são envolvidos do lado de fora de um invólucro de aço inoxidável. 5

Se bem que se possa imaginar que os canais atravessem todos os tubos intermutáveis colocados uns por cima dos outros, está de um modo preferido previsto que só o tubo intermutável mais alto ou os dois tubos intermutáveis mais altos estejam providos de canais. Estes dois tubos intermutáveis mais altos podem também ter uma configuração inteiriça e formar assim uma unidade. A disposição e a geometria dos canais resultam das condições de aplicação de cada caso.

Durante a criação dos canais, bem como da sua geometria, pode recorrer-se à experiência obtida no campo das pedras de circulação de gás.

Para que todos os canais condutores de gás possam ser banhados uniformemente pelo gás, o tubo intermutável mais baixo, que está provido de canais, encontra-se dotado do seu lado de baixo de um espaço anular no qual desembocam todos os canais e no qual desemboca também o tubo de alimentação de gás, que é por exemplo conduzido na zona compreendida entre os tubos intermutáveis e as pedras de cercadura do orifício de sangria, as quais envolvem aqueles tubos. Para esse efeito é possível utilizar a fresta já existente entre os dois elementos ou então irá prever-se uma ranhura do lado de fora dos tubos intermutáveis que estão desprovidos de canais.

Para evitar que os tubos de alimentação de gás estejam sujeitos a descargas eléctricas, o que iria provocar a sua destruição ou danificação, propõe-se nas reivindicações 10 e 11 alternativamente colocar o invólucro metálico do recipiente metalúrgico ao mesmo potencial eléctrico que os tubos de 6 alimentação de gás ou então, de acordo com a reivindicação 11, isolar os tubos de alimentação de gás em relação ao potencial a que o recipiente metalúrgico se situa. A invenção é de seguida ilustrada mediante as figuras e explicada mais em pormenor.

Mostra-se na:

Fig. 1: o recipiente de um forno eléctrico em corte longitudinal,

Fig. 2: o sistema de sangria de um recipiente de acordo com a fig. 1, numa representação em perspectiva e em corte,

Fig. 3: um corte de uma forma de realização especial de um tubo intermutável,

Fig. 4a a 4c: três geometrias possíveis dos canais existentes nos tubos intermutáveis.

Na fig. 1 encontra-se representado em corte longitudinal o cadinho de um forno eléctrico destinado à produção de aço, que genericamente é designado pelo índice de referência 1. Numa vista frontal o cadinho 1 apresenta aproximadamente a forma de uma pêra, encontrando-se previsto na extremidade 2 que converge em bico e mais precisamente no fundo 3 do cadinho 1 um orifício de sangria 4. Aproximadamente na zona central do fundo 3 encontra-se posicionado o ânodo 5. 0 cátodo e a tampa do cadinho não se encontram representados. 7 0 cadinho 1 pode ser rodado em torno de um eixo que atravessa na perpendicular o plano do papel. Neste cadinho 1 procede-se predominantemente à fusão de sucata, atingindo o material fundido, depois da operação de fundição, a altura referenciada por 6.

Na fig. 2 encontra-se representado numa escala ampliada o sistema de sangria que comporta o orifício 4 de sangria. No presente caso este sistema de sangria é constituído por cinco tubos intermutáveis 7, 7' dispostos uns por cima dos outros, cujos diâmetros de orifício se tornam menores de cima para baixo. Os tubos intermutáveis 7, 1' são envolvidos por pedras 8 de cercadura do orifício de sangria, sendo a fresta 9 entre os tubos intermutáveis 7, 7' e as pedras 8 de cercadura do orifício de sangria preenchida com um material de enchimento refractário. 0 sistema de sangria é fechado do lado de baixo por meio de uma pedra 10 de fecho cujo orifício pode ser tapado por intermédio de uma válvula de corrediça, não representada na figura.

Os dois tubos intermutáveis 7' mais altos dispõem na sua parede de canais 11 que se estendem na direcção axial, canais esses que estabelecem a ligação entre o espaço interior do cadinho 1 e um espaço anular 12 que está previsto do lado de baixo do tubo intermutável 1' inferior. Neste espaço anular 12 desemboca uma conduta de alimentação 13 de gás que entre os tubos intermutáveis 7 e as pedras 8 de cercadura do orifício de sangria se estende para o lado de baixo e é conduzida obliquamente para o lado de fora entre a pedra inferior 8 de cercadura do orifício de sangria e a pedra de fecho.

Na fig. 3 encontra-se representada uma possível forma de realização de um tubo intermutável 1' . Este tubo intermutável 1' tem uma estrutura bipartida, isto é, possui uma parte interior 14 que tem uma configuração cónica, estreitando-se a parede exterior deste cone para o lado de cima. Este cone interior 14 está enfiado numa parte exterior 15 cuja superfície interior tem uma configuração complementar da superfície exterior do cone interior 14.

Na fig. 4c encontra-se representada uma vista de topo de um tubo intermutável 7' deste género. Os canais 11 para a passagem de gás são aqui formados por ranhuras conformadas na superfície exterior do cone interior 14.

Outras formas de configuração possíveis dos canais podem depreender-se da fig. 4a e da fig. 4b.

Na fig. 4a os canais 11 têm a configuração de ranhuras radiais, enquanto que os canais 11 são formados no exemplo da fig. 4b por uma multiplicidade de furações. São também possíveis outras geometrias ou outras formas de realização dos canais, como por exemplo canais em forma de estrela ou com formas similares. A seguir descreve-se sucintamente o processo de acordo com a invenção:

Após a operação de fundição o cadinho 1 é inclinado para a frente, de modo que o orifício 4 de sangria forma a parte mais baixa do cadinho 1.

Logo que o cadinho se encontrar nesta posição inicia-se a insuflação do gás no material fundido através dos canais 11. Só 9 depois disso é aberto o sistema de sangria, de modo que o material fundido pode escoar-se através do orifício 4 de sangria para um cadinho de fundição (não representado nas figuras) que se encontra estacionado por baixo daquele orifício. Pela insuflação do gás através dos canais 11 no material fundido consegue-se obstar à formação de um turbilhão acima do orifício 4 de sangria, de modo que se torna impossível que este turbilhão arraste através do orifício 4 de sangria escórias para dentro do cadinho.

Acima do orifício 4 de sangria forma-se por acção do gás insuflado uma assim chamada "careca", isto é, uma zona na qual a escória é afastada para os lados.

Quando a altura de enchimento no cadinho tiver atingido o valor pretendido, roda-se para trás o cadinho 1.

Quando a abertura 4 de sangria já não estiver coberta pelo material em fusão, desliga-se a adução de gás.

Lisboa, 16 de Agosto de 2007 10

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo para impedir que as escórias sejam arrastadas ao efectuar a sangria de metal em fusão a partir de um recipiente metalúrgico no qual o orifício (4) de sangria é formado por tubos intermutáveis (7, 1') dispostos uns por cima dos outros e constituídos por um material antiabrasivo e refractário, tubos esses que são envolvidos por pedras (8) de cercadura do orifício de sangria, sendo a extremidade inferior do sistema intermutável de sangria assim formado constituído por uma pedra (10) de fecho na qual encosta uma válvula de corrediça que tapa o orifício (4), caracterizado por na parede de pelo menos um tubo intermutável {!') que desemboca no espaço interior do recipiente estarem previstos canais (11) que se estendem na direcção axial e que desembocam em ambos os lados frontais do tubo (7'), canais esses que do lado frontal do tubo que está situado do lado contrário ao do espaço interior do recipiente estão ligados a uma conduta de alimentação (13) de gás.
2. 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o(s) tubo(s) (7') intermutável(éis) em cuja(s) parede(s) se encontra(m) disposto(s) o(s) canal(is) (11) condutor(es) de gás estar(em) envolvido(s) por um invólucro de chapa feito de aço inoxidável.
3. 3. Dispositivo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por os canais (11) serem ranhuras dispostas radialmente, que envolvem o orifício do tubo. 1
4. 4. Dispositivo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por os canais (11) serem furações uniformemente distribuídas, que envolvem o orifício do tubo.
5. 5. Dispositivo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por os canais (11) serem formados pelo espaço intermédio que é criado quando o tubo intermutável (!') for composto por um tubo interior (14) de configuração cónica e por um tubo exterior (15) de configuração complementar da do tubo anterior e por estarem previstos sulcos formadores de canais na superfície exterior do cone interior (14) ou então na superfície interior do cone exterior (15).
6. 6. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a alimentação (13) de gás ao(s) tubo(s) intermutável(éis) que comporta(m) o(s) canal (is) desembocar num espaço anular (12) que alimenta todos os canais e que está disposto na parte de baixo do tubo intermutável mais baixo que está provido de canais.
7. 7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a alimentação (13) de gás ser constituída por um tubo que desemboca acima da pedra (10) de fecho na fresta (9) existente entre os tubos intermutáveis (7) e as pedras (8) de cercadura do orifício de sangria, sendo o tubo conduzido a partir daí na direcção axial até ao espaço anular (12).
8. 8. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado por os tubos intermutáveis (!') que comportam os canais (11) formarem uma unidade. 2
9. 9. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado por o invólucro metálico do recipiente metalúrgico estar situado ao mesmo potencial eléctrico que os tubos de alimentação de gás.
10. 10. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado por os tubos de alimentação de gás estarem isolados em relação ao potencial ao qual o recipiente metalúrgico está situado. Lisboa, 16 de Agosto de 2007 3