PT1661645E - Processo para a regulação do caudal e vazamento por sifão para um recipiente metalúrgico - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "PROCESSO PARA A REGULAÇÃO DO CAUDAL E VAZAMENTO POR SIFÃO PARA UM RECIPIENTE METALÚRGICO" A presente invenção refere-se a um processo para a regulação do caudal através de um vazamento por sifão de um recipiente metalúrgico. A presente invenção refere-se ainda ao um vazamento por sifão de um recipiente metalúrgico.

Em especial no caso do aço fundido, o metal fundido é vertido desde uma panela intermediária, por exemplo numa unidade de vazamento continuo. Neste caso, escorre por um sifão (designado por válvula de panela) instalado no fundo do corpo da panela. É desvantajosa a aderência de material à parede do sifão durante o vazamento. Esta provoca o estreitamento da abertura, afectando assim negativamente as condições de fluxo. A fim de impedir a aderência de material à parede é frequentemente introduzido um gás inerte, tal como árgon, no orifício de passagem. No entanto, quantidades demasiado grandes de gás podem afectar negativamente a qualidade do gás, por exemplo por meio da formação de vazios no aço, que podem provocar danos superficiais durante a laminagem do aço.

Na JP 1104814 A é descrito um vazamento por sifão para metal fundido, onde as tubeiras estão envoltas numa caixa. Na caixa é introduzido gás que deverá penetrar na tubeira. Na JP 2004243407 A é descrito um vazamento por sifão aquecido. A JP 59133955 A divulga um vazamento por sifão, no qual está montado um eléctrodo na ponta de cada tubeira, com o qual é aquecida a tubeira.

Um material para um vazamento por sifão é descrito, por exemplo, na WO 2004/035249 AI. Um vazamento por sifão dentro de um recipiente metalúrgico é publicado na KR 2003-0017154 A ou na US 2003/0116893 AI. Nesta última publicação é apresentada a utilização de gás inerte com o objectivo de reduzir a aderência de material na parede interior do vazamento por sifão (o chamado clogging) , semelhante ao descrito na JP 2187239. É detalhadamente divulgado um mecanismo com uma regulação de admissão de gás na WO 01/56725 AI. O azoto é introduzido de acordo com a publicação japonesa JP 8290250 A. A JP 3193250 divulga um processo de observação da aderência ou deposição de material com ajuda de múltiplos sensores térmicos distribuídos sucessivamente, ao longo do vazamento por sifão. A introdução de gás inerte no interior do vazamento por sifão é ainda conhecido das JP 2002210545, JP 61206559, JP 58061954 e JP 7290422, entre outras.

Nalgumas destas publicações é também conhecida, para além da introdução de gás inerte, a inibição ao máximo da entrada de oxigénio por meio da utilização de caixas envolvendo uma parte do sifão. Neste caso, como por exemplo na JP 8290250, gera-se parcialmente uma sobrepressão de gás inerte no interior desta caixa. Para impedir a entrada de oxigénio é divulgada na JP 11170033 uma caixa em torno da válvula do vazamento por sifão. O caudal de metal fundido através do sifão é controlado por meio de válvulas de gaveta, de acordo com as publicações mencionadas. Estas gavetas deslizam na vertical relativamente à direcção do caudal de metal e podem assim tapar o vazamento por sifão. Uma outra possibilidade de regulação do fluxo consiste na chamada haste do tampão (também designada Stopper Rod), tal como é conhecido, por exemplo, na JP 2002143994.

Na publicação coreana KR 1020030054769 A é descrita a disposição de uma caixa em torno da válvula de um vazamento por sifão. O gás que se encontra na caixa é aspirado por meio de uma bomba de vácuo. A JP 4270042 descreve uma caixa semelhante. Nesta, tal como noutras publicações citadas, é criada uma atmosfera não oxidante dentro da caixa. A caixa apresenta uma abertura, através da qual se pode introduzir o gás inerte. É conhecido da JP 61003653 um outro conjunto, em que é aspirado gás da caixa que envolve parcialmente o vazamento por sifão a fim de criar vácuo no interior da caixa. A presente invenção tem como objectivo aperfeiçoar ainda mais a técnicas existentes a fim de minimizar a aderência de depósitos na tubeira do vazamento por sifão de modo simples e fiável, sem afectar a qualidade do metal fundido ou do metal solidificado.

Este objectivo é atingido por meio das caracteristicas das reivindicações independentes. Concretizações vantajosas encontram-se divulgadas nas reivindicações dependentes.

De acordo com o processo de acordo com a presente invenção para regulação do caudal através de um vazamento por sifão de um recipiente metalúrgico, com uma tubeira superior disposta no fundo do recipiente metalúrgico e uma tubeira inferior disposta sob a tubeira superior, com pelo menos uma abertura de admissão de gás inerte e com um sensor junto ou dentro da tubeira inferior para detecção da espessura da camada de depósitos na tubeira, a admissão de gás inerte no vazamento por sifão é regulada conforme os sinais medidos pelo sensor.

Em especial, a partir de um caudal de gás inerte já existente ou uma pressão existente do gás inerte, reduz-se o caudal e/ou a pressão até o sensor sinalizar um aumento de depósitos e/ou aumenta-se o caudal e/ou a pressão até o sensor sinalizar uma diminuição ou libertação dos depósitos. Assim, o fluxo de gás inerte por ser reduzido para um mínimo, de forma a ser introduzido pouco gás inerte no metal fundido e, consequentemente, exista menos inclusões gasosas no metal acabado, por exemplo o aço. De preferência é utilizado como sensor um sensor térmico instalado junto a ou na parede exterior da tubeira inferior. A medição pode também ser realizada por indução, resistência, ultra-sons ou raio-x. É conveniente que o caudal e/ou a pressão sejam reduzidos até que a temperatura medida na parede caia mais rapidamente do que um valor limiar pré-determinado do arrefecimento e/ou que o caudal e/ou a pressão subam até a temperatura medida na parede caia menos rapidamente que um valor limiar pré-determinado do arrefecimento. Em especial pode ser vantajoso que o fluxo de metal fundido seja regulado por meio de uma válvula instalada entre as tubeiras superior e inferior ou instalada sobre a tubeira superior. No primeiro caso, utiliza-se entre as tubeiras superior e inferior uma válvula de gaveta (Sliding gate) , no último caso utiliza-se uma haste do tampão (Stopper Rod). É adequado que a introdução do gás inerte no orifício de passagem do vazamento por sifão seja realizada sob a tubeira superior. De preferência utiliza-se como gás inerte o árgon.

De acordo com a presente invenção, um vazamento por sifão para um recipiente metalúrgico, destinado à realização do processo, apresenta uma tubeira superior instalada no fundo de um recipiente metalúrgico e uma tubeira inferior, instalada sob a tubeira superior, encontrando-se sob a tubeira pelo menos uma abertura de admissão de gás inerte no orifício de passagem do vazamento por sifão com uma ligação de gás inerte e estando ligado um sensor junto ou no lado exterior da tubeira inferior, de preferência um sensor térmico, para a detecção da espessura da camada de depósitos (clogging) na tubeira e estando o sensor ligado a um regulador do caudal de gás inerte. Pelo menos uma das tubeiras pode apresentar convenientemente um sistema de aquecimento. É lógico que sob ou por cima da tubeira superior se encontre uma válvula (válvula de gaveta ou haste do tampão) para a regulação do caudal de metal fundido.

Um outro vazamento por sifão de acordo com a presente invenção, para um recipiente metalúrgico, com uma tubeira superior instalada no fundo de um recipiente metalúrgico e uma tubeira inferior instalada sob a tubeira superior apresenta uma parede do orifício de passagem através das tubeiras, estanque pelo menos ao fluxo de metal fundido e é caracterizado por as tubeiras serem pelo menos parcialmente envolvidas por uma caixa estanque ao gás, por a caixa envolver na sua ponta inferior toda a extensão da tubeira inferior de forma estanque ao gás, apoiando-se uma parte do seu lado interno no lado externo da tubeira e por entre a parede do orifício de passagem e a caixa existir um sólido termoisolante. 0 conceito de "pelo menos parcialmente" supõe que a caixa não pode envolver, naturalmente, a tubeira, por exemplo nas respectivas aberturas. A caixa impede a passagem de gás, apresenta uma ponta superior e uma ponta inferior e, entre estas duas é estanque ao gás. Com este conjunto o vazamento por sifão apresenta duas juntas fundamentais, nomeadamente uma junta de escória fusível, na zona da parede do orifício de passagem e uma junta estanque ao gás na zona mais fria, associada ao orifício de passagem, do vazamento por sifão. Deste modo, para se atingir a estanquicidade aos gases podem ser empregues poucos materiais com resistência térmica. "Estanque ao gás" não pressupõe, naturalmente, uma estanquicidade absoluta ao gás, admitindo-se um fluxo gasoso reduzido, por exemplo inferior a 10 ml/s, de preferência inferior a 1 ml/s, especialmente preferido na ordem de grandeza 10-4 ml/s, conforme o tipo e situação das vedações/materiais. Um valor assim é pelo menos uma ordem de grandeza menor do que o estado da técnica conhecido. Esta estanquicidade ao gás (em especial a estanquicidade ao oxigénio) é responsável pela minimização dos depósitos (clogging) . A caixa apresenta, de preferência, várias peças unidas entre si de modo estanque ao gás, de preferência sobrepostas, estando pelo menos uma peça ligada de modo estanque ao gás à tubeira superior e/ou ao fundo do recipiente metalúrgico, de preferência de modo a tocar com uma parte da sua superfície lateral no lado esterno da tubeira superior e/ou do fundo. É ainda adequada a instalação de uma válvula de regulação do fluxo de metal fundido sobre a tubeira superior ou entre as tubeiras superior e inferior. No primeiro caso a válvula é uma haste do tampão, no segundo caso é uma válvula de gaveta. Dentro da caixa ou no material termoisolante encontra-se de preferência materiais absorvedores de oxigénio do grupo constituído por titânio, alumínio, magnésio ou zircónio. A caixa é, convenientemente, pelo menos parcialmente tubular (cilindro oco) ou cónica, de preferência com secção oval ou quadrangular. A caixa pode ser, adequadamente, de aço e o material isotérmico pode preferencialmente conter óxido de alumínio. Poderá ser significativa a existência de aquecimento em pelo menos uma tubeira.

Seguidamente, a presente invenção é esclarecida a título de exemplo, através de uma figura. Na figura vê-se:

Figura 1 um vazamento por sifão para realização do processo de acordo com a presente invenção, Figura 2 um historigrama temperatura/pressão,

Figura 3 um vazamento por sifão estanque de acordo com a presente invenção. 0 vazamento de sifão representado na figura 1, no fundo 1 de uma panela para aço fundido 2 apresenta dentro do fundo 1 uma tubeira superior 3. Neste encontram-se eléctrodos 4 para a geração de um efeito electroquímico ou como aquecedor. 0 fundo 1 propriamente dito apresenta várias camadas de um material refractário e do lado exterior apresenta uma caixa de aço 5. Sob a tubeira superior 3 encontra-se uma válvula de gaveta 6 para regulação do fluxo de aço fundido e abaixo desta encontra-se uma tubeira inferior 7, que sobressai penetrando no recipiente do metal fundido 8, que faz parte, por exemplo, de uma unidade de vazamento contínuo. Através das aberturas 9 flúi o aço fundido 2 para o recipiente do metal fundido 8. Um sensor térmico 10 mede a temperatura do lado exterior da tubeira inferior. Quando esta diminui significa que houve um aumento de depósitos dentro da tubeira inferior 7, uma vez que cresce o isolamento entre o lado exterior da tubeira inferior 7 e o aço fundido 2 que flúi pela dita válvula. 0 sensor térmico 10, em conjunto com o sensor de pressão 11, por meio de uma regulação da pressão 12, regula a admissão de árgon através da abertura de admissão de gás inerte 13 para o interior do metal fundido 2.

Na figura 2 é representada a evolução térmica/tempo-pressão. No caso de uma diminuição da temperatura (linha grossa) é aumentada faseadamente a pressão de árgon, de modo que a admissão de árgon no orificio de passagem provoque uma libertação de depósitos da parede. Consequentemente aumenta novamente a temperatura medida na parede exterior até atingir um valor constante. Deste modo, a pressão de árgon/fluxo de árgon pode ser definido para um valor mínimo, o qual impeça já ou mantenha a um nível reduzido a formação de depósitos. O vazamento por sifão representado na figura 3 apresenta uma vedação fundamentalmente em duas partes, nomeadamente uma vedação estanque ao fluxo em fusão ao longo do interior do orifício de passagem e uma caixa 14, que produz uma estanquicidade aos gases no sentido do exterior para o interior (entre a atmosfera envolvente e o orifício de passagem), encontrando-se cada uma das juntas a uma temperatura claramente inferior. A caixa 14 consiste nas várias peças 14a e 14b e é inserida primeiro na bainha metálica 15 que abrange a tubeira superior 3 pelo lado exterior e desemboca numa flange 16, onde uma parte da superfície exterior da peça da caixa superior 14b assenta de modo estanque. Na figura estão representadas várias juntas. As juntas ditas de tipo-1 17 consistem em peças móveis entre si na válvula de gaveta 6. São expostas pelo menos parcialmente ao metal fundido. As juntas tipo-2 18 encontram-se entre as peças refractárias do vazamento por sifão 1, portanto, por exemplo, entre as peças da válvula de gaveta 6 e a tubeira 3 superior ou a tubeira inferior 7. Mesmo estas juntas de tipo-2 18 estão directamente expostas, pelo menos parcialmente, ao metal fundido ou à temperatura do aço fundido. Além disso, a própria parede do orifício de passagem do vazamento por sifão 1 constitui uma junta (junta tipo-3) que é afectada pela escolha do material. As juntas descritas existem em princípio em todos os conjuntos conhecidos. Podem ser feitas por exemplo de óxido de alumínio. 0 efeito estanque das juntas de tipo-3 pode ser melhorado através de camadas de vidro de alta temperatura. As peças da caixa exterior 14 constituem uma junta de tipo-4 que não são expostas ao aço fundido ou a temperaturas comparáveis. Estas juntas podem ser de metal, por exemplo aço ou material cerâmico sinterizado. As juntas tipo-5 19 encontram-se entre as peças da caixa 14 e peças móveis da regulação do caudal, tal como as bielas 20 da válvula de gaveta 6. Não são expostas ao aço em fusão e podem ser feitas, conforme as condições térmicas concretas, de inconel (até 800°C), de alumínio, cobre ou grafite (até cerca de 450°C) ou de um material elastómero (a temperaturas até cerca de 200°C), tal como as juntas tipo-6 20 entre as várias peças da caixa. Para além disso, como transição entre o material refractário da tubeira superior 3 ou da tubeira inferior 7 e caixas 14 envolventes do lado exterior destas ou bainhas metálicas 15 existem juntas tipo-7 21 que impedem a penetração de gás, em especial oxigénio ao longo do ponto de união destes componentes para o espaço oco 22, entre a parte da caixa 14b e a válvula de gaveta 6. Deste modo proporciona-se uma subpressão no interior do espaço oco 22 relativamente ao meio envolvente durante o fluxo do metal fundido 2 através do vazamento por sifão 1. Esta junta tipo-7 pode ser elaborada e instalada pelo fabricante das tubeiras. A tubeira superior 3 pode ser feita de dióxido de zinco, a tubeira inferior de óxido de alumínio. Pode igualmente ser utilizado óxido de alumínio em espuma com uma baixa densidade e poros fechados, tal como óxido de alumínio-grafite, outros materiais em espuma ou fibrosos refractários. No material isotérmico da tubeira inferior 7 ou entre a tubeira inferior 7 e a peça da caixa 14a pode existir material absorvedor do oxigénio, por exemplo titânio, alumínio, magnésio, ítrio ou zircónio, misturado com material isolante refractário ou em separado. 0 vazamento por sifão de acordo com a presente invenção apresenta uma taxa de fuga substancialmente menor do que os sistemas conhecidos. As juntas tipo-1 e tipo-2 apresentam uma taxa de fuga entre cerca de 103 a 104 ou 102 a 103 ml/s e os materiais padrão para as juntas tipo-3 conduzem a taxas de fuga entre cerca de 10 e 100 ml/s. As juntas tipo-4 conduzem a uma taxa de fugas negligenciável inferior a 10~6 ml/s quando se utiliza metal (por exemplo aço) como material. No caso da utilização de material de polímero nas juntas tipo-5 e tipo 6 pode-se atingir uma taxa de fugas de cerca de 10~4 ml/s e no caso da utilização de juntas de grafite também adequadas, a taxa de fugas pode atingir 1 ml/s. As juntas tipo-7 são semelhantes a uma combinação de juntas de tipo-3 e tipo-4 e podem atingir uma taxa de fugas entre 1 e 10 ml/s. As taxas de fugas referem-se ao estado operacional do vazamento por sifão. A taxa de fugas normalizada (Nml/s) = taxa de fugas (ml/s) x Pavg/latm x 273K/Tavg

Pavg - (Pin P out) /2 <atm> Tavg = (Tin + Tout)/2 <K> avg = valor médio.

Deste modo, a taxa de fugas normalizada de acordo com a presente invenção situa-se na ordem de grandeza entre 1 e 10 Nml/s, enquanto que a combinação de juntas tipo-1, tipo-2 e tipo-3 leva na melhor das hipóteses a 150 Nml/s.

Lisboa, 9 de Março de 2009

Claims (23)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo de regulação do fluxo através de um vazamento por sifão de um recipiente metalúrgico, com uma tubeira superior (3) disposta no fundo (1) do recipiente metalúrgico e uma tubeira inferior (7) disposta sob a tubeira superior (3), com pelo menos uma abertura de admissão de gás inerte (13) e com um sensor (10) junto ou dentro da tubeira inferior (7) com o qual é determinada a espessura da camada de depósitos na tubeira, em que a admissão de gás inerte no vazamento por sifão é regulada conforme os sinais de medição do sensor (10) .

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a partir de um caudal de gás inerte existente ou de uma pressão existente do gás inerte, o caudal e/ou a pressão são reduzidos até o sensor (10) sinalizar um aumento de depósitos e/ou por o caudal e/ou a pressão serem aumentados até o sensor (10) sinalizar uma diminuição ou dissolução dos depósitos.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por se utilizar como sensor (10) um sensor de temperatura disposto junto ou na parede exterior da tubeira inferior (7).

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o caudal e/ou a pressão serem reduzidos até que a temperatura medida na parede caia mais rapidamente do que um valor limiar pré-determinado do arrefecimento e/ou por o caudal e/ou a pressão serem aumentados até 2 que a temperatura medida na parede caia menos rapidamente que um valor limiar pré-determinado do arrefecimento.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o fluxo de metal fundido poder ser regulado por meio de uma válvula (6) disposta por cima ou por baixo da tubeira superior (3).

6. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a introdução do gás inerte no orifício de passagem do vazamento por sifão ter lugar sob a tubeira superior (3).

7. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por se utilizar árgon como gás inerte.

8. Vazamento por sifão para um recipiente metalúrgico, para a execução do processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, com uma tubeira superior (3) disposta no fundo (1) de um recipiente metalúrgico e uma tubeira inferior (7) disposta sob a tubeira superior (3), em que sob a tubeira superior (3) se encontra disposta pelo menos uma abertura de admissão de gás inerte (13) com uma ligação de gás inerte, em que um sensor (10) se encontra disposto junto ou no lado exterior da tubeira inferior (7), para a determinação da espessura da camada de depósitos na tubeira e em que o sensor está ligado a um regulador do fluxo de gás inerte. 3

9. Vazamento por sifão de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o sensor (10) ser um sensor de temperatura.

10. Vazamento por sifão de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado por pelo menos uma das tubeiras (3; 7) apresentar um aquecimento (4).

11. Vazamento por sifão de acordo com uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado por se encontrar sobre ou sob a tubeira superior (3) uma válvula (6) para a regulação do fluxo de metal fundido.

12. Vazamento por sifão para um recipiente metalúrgico, com uma tubeira superior (3) disposta no fundo (1) do recipiente metalúrgico e uma tubeira inferior (7) disposta sob a tubeira superior (3), em que a parede do orificio de passagem através das tubeiras (3; 7) é pelo menos constituída de forma estanque ao fluxo de metal fundido, em que as tubeiras (3; 7) são envoltas pelo menos parcialmente por uma caixa (14) estanque ao gás, em que a caixa (14), na sua ponta inferior envolve a tubeira inferior (7) em toda a sua extensão de forma estanque ao gás, caracterizado por a caixa (14) ficar com uma parte do seu lado interior enconstada ao lado exterior da tubeira (7) e por entre a parede do orifício de passagem e a caixa (14) se encontrar um material termoisolante.

13. Vazamento por sifão de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a caixa (14) apresentar várias peças da caixa (14a, 14b) unidas entre si de forma estanque ao gás, em que pelo menos uma peça da caixa (14b) se 4 encontra unida à tubeira superior (3) e/ou ao fundo (1) de forma estanque ao gás.

14. Vazamento por sifão de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado por sobre a tubeira superior (3) ou entre as tubeiras superior e inferior se encontrar uma válvula (6) para a regulação do fluxo de metal fundido.

15. Vazamento por sifão de acordo com uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado por no interior da caixa (14) ou no material termoisolante se encontrar um material absorvedor.

16. Vazamento por sifão de acordo com uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado por pelo menos uma parte da caixa (14) ter uma forma tubular ou cónica.

17. Vazamento por sifão de acordo com uma das reivindicações 12 a 16, caracterizado por a caixa (14) ser feita de aço.

18. Vazamento por sifão de acordo com uma das reivindicações 12 a 17, caracterizado por pelo menos uma das tubeiras (3; 7) apresentar um aquecimento (4).

19. Vazamento por sifão de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a caixa (14) apresentar peças da caixa peças (14a; 14b) instaladas uma sobre a outra.

20. Vazamento por sifão de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a peça da caixa (14b) estar encostada 5 com uma parte da sua superfície lateral no lado exterior da tubeira superior (3) e/ou do fundo (1).

21. Vazamento por sifão de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o material absorvedor ser concebido a partir do grupo de titânio, alumínio, magnésio ou zircónio.

22. Vazamento por sifão de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por a parte tubular ou cónica da caixa (14) ter uma secção transversal oval ou circular.

23. Vazamento por sifão de acordo com uma das reivindicações 12 a 17, caracterizado por o material termoisolante conter predominantemente óxido de alumínio. Lisboa, 9 de Março de 2009