PT1678333E

PT1678333E - ''tubo de sangria''

Info

Publication number: PT1678333E
Application number: PT05730742T
Authority: PT
Inventors: Zach Oliver; Michael Klikovich; Michael Berger; Christian Rahm
Original assignee: Refractory Intellectual Prop
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2005-04-16
Publication date: 2007-08-14
Also published as: TWI294464B; WO2005118889A2; WO2005118889A3; BRPI0511738A; EA200602009A1; SI1678333T1; CA2562334A1; CN100429323C; EP1678333B1; DK1678333T3; CA2562334C; MXPA06013067A; AU2005250081A1; ZA200609209B; TW200609357A; CN1950523A; NO20064992L; US7556765B2; DE502005000895D1; KR100861849B1

Description

ΕΡ 1 678 333 /PT

DESCRIÇÃO "Tubo de sangria" 0 invento refere-se a um tubo de sangria para um recipiente de massa fundida metalúrgica. Como recipiente de massa fundida metalúrgica, deve ser compreendido um agregado no qual é produzida, tratada e/ou transportada uma massa fundida, por exemplo, um conversor ou um forno de arco voltaico.

Neste caso, uma massa de metal em fusão localizada dentro do recipiente de fusão, é conduzida ao longo do tubo de sangria para um agregado ligado a jusante. Por exemplo, o aço é conduzido do conversor para uma instalação de fundição continua ligada a jusante, através de um caldeiro de fundição. A massa fundida de metal deve ser transportada, se possível, livre de impurezas. Por exemplo, deve ser evitado um contacto tanto com a atmosfera ambiente (oxigénio, azoto) como transportar escória.

Da EP 0 057 946 Bl é conhecida uma sangria de conversor que é formada - em sentido axial - por vários blocos ou discos refractários. O bloco no lado da entrada deve apresentar um canal de passagem em forma de funil e na extremidade no lado de saída, o canal de passagem do tubo de sangria, deve ter o diâmetro mais pequeno. Tubos de sangria concebidos desta forma, já existem no mercado há mais de 20 anos e com bons resultados.

Também com bom desempenho de função são os tubos de sangria cuja geometria na extremidade do lado de saída corresponde às determinações da DE 42 08 520 C2. Neste caso, um perfil de escoamento da massa fundida correspondente, é a base do cálculo da secção de saída, ou seja, aceitando um valor médio para a altura da massa fundida sobre o tubo de sangria. A altura da massa fundida de metal (altura do banho), num tubo de sangria de um conversor, é quase constante 2

ΕΡ 1 678 333 /PT durante a sangria, visto que o conversor ficará equilibrado, aumentando o tempo de sangria (conduzido com atraso). Principalmente, no final de uma sangria, a altura do banho é reduzida automaticamente. Com isto, aumenta o perigo de, juntamente com a massa fundida metálica ser conduzida escória para e através do tubo de sangria. Além disso, pode verificar-se a formação de turbulência e de uma depressão no tubo de sangria. Simultaneamente, aumenta, por via disto, o perigo de uma nova oxidação e nitrogenação. 0 invento tem como objectivo a optimização de um tubo de sangria do tipo referido anteriormente, para que, durante o tempo global da sangria, seja garantido o escoamento pretendido («constante») da massa e evitado o arrastamento de escória. «Constante» quer dizer que o escoamento da massa no canal de sangria do tubo de sangria, se possível até ao final do tempo de sangria não sofra uma ruptura. Deve, igualmente, ser evitada a absorção de oxigénio e azoto, tanto quanto possível. Por fim deve ser feita a instalação do tubo de sangria de tal forma que, independentemente do seu desgaste (dentro de limites aceitáveis tecnicamente), possa ser transportado um escoamento de massa o mais uniforme possível ao longo do tubo de sangria.

De acordo com a DE 42 08 520 C2 é possível determinar o perfil de corrente de uma massa fundida a partir da fórmula seguinte: A(x) = m/ (p. (2gx) Vz) com: A(x) = Secção necessária da corrente à distância x do nível do banho m = corrente da massa fundida g = aceleração da gravidade =9, 81 m/s2 x = distância seleccionada do nível do banho p = densidade da massa fundida

Neste caso, só é tomada em consideração a alteração de secção provocada pela aceleração do jacto de massa fundida dependente da altura de queda. Para garantia da clareza e 3

ΕΡ 1 678 333 /PT compreensão dos cálculos, é desprezada ou não é dada atenção a influências como viscosidade da massa fundida ou fricção nas paredes, tanto aqui como nos outros cálculos referidos nesta descrição.

Para uma massa fundida especifica, é possível determinar com precisão, o diâmetro do canal de passagem na extremidade de saída com posicionamento vertical do canal de passagem, de um débito de passagem e de uma distância estabelecidas previamente entre o nível do banho e a extremidade de saída. m = 700 kg/s x = 2,7 m p = 7.200 Kg/m3 (para aço) A(x=2,7 m)=700/7.200·(2-9,81-2, 7)½ =0,01335 m2

De A=d2.n/4 calcula-se o diâmetro de saída para uma sangria com secção circular na saída d = (A. 4 / ππ) 1/2 d = [(0,01335-4) /π] V2 =0,1304 m

Num diâmetro definido previamente do canal de sangria na extremidade de saída, é um ponto de vista decisivo para o débito de passagem e o perfil de corrente daí resultante, a respectiva altura de banho (altura da massa fundida sobre a extremidade de saída do tubo de sangria) . Na fig. 1, por exemplo, para diversas alturas de banho, é apresentado o raio necessário de uma secção circular do canal de passagem do tubo de sangria na dependência da distância da extremidade de saída, em que «0» define a extremidade de saída do tubo de sangria, 1,35 m é o comprimento global do tubo (novo) de sangria e é aceite uma altura máxima do banho de 2,70 m (calculada a partir da extremidade de saída). A altura máxima efectiva do banho de massa fundida sobre a entrada da sangria é, por conseguinte, 1,35 m. Tomando por base um débito de passagem predefinido, a curva apresentada para a altura máxima do banho (= 2700 mm) apresenta o raio mínimo teórico necessário do canal de sangria (canal de passagem no tubo de 4

ΕΡ 1 678 333 /PT sangria) com diferentes distâncias da extremidade de saida, tendo inicio com um raio = 65mm na extremidade de saida. As restantes curvas apresentam o raio mínimo necessário do canal de sangria com diferentes distâncias da extremidade de saída, para diferentes alturas de banho, admitindo a mesma secção (raio 65 mm) na extremidade de saída.

Sabe-se que, com uma altura de banho entre 2.700mm e 2.400mm na zona de entrada do tubo de sangria, é suficiente um raio de 80 milímetros para a secção do canal de passagem, para encher completamente com o jacto de massa fundida uma secção circular do tubo de sangria na extremidade de saída com um raio de 65 mm.

Se o nível do banho continuar a baixar, por exemplo, para uma altura mínima de banho de 1600 milímetros igualmente apresentada (altura efectiva do banho de massa fundida sobre o canal de sangria agora: 250 mm), com a mesma secção do tubo de sangria na extremidade de saída para o raio necessário da secção do canal de passagem, na zona de entrada do tubo de sangria, obtêm-se um valor aproximado de ca. de llOmm.

Na DE 42 08 520 C2 é considerada apenas uma zona de 30% até 70% do nível do banho para definição da geometria da sangria.

Da DE 42 08 520 C2, para o exemplo referido tendo em consideração um nível mínimo de banho de 30% e um comprimento da sangria fechada de 750 mm, obtêm-se um diâmetro de entrada de 75 mm. Daqui resulta que a teoria da DE 42 08 520 C2 conduz a tubos de sangria, cujo canal de passagem na extremidade de entrada é muito pequeno.

Contrariamente a isto, o invento conduz para geometrias completamente diferentes do canal de passagem de um tubo de sangria.

Devido à tomada em consideração de alturas de banho mais reduzidas (altura efectiva da massa fundida de metal sobre a zona de entrada do tubo de sangria: < 20% do valor máximo), a secção necessária na extremidade de entrada aumenta e desvia- 5

ΕΡ 1 678 333 /PT se claramente da secção que resulta em conformidade com a DE 42 08 520 C2. A fig. 2 apresenta, mais uma vez, como curva (1), o perfil exigido do canal de saída em sentido longitudinal, numa altura de banho de 1600 mm e um raio da secção de saída de 65 mm (raio teórico mínimo necessário). A curva (2) apresenta a relação de corrente num tubo de sangria, de conformidade com a situação da Técnica (raio da secção de entrada: 80 mm). Devido à secção de entrada demasiado pequena comparada com a secção de entrada exigida, de acordo com o invento (raio = 110 mm), verifica-se, de acordo com a situação da Técnica, um forte estreitamento do jacto no tubo de sangria. Numa formação livre do jacto, na extremidade de saída o mesmo corresponde a apenas um raio da área de secção de 50 mm. Na zona abaixo da secção de entrada não pode, por isso, a secção global do canal de sangria ficar completamente cheia e ser utilizada para a saída da massa fundida. As elevadas turbulências e depressões já referidas no tubo de sangria são consequência disto, com o perigo de arrastamento da escória em suspensão na superfície da massa fundida. Simultaneamente, as turbulências formadas ao longo do tubo provocam uma redução (maior) do débito de passagem e, assim, o tempo de sangria é superior ao pretendido. Disto resulta uma redução da temperatura da massa fundida de metal. Isto obriga a que a massa fundida nas seguintes fases de tratamento tenha que ser aquecida para o nível de temperatura desejado, resultando daí custos de energia suplementares. O evitar de turbulências e a manutenção de um jacto compacto no canal de sangria é solucionada pelo invento através da concepção de um canal de sangria que durante o tempo global da sangria, portanto, também, com alturas de banho reduzidas, (altura efectiva do nível do banho por cima da extremidade de entrada do tubo de sangria: < 20% da altura máxima) o canal de sangria global fica completamente cheio de massa fundida. O invento, na sua forma de execução mais simples, abrange a utilização de um tubo de sangria para um recipiente de massa fundida metalúrgica, de acordo com a reivindicação 1. 6

ΕΡ 1 678 333 /PT «hl» deve ser inferior ou igual a 0,2x a altura máxima (hmax) de uma massa fundida no recipiente de massa fundida em prolongamento axial do tubo de sangria. 0 factor variável (hi / hmax) tem em conta o diferente comportamento da corrente, principalmente com altura de banho reduzida. Do factor «<0,2» resulta que, neste caso, é apurada uma situação na qual a altura efectiva do nivel da massa fundida sobre o canal de entrada do tubo de sangria é, no mínimo, inferior a 80% da altura efectiva do nível da massa fundida com a altura máxima do banho. «hk» reproduz o comprimento disponível correspondente do tubo de sangria entre a extremidade de entrada e a extremidade de saída. Enquanto a extremidade de saída do tubo de sangria é obrigatoriamente a extremidade livre inferior do mesmo e não sofre alteração, a posição da extremidade de entrada altera com o tempo de utilização do tubo de sangria. Responsável por isto é um desgaste do material refractário na extremidade de entrada. A extremidade de entrada corresponde, de acordo com a definição, ao nível do material refractário próximo de um revestimento refractário do recipiente da massa fundida metalúrgica. Com o aumento da erosão, o comprimento do tubo de sangria vai diminuindo em conformidade.

Com «Y» é, por fim, designada a distância axial entre a extremidade de saída e um ponto ao longo do tubo de sangria. Para a extremidade de saída é y=0, pelo que, da fórmula antes referida resulta: A(y=0) — A.

Como caso especial de uma secção de sangria circular, resulta para o diâmetro d(y) da secção de sangria entre a extremidade de saída e a extremidade de entrada a seguinte dependência d(y) = d .

(hl+hk)/(hl+hk-y) com d = Diâmetro na extremidade de saída 7

ΕΡ 1 678 333 /PT hi = 0,2 hmax ou menos da altura máxima (hmax) de uma massa fundida no recipiente de massa fundida sobre a entrada da sangria em prolongamento axial do tubo de sangria, hk = comprimento do tubo de sangria entre a extremidade de entrada e a extremidade de saída, Y = distância axial entre a extremidade de saída e um ponto ao longo do tubo de sangria.

Neste caso, «d» descreve o diâmetro na extremidade de saída sob pretexto de um débito de passagem pretendido. Quanto mais elevado for o débito de passagem, maior é o diâmetro «d». A teoria, de acordo com o invento, será, seguidamente, descrita com o auxílio de diversos exemplos de execução. O comprimento do tubo de sangria (hk) é aceite com 1,35 metros, a altura do nível do banho (hi)- partir da extremidade de entrada do tubo - com 0,25 metros (18,5% da altura máxima do banho de massa fundida de 1,35 metros sobre a entrada de sangria). O diâmetro «d» na extremidade de saída teria sido determinado com 0,13 metros, para garantir um débito de passagem «X» pretendido.

Com a fórmula antes referida é calculado o diâmetro interior do canal de passagem à entrada, como segue: d(y) = 0,13* 4V(0,25+1,35)/(0,25+1,35-1,35 = 0,21 m

Numa distância de 1 metro em relação à extremidade de saída, obtêm-se para o canal de passagem, um valor de diâmetro de: d(y)=0,13-4V(0,25+1+35)/(0,25+1,35-1,0) = 0,17 m enquanto na saída, conforme apresentado, -(d(y)=d, portanto 0,13 m.

Tomando por base um comprimento de tubo de 2,0 metros (com dados básicos sem alteração, como secção de saída, 8

ΕΡ 1 678 333 /PT diâmetro de saída, altura efectiva do nível do banho por cima da extremidade de entrada) obtém-se o diâmetro exigido na extremidade de entrada para 0,23 metros a uma distância de 1 metro em relação à saída para 0,15 metros, enquanto que o mesmo, na extremidade de saída, comporta 0,13 metros sem alteração.

Daí se conclui que, com o aumento do comprimento do tubo de sangria, a amplitude de abertura exigida é maior na extremidade de entrada.

De acordo com uma forma de execução, o factor (hi / hmax) é aceite com > 0,05, (hmax é a altura máxima da massa fundida no recipiente de massa fundida sobre a zona de entrada do tubo de sangria em prolongamento axial do tubo de sangria). De acordo com outra forma de execução, o valor oscila entre >0,1 e/ou < 0,2.

Conforme apresentado, depende, especialmente, do dimensionamento do tubo de sangria na parte de entrada. Neste caso, são determinantes as relações de alturas efectivas do nível do banho (< 20% da altura máxima efectiva do nível do banho por cima da extremidade de entrada. A geometria da secção na extremidade do lado de saída é determinada, principalmente, pelo valor teórico do débito de passagem (corrente de massa com altura máxima de banho).

De acordo com uma forma de execução, o cálculo da secção para o canal de passagem, refere-se, por isso, ao valor «y» > 50% do comprimento global do tubo de sangria. De acordo com outra forma de execução, estes valores são reduzidos para patamares de >70%. Isto significa que, principalmente, a metade do lado de entrada ou o terço do lado da entrada do comprimento global do tubo terá que ser concebido específico com o invento.

Neste caso, este sector pode ser formado com um adelgaçamento cónico contínuo; o adelgaçamento necessário no sentido da extremidade do lado da saída pode, se necessário, processar-se por fases. Igualmente é possível (vista em corte longitudinal) uma adaptação à geometria optimizada do canal de passagem na forma de línguas poligonais (ver fig. 3 a 5) 9

ΕΡ 1 678 333 /PT ou secções onduladas. Nas figs. 3-5, juntamente com as geometrias ideais calculadas, de acordo com o invento, são, também, apresentadas áreas de parede por fases adaptadas tecnicamente às mesmas, com as quais se conseguem obter os efeitos desejados e tecnicamente mais fáceis de realizar.

Principalmente, a metade de baixo do lado de saida do tubo de sangria pode continuar a conicidade da parte (superior) do lado de entrada; também é possível formar esta parte com conicidade (subida) mais reduzida, até uma forma cilíndrica do canal de passagem. Isto é válido, principalmente, para os últimos 10 a 20% do lado de saída do comprimento do tubo de sangria.

Relativamente à subida do canal de passagem, o invento aponta a teoria, de acordo com uma forma de execução (secção de forma circular e formação simétrica do contorno interior relativamente ao eixo do canal) conceber a área da parede, de forma que a subida (S) do contorno interior do canal de passagem (em corte longitudinal), acompanhe a seguinte relação:

com r = raio da secção do canal na extremidade de saída. A subida S descreve, neste caso, a alteração do raio r(y) de uma secção circular do canal de sangria dependente da distância y em relação à extremidade de saída da sangria.

Por exemplo, desta forma, para alturas de banho efectivas diferentes para a subida (S) mínima pretendida em diferentes distâncias da extremidade de saída do tubo de sangria, obtêm-se os valores referidos na tabela seguinte com hk = 1,35 m hmax = 1,35 m r = 0,065 m 10

ΕΡ 1 678 333 /PT

Altura efectiva do banho 0,2* hmax = 0,27 m 0,1* hmax 0,135 m Distância da extremidade saída 0,5*hk=0,675 m 0,7*hk=0,945 m 0,5*hk=0,675 m 0,7*hk= 0,945 m S 0,0197 0,03 0,0233 0,0388 com hk = 2,Om hmax = 1,35 m r = 0,065 m

Altura efectiva do banho 0,2* hmax = 0,27 m 0,1* hmax = 0,135 m Distância da extremidade de saída 0,5*hk=l,0 m 0,7*hk=l,4 m 0,5*hk=l,0 m 0,7*hk=l,0 m S 0,0148 0,0237 0,0168 0,0289 com hk = 0,75 m (p. ex. comprimento de sangria reduzido com revestimento exterior do conversor fechado hmax = 1,95 m r = 0,065 m

Altura efectiva do banho 0,2 hmax 0,39 m = 0,1* hmax = 0,135 m Distância da 0,5*hk=0,375 m 0,7*hk=0,525 m 0,5*hk=0,375 m 0,7*hk=0,525 m extremidade de saída S 0,0235 0,0308 0,0324 0,0474

Os exemplos mostram que na zona do lado da entrada (primeiro terço do comprimento do canal) para a subida S os valores devem ser >0,02. Com alturas efectivas do banho muito reduzidas e comprimentos de sangria mais curtos, a zona onde devia ser > 0,02, prolonga-se até à metade do lado de entrada do canal de sangria. Este valor S pode subir até >4,025, >0,05 ou >0,025. O mesmo é válido, pelo menos, para a metade superior (próxima da extremidade de entrada) ou para o terço superior (próximo da extremidade de entrada) do canal de sangria, podendo, no entanto, prolongar-se também sobre o comprimento total do canal de sangria. Directamente na extremidade de entrada (sobre um comprimento de 0,02 do comprimento global do tubo de sangria), o valor pode ser de >>0,25, 1, 5, 10, 30, 50, 70 ou 100. Se a disposição da parede do canal de 11

ΕΡ 1 678 333 /PT sangria for total ou parcialmente circular ou for aproximada das instalações de produção correspondentes já disponíveis, então «Subida» significa a subida da linha recta de união a registar no corte longitudinal entre as arestas sucessivas das fases. 0 dimensionamento, de acordo com o invento, do tubo de sangria toma em consideração, também, a alteração longitudinal do tubo de sangria, dependente da situação de desgaste do revestimento adjacente, em que os valores respectivos para o comprimento de sangria e altura da massa fundida localizada por cima, são incluídos no cálculo.

Se, para as relações idealizadas de corrente, for considerada a alteração da secção do canal de passagem ao longo do eixo da extremidade de saida para a extremidade de entrada e normaliza esta alteração na secção, então resulta

com SA(y) = alteração da secção em m2/m na posição y, A = Área da secção do canal de passagem na extremidade de saida do tubo de sangria, hi = 0,2hmax ou menos da altura máxima (hmax) de uma massa fundida no recipiente de massa fundida sobre a entrada da sangria em prolongamento axial do tubo de sangria, y = distância axial entre a extremidade de saida e um ponto ao longo do tubo de sangria. A concepção do tubo de sangria, de acordo com o invento, permite efectuar a operação de sangria, mesmo com reduzidas alturas de banho, com turbulências reduzidas e corrente constante de massa fundida e, assim, reduzir fortemente o arrastamento de escória. Além disso, devido à redução das perdas de temperatura e do desgaste reduzido, conseguem-se vantagens económicas, como poupança de energia e duração prolongada da duração da sangria.

Lisboa,

Claims

ΕΡ 1 678 333 /PT 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Utilização de um tubo de sangria para um recipiente de massa fundida metalúrgica com uma altura máxima hmax(rn) de uma massa fundida no recipiente de massa fundida por cima da extremidade de entrada do tubo de sangria no prolongamento axial do tubo de sangria, cujo canal de passagem, disposto no sentido axial, apresenta entre uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída uma secção que segue a seguinte relação: A(y) = A · V (hi+hk) / [ (hi+hk) -y] com A = área da secção do canal de passagem na extremidade de saída m2 (sob definição de um débito de passagem pretendido), hl = altura efectiva da massa fundida no recipiente de massa fundida por cima da extremidade de entrada do tubo de sangria, no prolongamento axial do tubo de sangria [m] e hi ^ 0,2 hmax, hk = comprimento do tubo de sangria entre a extremidade de entrada e a extremidade de saída [m], y = distância axial [m] entre a extremidade de saída e um local ao longo do tubo de sangria (com 0< y<(hi + hk)).
2 - Utilização de um tubo de sangria de acordo com a reivindicação 1, com hi >0,05 hmax.
3 - Utilização de um tubo de sangria de acordo com a reivindicação 1, com y >0,5hk.
4 - Utilização de um tubo de sangria de acordo com a reivindicação 1, com y >0,7 hk.
5 -Utilização de um tubo de sangria de acordo com a reivindicação 1, com secção circular do canal de passagem. ΕΡ 1 678 333 /PT 2/2
6 - Utilização de um tubo de sangria de acordo com a reivindicação 1, no qual um sector do canal de passagem tem a forma cilíndrica próximo da extremidade de saida. Lisboa,