PT1904251E - Funil para vazamento contínuo - Google Patents

Description

PE1904251 1 DESCRIÇÃO "FUNIL PARA VAZAMENTO CONTÍNUO" O presente invento diz respeito ao vazamento contínuo de aço e em particular ao problema da re-oxidação do aço. Em particular, o invento diz respeito a um funil que compreende um conjunto que compreende um bico e um elemento refractário circundante que impede ou limita a re-oxidação do aço. De acordo com outros dos seus aspectos, o invento também diz respeito a um tal elemento refractário circundante e a um processo de vazamento continuo do aço.

Com o crescimento da procura da qualidade e do controlo das características, tornou cada vez mais importante a limpeza do aço. Resultados semelhantes ao controlo da composição química e da homogeneidade foram suplantados no que respeita à presença de inclusões não metálicas. Especialmente a presença de inclusões de óxidos de alumínio é considerada prejudicial tanto para o próprio processo de produção como para as propriedades do aço. Estas inclusões formam-se principalmente durante a desoxidação do aço na colher de fundição, que é necessária para o vazamento contínuo. A remoção incompleta das inclusões não metálicas durante a metalurgia secundária e a re-oxidação do aço derretido causa a obstrução do bico durante o vazamento contínuo. A camada de material de 2 ΡΕ1904251 obstrução contém de uma maneira geral grandes aglomerações de óxido de alumínio. A sua espessura está relacionada com a quantidade de aço vazado assim como com a limpeza do aço. A obstrução do bico resulta numa diminuição da produtividade, porque menos aço pode ser vazado por unidade de tempo (como resultado da diminuição do diâmetro) e devido à substituição dos bicos e às concomitantes interrupções no vazamento. Além da obstrução, a presença de produtos de re-oxidação pode dar origem à erosão do bico e à formação de inclusões de defeitos no aço.

Foram desenvolvidas várias soluções nesta técnica a fim de impedir a re-oxidação do aço. Em particular, o fluxo de metal fundido é de uma maneira geral envolto por uma protecção durante a sua transferência do recipiente de vazamento para o recipiente a jusante (ou molde) a fim de impedir o contacto directo entre o aço vazado e a atmosfera circundante. É frequentemente injectado árgon directamente para a superfície do bico de vazamento de modo a proteger o fluxo de metal derretido. A superfície do aço derretido num recipiente metalúrgico (por exemplo um funil) é de uma maneira geral coberta por uma camada de escória líquida de modo a impedir o contacto directo entre o aço e a atmosfera circundante. Em alternativa (ou em adição) a atmosfera acima do funil pode-se tornar inerte (com a utilização de oxigénio varredor ou de um gás inerte tal como o árgon). Têm sido desenvolvidas outras soluções nesta técnica para remover as inclusões não metálicas e os 3 ΡΕ1904251 produtos da re-oxidação quando eles estão presentes no funil. Estas soluções consistem de uma maneira geral em facilitar a flutuação dessas inclusões e produtos da re-oxidação de modo a que eles sejam capturados pela camada de escória flutuante. Por exemplo, barragens, divisórias e/ou almofadas de impacto podem ser utilizados para deflectir para cima o fluxo do metal derretido no funil. Também pode ser utilizado um dispositivo para fazer borbulhar o gás inerte a fim de fazer flutuar as inclusões e os produtos da re-oxidação.

Também existem outras soluções para tornar inofensivas as inclusões e os produtos da oxidação. Por exemplo ligas à base de cálcio podem ser utilizadas para eliminar alguns dos problemas gerados pela presença das inclusões de óxido de alumínio.

Todas estas soluções da técnica anterior contribuíram para melhorar a limpeza geral do aço mas não permitiram ainda vazar o aço livre de inclusões ou dos produtos da re-oxidação. Além disso, algumas das soluções da técnica anterior, podem por sua vez gerar novos defeitos no aço (tais como o borbulhar de gás, ligas à base de cálcio), que podem ser dispendiosos (utilização de atmosfera inerte) ou inaceitáveis para o meio ambiente. Por estas razões, será desejável propor uma solução alternativa que resolva os problemas acima, a qual seja económica e não levante problemas ambientais. 4 ΡΕ1904251 0 presente invento baseia-se na hipótese de que, embora o aço possa ser feito relativamente limpo, é impossível, em condições normais, mantê-lo limpo até ao molde. Em particular a re-oxidação do aço por reacção química entre os elementos refractários (em geral óxido metálico) utilizados no vazamento continuo (revestimento do recipiente, escória, bicos, tampões, etc.) podem também gerar produtos de re-oxidação. Uma outra fonte potencial da re-oxidação é o oxigénio que perneta através destes elementos refractários ou através da junta permeável entre o revestimento da parede do fundo e a entrada do bico ou mesmo o oxigénio libertado pelo elemento refractário.

Um objectivo do presente invento é por isso resolver os problemas acima impedindo que os produtos da re-oxidação alcancem o bico de vazamento e/ou se formem na vizinhança imediata do ou no bico de vazamento.

De acordo com o invento, este objectivo é alcançado com a utilização de um funil de acordo com a reivindicação 1.

Também é sabido nesta técnica proporcionar um elemento circundante em torno do orifício de vazamento de um funil. A FR-A-2394348 por exemplo divulga um anel que se destina a reter o aço no funil até um nível suficiente para que consequentemente seja alcançada uma massa térmica a fim de evitar a entrada de aço "frio" para dentro do orifício de vazamento. A técnica anterior contudo falha em revelar o 5 PE1904251 nível mais baixo da superfície principal do elemento circundante ou anel que seja inferior ao bordo exterior do topo do bico. A JP-A1-2003-205360 divulga um funil para o vazamento contínuo do aço. O bloco do poço do funil está compreendido por dois elementos. O bico está localizado dentro da parte do fundo do bloco do poço. Um elemento refractário adicional é posicionado acima da parte superior do bico a fim de cobrir e proteger a junta de cimento entre o bico e o bloco do poço. Contudo, este documento falha em divulgar que a periferia exterior do elemento refractário deve estar mais alta do que a superfície da parede do fundo do poço do funil.

Graças à disposição particular de acordo com o presente invento, os produtos da re-oxidação e/ou as inclusões presentes no recipiente metalúrgico e que tendem a acumular-se no superfície do fundo do recipiente e que são levados para baixo pelo fluxo do aço derretido não podem alcançar a entrada do bico.

Dever-se-á compreender que o elemento que circunda o bico pode ter qualquer forma apropriada. Em função do desenho do recipiente metalúrgico, pode ser circular, oval, ou poligonal; o seu orifício principal pode ser central o excêntrico. O elemento que circunda o bico pode também ser cortado de modo a acomodar aqueles casos em que uma ou mais paredes do funil está próxima do orifício 6 ΡΕ1904251 de vazamento. A superfície principal do elemento pode ser plana ou não (ela pode ser frusto-cónica, ondulada, inclinada) . 0 bico pode ser um bico interior (por exemplo no caso em que o fluxo do aço derretido seja controlado por uma válvula de corrediça ou se a instalação estiver equipada com um tubo ou um comutador de bico calibrado) ou uma protecção de entrada submersa ou SES (do inglês "submerged entry shroud") (por exemplo no caso do controlo por batente). 0 recipiente metalúrgico ou funil pode ser equipado com um ou mais de tais conjuntos. 0 conjunto pode ser fornecido como uma só peça ou artigo pré-montado (por exemplo co-prensado ou vazado à volta) ou como artigos separados.

De acordo com o presente invento, o elemento refractário compreende uma superfície principal e uma periferia circundando a superfície principal; a face superior da periferia sendo mais elevada do que a superfície principal do elemento refractário. Assim, é criado uma espécie de armadilha deflectora na área que circunda o bico. Dever-se-á entender que a face superior da periferia não necessita de ser plana. Ele pode ser ondulada ou ter alturas diferentes ao longo da periferia (por exemplo ser mais elevada na área da periferia perto de uma parede lateral do recipiente e mais baixa no outro lado). 0 nível da periferia exterior de pelo menos um dos elementos refractários é mais elevado do que o da superfície da parede do fundo do funil. Assim, um segundo obstáculo é criado em torno do bico do funil impedindo que as inclusões 7 PE1904251 ou os produtos da re-oxidação alcancem a sua entrada. Este tipo de disposição é particularmente vantajoso.

Com vantagem, o elemento circundante refractário é feito de um material impermeável aos gases, de preferência um material que se pode moldar. Para poder ser considerado como impermeável aos gases, um tal material tem que ter uma porosidade aberta (à temperatura de utilização) que seja mais baixa do que 20% (sendo assim mais baixa do que a porosidade aberta dos materiais de revestimento convencionais que é tipicamente mais alta do que 30%). Para os materiais refractários e em particular os materiais que se podem moldar, a permeabilidade está de uma maneira geral directamente relacionado com a porosidade. Por isso uma baixa porosidade moldável tem uma baixa permeabilidade aos gases. Uma tal baixa porosidade pode ser obtida incluindo materiais varredores do oxigénio (e.g. antioxidantes) no material que constitui o elemento circundante. Materiais apropriados são 0 carboneto de boro ou de silício, ou metais (ou as suas ligas) tais como 0 silício ou 0 aluminio. De preferência, eles são utilizados numa quantidade que não excede 5% em peso. Em alternativa (ou em adição), produtos que geram a fase de fusão (por exemplo B2O3) podem também ser incluídos no material que constitui o elemento circundante. De preferência, eles são utilizados numa quantidade que não excede 5% em peso. Em alternativa ou (em adição), produtos que formam novas fases mais volumosas (quer depois da reacção ou do efeito da temperatura) e perto por isso da porosidade existente podem ΡΕ1904251 também ser incluídos no material que constitui o elemento pré-formado. Como materiais apropriados incluem-se as composições de alumina e magnésio. Assim, a re-oxidação do aço na área que circunda o bico é impedida.

De acordo com um modelo de realização do invento particularmente preferido, o próprio bico (ou uma sua camada) é feito de um material impermeável aos gases. De uma maneira geral, este bico é feito de óxidos refractários (alumina, magnésio, cálcio) e é comprimido isostaticamente. No que respeita à impermeabilidade aos gases no sentido do presente invento, uma amostra de 100 g do material candidato é colocada num forno sob atmosfera de árgon (um fluxo suave de árgon é constantemente soprado (cerca de 1 1/min) para dentro do forno) e a temperatura é elevada até 1000°C. A temperatura é em seguida elevada progressivamente até 1500°C (numa hora) e em seguida mantida a 1500°C durante 2 horas. A perda de peso da amostra ente os 1000°C e os 1500°C é então medida. Esta perda de peso tem que ser inferior a 2% para qualificar o material como impermeável aos gases. Assim, não só as inclusões como os produtos da re-oxidação não podem alcançar o bico mas, além disso, eles não se podem formar no próprio bico. Esta combinação em particular proporciona um efeito sinérgico de acordo com o que um produto de aço, que fique perfeitamente livre de inclusões e da re-oxidação, pode ser vazado. O material que constitui o bico pode ser 9 PE1904251 seleccionado a partir de três categorias diferentes de materiais: a) materiais que não contenham carbono; b) materiais essencialmente constituídos por óxidos refractários não redutíveis em combinação com carbono; ou c) materiais que compreendam elementos que reagirão com o monóxido de carbono gerado.

De preferência, o material seleccionado apresentará duas ou três das categorias acima.

Exemplos de materiais apropriados da primeira categoria são a alumina, a mulite, o zircónio ou o material à base de magnésio (espinela).

Materiais apropriados da segunda categoria são por exemplo composições puras de alumina e carbono. Em particular, estas composições deverão conter muito pouca quantidade de sílica ou de impurezas convencionais que se encontram normalmente na sílica (óxidos de sódio ou potássio). Em particular, a sílica e as suas impurezas convencionais deverão ser mantidas abaixo de 1,0% em peso de preferência abaixo de 0,5% em peso.

Materiais apropriados da terceira categoria compreendem por exemplo um metal livre capaz de se combinar com o monóxido de carbono de modo a formar um óxido 10 PE1904251 metálico e carbono livre. O silício e o alumínio são apropriados para esta aplicação. Estes materiais podem também ou em alternativa compreender carbonetos ou nitretos capazes de reagir com compostos de oxigénio (por exemplo os carbonetos de silício ou boro).

De preferência o material seleccionado pertencerá à segunda ou terceira categorias, mesmo de preferência, ele pertencerá à segunda e à terceira categorias.

Um material apropriado que constitua a camada que não produzirá monóxido de carbono à temperatura de utilização pode compreender 60 a 88% em peso de alumina, 10 a 20% em peso de grafite e 2 a 10% em peso de carboneto de silício. Um tal material é essencialmente constituído por espécies de não óxidos ou óxidos não redutíveis e compreende carboneto de silício que pode reagir com o oxigénio se houver algum presente nas condições de trabalho.

Numa variante, só um revestimento presente na superfície que contacta com o aço (dentro e fora do bico) é feito de um tal material. Numa outra variante, o bico e o elemento circundante são feitos integrados (uma peça).

No caso da junta entre o elemento circundante e o bico não ser perfeitamente estanque, pode ser vantajoso proporcionar uma junta de argamassa que seja feita de uma argamassa impermeável aos gases. As argamassas 11 PE1904251 convencionais têm uma porosidade aberta de 40 a 50%. De acordo com este modelo de realização vantajoso, a argamassa deverá ter uma porosidade aberta de menos do que 20%. Uma tal baixa porosidade da argamassa pode ser obtida adoptando as mesmas medidas que para o elemento circundante.

De acordo com outro dos seus aspectos, o invento diz respeito a um elemento refractário circundante em particular que é utilizado no conjunto de acordo com o invento. O elemento circundante compreende um orifício principal adaptado para corresponder ao ajustamento com pelo menos uma parte da superfície exterior do bico, uma superfície principal que circunda o orifício principal e uma periferia exterior que circunda a superfície principal, o nível da face superior da periferia sendo mais elevado do que o da superfície principal. Com vantagem, o elemento refractário circundante é feito de um material impermeável aos gases. Assim, a re-oxidação do aço na área que circunda o bico é impedida. Por exemplo, uma composição particularmente apropriada com esta finalidade é essencialmente constituída por um material com alumina elevada que contenha pelo menos 75% em peso de A1203, menos do que 1,0% em peso de Si02, menos do que 5% em peso de C, sendo o restante constituído por óxidos refractários ou por compostos óxidos que não podem ser reduzidos pelo alumínio (em particular o alumínio dissolvido no ferro derretido) às temperaturas de utilização (por exemplo cálcio e/ou espinela). Um material particularmente apropriado é o CRITERION 92SR que se pode moldar disponível por VESUVIUS 12 PE1904251 UK Ltd. Este material tem alumina elevada e baixo material de cimento que se pode moldar reforçado com espinela alumina-magnésio fundida. Uma análise típica deste produto é a seguinte: A1203 92, 7% em peso MgO 5,0% em peso CaO 1,8% em peso Si02 0,1% em peso Outros 0,4% em peso

De acordo com ainda outro dos seus aspectos, o invento é dirigido para um processo de vazamento contínuo de aço que compreende vazar o aço derretido a partir de um funil tal como se descreveu acima. O invento será agora descrito com referência aos desenhos anexos nos quais: - A Fig. 1 mostra uma secção transversal da parede do fundo de um recipiente metalúrgico provido com um conjunto de acordo com o invento;

As Figuras 2 e 3 mostram respectivamente uma vista por cima e uma vista em perspectiva do elemento circundante de acordo com o invento;

As Figuras 4 e 5 mostram o cascão recolhido no fim das operações de vazamento na parte superior do bico;

As Figuras 6 e 6a mostram respectivamente uma vista em planta e uma vista em alçado do elemento circundante 13 PE1904251 de acordo com um modelo de realização do invento; - A Fig. 7 mostra uma vista em planta do funil de acordo com o invento. O funil 50 (que tem a parede do fundo 3) compreende o elemento refractário 4 que tem um recorte de modo a se acomodar na vizinhança da parede do funil. O bico 1 não é pormenorizado por razões de clareza. A parede do fundo 3 de um recipiente metalúrgico (aqui um funil) é de uma maneira geral constituída por um revestimento permanente 33 feito de tijolos refractários de um material que pode ser moldado. Uma camada de trabalho 32 de material que pode ser moldado está de uma maneira geral presente acima do revestimento permanente 33. A superfície 31 da camada de trabalho fica em contacto com o aço derretido durante as operações de vazamento. Uma camada de material isolante 34 está normalmente presente por baixo do revestimento permanente 33 a fim de proteger o invólucro metálico 35 do recipiente metalúrgico.

Um bico 1 atravessa o fundo do funil e serve para transferir o aço derretido do funil para o molde no vazamento contínuo. O bico está provido com uma abertura de entrada 11 num orifício que define assim a passagem 2 para o aço derretido. O bordo superior da entrada está identificado com a referência 12. A Fig. 1 mostra uma protecção da entrada submersa SES, tal como se explica acima para outros tipos de bicos (tal como um bico interior) estão também contidos dentro do alcance do 14 ΡΕ1904251 presente invento. No caso de um SES, o funcionamento em vazamento continuo proporciona uma guilhotina 37 para quebrar o bico 1 e permitir a continuação das operações de vazamento em caso de obstrução. De uma maneira geral, a SES é mantida na posição por uma massa de fixação do refractário 36. 0 elemento refractário circundante 4 circunda a parte da entrada 11 do bico 1. 0 elemento refractário circundante 4 compreende uma superfície principal 41 que circunda o orificio principal 40. A superfície principal foi representada com uma forma frusto-cónica na Figura 1 e uma forma plana nas Figuras 2 e 3, mas, tal como se explicou acima, são possíveis outras disposições. Uma periferia exterior elevada circunda a superfície principal 41. A face superior 42 da periferia é mais elevada do que o nível da superfície principal 41.

Tal como se pode ver na Fig. 1, é vantajoso ter a face superior 42 da periferia que se eleve ficando mais elevada do que a superfície 31 do funil.

Pode ser proporcionada uma junta de argamassa ou cimento na junção 5 entre o elemento refractário 4 e o bico 1 a fim de melhorar mais a vedação.

Um ensaio foi efectuado a fim de ilustrar o efeito do invento. O cascão de aço solidificado remanescente no interior do bico no final das operações de 15 ΡΕ1904251 vazamento foi recolhido e cortado verticalmente ao meio. A Fig. 4 (dada com a finalidade de comparação) mostra um tal cascão recolhido numa instalação convencional (sem o elemento refractário circundante) e a Fig. 5 mostra um tal cascão recolhido numa instalação de acordo com o invento. 0 cascão 20 da Fig. 4 mostra uma perturbação na região 21, 21' indicando a presença de depósito de alumina na parede interior do bico. Este depósito de alumina é responsável pela obstrução do bico com todas as consequências prejudiciais acima explicadas. O cascão 20 da Fig. 4 mostra também uma parte aumentada na região 22, 22' que indica uma erosão severa na entrada do bico. O cascão 20 que se mostra na Fig. 5 corresponde à forma interior do bico indicando assim que o bico não foi sujeito à erosão nem à obstrução com a alumina.

Um modelo de realização do invento em particular mostra-se nas Figuras 6, 6a e 7 ilustrando um elemento circundante 4 que se proporciona com um recorte.

Lisboa, 9 de Fevereiro de 2010 1

REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de referências citadas pelo requerente visa unicamente auxiliar o leitor e não faz parte do documento da Patente Europeia. Mesmo que tenha sido concedido o maior cuidado em compilar as referências, não podem ser excluídos erros ou omissões e a EPO declina toda a responsabilidade no que a isto respeita.

Documentos de patente citados na descrição

FR 2394348 A JP 2003205360 A

Claims (6)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Conjunto de funil para o vazamento contínuo de aço derretido e de um bico refractário (1) que forma uma passagem (2) para a transferência de um metal derretido através da parede do fundo (3) do funil, o funil compreendendo um elemento (4) que circunda a parte de entrada (11) do bico (1), sendo o elemento (4) feito de um material refractário e compreendendo um orifício principal (40) adaptado para formar uma junta de ligação que se ajusta a pelo menos uma parte da superfície exterior do bico (1), uma superfície principal (41) que circunda 0 orifício principal (40) e que tem um nivel inferior, o nível inferior da superfície principal (41) do elemento (4) sendo inferior ao bordo exterior superior (12) da parte da entrada (11) do bico (1), a periferia tendo uma face superior (42) que circunda a superfície principal (41) do elemento (4), a face superior (42) da periferia sendo mais elevada do que a superfície principal (41) do elemento (4), caracterizado por a face superior (42) da periferia do elemento (4) ser mais elevada do que a superfície (31) da parede do fundo (3) do funil e por a superfície principal (41) do elemento (4) estar disposta de modo a contactar com o aço derretido quando o funil está a ser utilizado.
2. 2. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento (4) ser feito de um material que tenha uma porosidade aberta inferior a 20%. 2
3. 3. Conjunto de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que uma junta de argamassa (5) está presente entre o bico (1) e o elemento (4) e em que a junta de argamassa (5) tem uma porosidade aberta inferior a 20%.
4. 4. Conjunto de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o orifício principal (40) do elemento (4) estar descentrado em relação à superfície principal (41) .
5. 5. Conjunto de acordo com a reivindicação 4, em que o elemento (4) tem um recorte.
6. 6. Utilização de um conjunto de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 para o vazamento contínuo de aço. Lisboa, 9 de Fevereiro de 2010