PT2017560E - Dispositivo rotativo de agitação para tratamento de metal em fusão - Google Patents

Description

ΡΕ2017560 -1 -

DESCRIÇÃO

"DISPOSITIVO ROTATIVO DE AGITAÇÃO PARA TRATAMENTO DE METAL EM FUSÃO" A presente invenção diz respeito a um dispositivo rotativo de agitação para tratamento de um metal em fusão, e ao equipamento para tratamento de metal integrando um tal dispositivo. É já bem conhecido o facto de os metais em fusão, em particular os metais fundidos não ferrosos tais como as ligas de alumínio, necessitarem de ser tratados antes do vazamento, normalmente por um ou mais dos processos seguidamente descritos e visando obter os resultados igualmente mencionados:

i) Desgasificação - A presença de gás dissolvido no metal em fusão pode introduzir defeitos no produto solidificado, podendo reduzir as suas propriedades mecânicas. A título de exemplo, são introduzidos defeitos em produtos fundidos e forjados fabricados a partir do alumínio ou das suas ligas. 0 hidrogénio apresenta uma elevada solubilidade no alumínio líquido, a qual aumenta com a temperatura da massa fundida, mas a sua solubilidade em alumínio sólido é muito baixa, pelo que à medida que o alumínio se vai solidificando, o hidrogénio sob a forma de gás é expelido provocando poros de gás na peça vazada. A -2- ΡΕ2017560 velocidade de solidificação influencia a quantidade e o tamanho das bolhas e, em certas aplicações, a micro-porosidade pode afectar seriamente a resistência mecânica e a estanquidade à pressão da peça metálica vazada. O gás também se poderá difundir para dentro de espaços vazios e descontinuidades (por exemplo, inclusões de óxidos), donde pode resultar a formação de chochos durante a produção de chapas, placas e bandas em liga de alumínio. ii) Refinação de grão - As propriedades mecânicas da peça vazada podem ser melhoradas por intermédio do controlo do tamanho de grão no metal em solidificação. O tamanho de grão de uma liga de fundição é dependente do número de núcleos presentes no metal líquido quando ele começa a solidificar, e da velocidade de arrefecimento. Uma velocidade de arrefecimento mais rápida promove geralmente um tamanho de grão mais pequeno, e a adição de certos elementos à massa fundida pode proporcionar núcleos destinados ao crescimento de grão. iii) Modificação - A microestrutura e as propriedades das ligas podem ser melhoradas pela adição de pequenas quantidades de certos elementos "de modificação", como o sódio ou o estrôncio. A modificação aumenta a resistência às fissuras de contracção a quente e melhora as características de alimentação da liga, diminuindo a porosidade de contracção. Há certos iv) Limpeza e remoção de alcalinos -3- ΡΕ2017560 níveis para os elementos alcalinos que podem ter efeitos adversos sobre as propriedades da liga e, nessas circunstâncias, eles precisarão de ser removidos ou reduzidos. A presença de cálcio em ligas de fundição interfere com outros processos, tais como o de modificação, enquanto o sódio tem um efeito pernicioso sobre as propriedades de ductilidade das ligas de alumínio forjado. A presença de inclusões não metálicas - tais como óxidos, carbonetos e boretos - entranhadas no metal solidificado afecta negativamente as propriedades físicas e mecânicas do metal, tendo elas portanto de ser removidos.

Estas acções podem ser realizadas individualmente ou em conjunto, recorrendo a uma diversidade de procedimentos e de equipamentos. Uma abordagem para a adição de substâncias destinadas ao tratamento de metais consiste em adicioná-los directamente ao metal em fusão sob a forma de pó e de grânulos, ou encapsulado numa cápsula metálica (em alumínio ou cobre), ao mesmo tempo que se vai agitando mecanicamente o metal em fusão para garantir uma distribuição eficiente por toda a massa fundida. Também podem ser introduzidos agentes sob a forma de partículas para tratamento de metal, recorrendo a uma lança com uma abertura de descarga colocada abaixo da superfície do metal em fusão. Os aditivos em pó ou granulados são então injectados sob pressão no sentido descendente da lança, utilizando um gás de transporte. Normalmente, a lança consiste num tubo oco de grafite ou de carboneto de silício onde está inserido um tubo de aço de parede fina, ao longo -4- ΡΕ2017560 do qual os aditivos e o gás vão passando. A desgasificação do metal em fusão é normalmente realizada utilizando uma unidade rotativa de desgasificação ("Rotative Degassing Unit - RDU"), por intermédio da insuflação no metal em fusão de pequenas bolhas de um gás inerte seco, como o cloro, o árgon, o azoto, ou uma mistura destes. Vulgarmente, isto é realizado com a utilização de um veio oco ao qual está acoplado um rotor. No decurso da utilização, o veio e o rotor são rodados e o gás irá passar no sentido descendente do veio sendo disperso no seio do metal em fusão por intermédio do rotor. É mais eficiente a utilização de um rotor, em vez de uma lança, uma vez que ele irá gerar um grande número de bolhas muito pequenas na base da massa fundida. Essas bolhas irão subir através da massa fundida, e o hidrogénio difunde-se para dentro delas antes de serem expulsas para a atmosfera, quando as bolhas chegam à superfície. As bolhas em ascensão também apanham inclusões e transportam-nas para a parte de cima da massa fundida, de onde elas poderão ser superficialmente removidas.

Para além da introdução de gás destinado a remover hidrogénio (e inclusões de óxidos), a unidade rotativa de desgasificação pode também ser usada para injectar substâncias para tratamento do metal (também conhecidas como agentes de tratamento), juntamente com o gás através do veio e para o seio da massa fundida. Este procedimento de injecção tem inconvenientes semelhantes aos -5- ΡΕ2017560 da injecção por lança, dado que as substâncias para tratamento de metais têm tendência a sofrer uma fusão parcial dentro do veio provocando bloqueios, principalmente quando se utiliza material em pó. A introdução e a utilização de fluxos granulares contribuíram para atenuar muitas das dificuldades, o mesmo se passando com as alterações na concepção dos equipamentos.

Um exemplo típico de equipamento que tanto serve para desgasificação como para tratamento de metais é a Metal Treatment Station (MTS), que foi desenvolvida e é comercializada sob o mesmo nome comercial pela empresa Foseco. A primeira unidade ("MTS") incluía uma unidade de dosagem de grande exactidão, que permitia o tratamento das substâncias a serem adicionadas ao longo do veio e, em seguida, distribuídas através do rotor por toda a massa fundida.

Como uma alternativa à utilização do veio para introduzir os agentes de tratamento de metais, o equipamento mais recente (a unidade "MTS 1500" comercializada pela empresa Foseco) adiciona directamente as substâncias de tratamento à superfície da massa fundida, em vez de o fazer através do veio e do rotor. Na unidade "MTS 1500", a rotação do rotor e do veio, dentro de certos parâmetros, é usada para formar um vórtice à volta do veio. Os agentes de tratamento de metais são então adicionados para dentro do vórtice e facilmente dispersos por toda a massa fundida. Qualquer turbulência existente na massa -6- ΡΕ2017560 fundida irá levar à introdução de ar e, subsequentemente, conduzir à formação de óxidos no metal. Nestas circunstâncias, o vórtice apenas é empregado durante uma pequena parte do ciclo de tratamento e, uma vez que a fase de mistura estiver concluída, ele é interrompido (por exemplo, através da aplicação de uma chapa deflectora). Um rotor eficiente irá criar um vórtice e dispersar os agentes de tratamento o mais rapidamente possível, a fim de manter num valor mínimo a turbulência na massa fundida. A desgasificação e a remoção dos produtos de reacção relativamente à massa fundida serão então realizadas. A intensa acção misturadora do vórtice inicial, seguida pela etapa de quietude do ciclo (por exemplo, após a chapa deflectora ter sido baixada) conduz à utilização eficiente dos agentes de tratamento e a uma optimizada qualidade da massa fundida.

Um exemplo de um dispositivo rotativo para ser usado numa unidade rotativa de desgasificação, com ou sem uma etapa de processamento adicional como acontece numa Metal Treatment Station, é o "rotor XSR" (rotor 1 da tecnologia antecedente) descrito no documento W02004/057045 e ilustrado na Figura 1. 0 dispositivo rotativo 2 compreende um veio 4 apresentando um furo cilíndrico 4a que o atravessa, ligado numa extremidade a um rotor 6 por intermédio de uma peça tubular de ligação (não representada). 0 rotor 6 assume genericamente um formato em disco e compreende uma parte superior anelar (tecto 8) e uma parte inferior anelar (base 10) dela afastada. Uma -7- ΡΕ2017560 câmara aberta 12 é centralmente disponibilizada na base 10 e estende-se no sentido ascendente até ao tecto 8. O tecto 8 e a base 10 estão ligados por quatro divisórias 14 que se desenvolvem pelo lado de fora, desde a periferia da câmara 12 até à periferia do rotor 6. Fica definido um compartimento 16 entre cada par de divisórias adjacentes 14, o tecto 8 e a base 10. A borda periférica 8a do tecto 8 apresenta uma multiplicidade (oito, neste modelo de realização) de recortes circulares parciais 18. Cada recorte 18 serve como uma segunda saída para o seu respectivo compartimento 16.

Um outro rotor da tecnologia antecedente é o rotor comercializado, principalmente para desgasificaçâo apenas, pela empresa Vesuvius sob a marca comercial Diamant™ (rotor 2 da tecnologia antecedente) e representado numa vista em planta na Figura 2. Ele assume genericamente um formato em disco e apresenta quatro furos cilíndricos radiais 22 separados de forma equiangular à volta do rotor 20. Cada furo cilíndrico 22 estende-se desde a superfície interna do rotor 20 até à sua superfície periférica 20a, proporcionando assim uma saída 24 para o gás. 0 rotor apresenta quatro recortes 26 que se desenvolvem para o lado de dentro a partir da superfície periférica do rotor 20a. Cada recorte 26 fica localizado numa saída 24 e prolonga-se no sentido descendente ao longo de toda a profundidade do rotor 20. Não existe qualquer câmara para a mistura de gás com metal em fusão. No decurso da utilização, o rotor fica acoplado a um veio oco (não -8- ΡΕ2017560 representado). 0 documento US 6 056 803 faz a divulgação de um injector destinado a injectar gás no seio de metal em fusão. O injector consiste num rotor com face lisa acoplado à extremidade de baixo de um veio cilíndrico. O rotor assume o formato de um troço cilíndrico inferior vertical e de um troço superior cónico. O troço cilíndrico inferior apresenta uma cavidade centralmente localizada, a partir da qual se desenvolvem diversas passagens na direcção radial. As vias de passagem de gás introduzem o gás para dentro das passagens, mas não têm comunicação directa com a cavidade. O documento DE 103 01 561 faz a divulgação de uma cabeça de rotor assumindo um formato de cone truncado com um furo cilíndrico central. O lado da cabeça de rotor é contornado com a presença de fendas laterais, e no lado de baixo existem canais que se desenvolvem na direcção radial. O documento US 5 160 593 faz a divulgação de uma cabeça de impulsor com múltiplas pás, que está preparada para ser montada num veio oco de impulsor e que é utilizada no tratamento de metal em fusão. A cabeça de impulsor dispõe de um cubo com um furo cilíndrico axial ao centro, e um certo número de pás estão fixadas no tubo, desenvolvendo-se para além do mesmo. As pás criam turbulência para aumentar a interacção entre as fases líquida e gasosa. -9- ΡΕ2017560 0 documento US 5 364 078 faz a divulgação de um equipamento para dispersão de gás destinado à refinação de alumínio fundido, constituído por um rotor (40) montado num veio de accionamento (41) . O rotor dispõe de pás (42) posicionadas em redor da periferia do rotor, com fendas (43) localizadas entre pás adjacentes. As fendas (43) não se estendem até toda a altura das pás adjacentes (42).

Constitui um objectivo da presente invenção proporcionar um melhorado dispositivo rotativo, e um equipamento para tratamento de metais (destinado à desgasificação e/à ou adição de agentes para tratamento de metais) que integre um desses dispositivos, o qual irá preferencialmente oferecer uma ou mais das seguintes vantagens relativamente aos dispositivos já conhecidos: (i) benefícios do ponto de vista metalúrgico, tais como uma mais rápida desgasif icação, e/ou uma mais rápida e/ou mais eficiente mistura de agentes de tratamento; (ii) benefícios do ponto de vista económico, tais como uma maior durabilidade e vida útil do equipamento, custos do tratamento reduzidos e uma redução de resíduos; (iii) benefícios do ponto de vista da saúde e da segurança, tais como um contacto mais reduzido entre as substâncias de tratamento e a atmosfera, levando à redução nas emissões de partículas poluentes; (iv) benefícios do ponto de vista ambiental, por exemplo através de uma redução na quantidade de substâncias de tratamento requeridas, um menor consumo de energia -10- ΡΕ2017560 devido aos mais reduzidos períodos de tratamento e à redução de resíduos.

De acordo com a presente invenção, é disponibilizado um dispositivo rotativo para o tratamento de metal em fusão, em que este dispositivo compreende um veio oco numa extremidade do qual se encontra um rotor, em que este rotor apresenta: - um tecto e uma base, em que estes tecto e base se encontram afastados um do outro e ligados por uma multiplicidade de divisórias; - uma passagem que é definida entre cada par de divisórias adjacentes e pelo tecto e base, dispondo cada passagem de uma entrada numa superfície interna do rotor e de uma saída numa superfície periférica do rotor, em que cada saída apresenta uma maior área de secção transversal que a da respectiva entrada, projectando-se radialmente para o lado de fora a partir dela; - uma trajectória fluida definida através do veio e dirigindo-se para dentro das entradas das passagens e para fora das saídas; e - uma câmara na qual se pode realizar a mistura do metal em fusão com gás; a câmara fica radialmente localizada em direcção à parte de dentro das entradas, apresenta preferencialmente uma abertura na base do rotor e situa-se na trajectória fluida entre o veio e as entradas, de tal maneira que quando o veio roda, no decurso da utilização, o metal em fusão seja conduzido para dentro da câmara atravessando a base do rotor, onde ele é misturado -11 - ΡΕ2017560 com gás que passa para dentro da câmara provindo do veio, sendo depois a dispersão metal/gás bombeada para dentro das passagens através das entradas, antes de ser descarregada a partir do rotor através das saídas; no rotor, é disponibilizada uma multiplicidade de primeiros recortes no tecto e uma multiplicidade de segundos recortes na base, sendo cada um destes primeiros e segundos recortes contíguo com uma das passagens.

De uma forma um tanto ou quanto surpreendente, os inventores descobriram que a combinação de uma câmara, com saídas apresentado uma maior secção transversal do que as entradas, e com recortes no tecto e na base tem como resultado tanto uma desgasificação melhorada como uma mais completa mistura do metal em fusão, de tal forma que a velocidade de rotação pode ser reduzida mas mantendo a mesma eficiência na desgasificação e na mistura, prolongando assim o tempo de vida do veio e rotor, ou poderão ser conseguidos de forma mais eficiente os tempos de desgasificação e de mistura com a mesma velocidade do rotor, proporcionando uma oportunidade para reduzir o tempo de tratamento.

Num determinado modelo de realização, o rotor é fabricado a partir de um bloco sólido de material, sendo o tecto e a base respectivamente constituídos por regiões inferior e superior do bloco, existindo uma região intermédia do bloco que apresenta furos/fendas no seu interior que define as passagens, e sendo cada divisória -12- ΡΕ2017560 definida pela região intermédia entre cada furo/fenda.

De preferência, cada primeiro recorte (no tecto) ir-se-á desenvolver para o lado de dentro a partir da superfície periférica exterior do rotor, ficando neste caso cada primeiro recorte contíguo com uma saída. De preferência, o comprimento de cada primeiro recorte na superfície periférica não será maior que o da saída correspondente, e de preferência será mais pequeno. Haverá conveniência em que cada primeiro recorte seja um recorte circular parcial, e os primeiros recortes serão preferivelmente dispostos simetricamente à volta do rotor. No entanto, será evidentemente compreensível que os primeiros recortes possam assumir qualquer formato, e que um ou mais dos primeiros recortes possa alternativamente consistir num furo (com qualquer formato) atravessando o tecto e entrando numa das passagens.

Os primeiros recortes podem ser todos do mesmo tamanho e/ou formato, ou serem diferentes entre si. De preferência, no entanto, todos os primeiros recortes irão apresentar o mesmo tamanho e formato.

Preferencialmente, cada segundo recorte (na base) irá consistir num recorte que se desenvolve para o lado de dentro a partir da superfície periférica externa da base. Haverá conveniência em que cada segundo recorte seja um recorte circular parcial, e os segundos recortes serão preferivelmente dispostos simetricamente à volta do rotor. -13- ΡΕ2017560

No entanto, será evidentemente compreensível que os segundos recortes possam assumir qualquer formato, e que um ou mais dos segundos recortes possa alternativamente consistir num furo (com qualquer formato) atravessando a base e entrando numa das passagens

Cada um dos segundos recortes pode ter o mesmo tamanho e/ou formato, ou serem diferentes entre si. De preferência, cada um dos segundos recortes irá apresentar o mesmo tamanho e formato.

Os segundos recortes podem assumir o mesmo tamanho e/ou formato que os primeiros recortes, ou apresentarem um tamanho e/ou formato diferente. De preferência, todos os primeiros e segundos recortes irão assumir o mesmo tamanho e formato. 0 número de primeiros recortes poderá ser maior, igual, ou menor que o número de segundo recortes. Num modelo de realização preferido, o número de primeiros recortes é igual ao número de segundos recortes. 0 rotor pode apresentar, preferencialmente, três, quatro, ou cinco passagens (respectivamente definidas por três, quatro, ou cinco divisórias). Num modelo de realização preferido, o rotor irá apresentar quatro passagens.

De preferência, o rotor dispõe de pelo menos uma -14- ΡΕ2017560 saída, e de pelo menos um primeiro recorte e um segundo recorte por passagem. 0 rotor pode dispor de uma saída, dois primeiros recortes e dois segundos recortes por passagem. Com maior grau de preferência, o rotor disporá apenas de uma saída por passagem, e de um primeiro recorte e um segundo recorte.

Preferencialmente, cada primeiro recorte numa passagem estará, pelo menos, em alinhamento parcial com um correspondente segundo recorte e, com maior grau de preferência, estará completamente alinhado (ou seja, quando se olha para o rotor ao longo do eixo do veio, cada primeiro recorte situar-se-á directamente por cima do segundo recorte correspondente).

Numa série de modelos de realização, os primeiros e/ou segundos recortes desenvolvem-se para o lado de dentro ao longo de uma distância que não será mais do que 50% do raio do rotor, e de preferência não mais do que 40% desse raio. Em alguns modelos de realização, os primeiros e/ou segundos recortes desenvolvem-se para o lado de dentro ao longo de uma distância que não será menos do que 10% do raio do rotor, e de preferência não menos do que 20% desse raio. Este é um parâmetro particularmente útil quando dos recortes resultar um troço (arco) que foi removido da superfície periférica do rotor (tecto ou base) que seja rectilíneo, parcialmente circular, ou arqueado, num plano perpendicular ao eixo do veio. De preferência, o troço (arco) removido da superfície periférica do rotor (tecto ou -15- ΡΕ2017560 base) será um troço circular parcial.

Numa segunda série de modelos de realização, onde a superfície periférica do rotor num plano perpendicular ao eixo do veio era primitivamente uma circunferência, a razão entre o produto do comprimento do arco do perímetro da circunferência - que foi removido do tecto pelo primeiro recorte ou recortes, ou que foi removido da base pelo segundo recorte ou recortes contíguos com uma dada passagem - pelo número de passagens, a dividir pelo perímetro da circunferência será de pelo menos 0,2, preferivelmente de pelo menos 0,3, com maior grau de preferência pelo menos 0,5, e pelo menos 0,6 numa preferência absoluta. Preferencialmente, esta razão não irá ultrapassar 0,9. Será portanto perceptível que, onde houver mais de um primeiro ou segundo recortes contíguos com uma determinada passagem, a razão em causa consistirá no produto do comprimento total do arco do perímetro da circunferência - que foi removido do tecto ou da base por todos os correspondentes primeiros ou segundos recortes contíguos com uma dada passagem - pelo número de passagens, a dividir pelo perímetro da circunferência. O rotor está equipado com uma câmara onde pode ser realizada a mistura do metal em fusão com gás.

De preferência, o veio e o rotor serão construídos separadamente, sendo os dois conjuntamente unidos por meios de fixação que se possam desmontar. O veio -16- ΡΕ2017560 pode estar directamente ligado ao rotor (por exemplo, proporcionado roscas de acoplamento compatíveis tanto no veio como no rotor), ou indirectamente, por exemplo através de uma peça de ligação tubular roscada. 0 rotor será convenientemente construído a partir de um bloco sólido de material (grafite, de preferência), sendo as passagens convenientemente abertas por uma operação de fresagem. 0 rotor também pode ser produzido por prensagem ou moldagem isostática de um material adequado (por exemplo, alumina-grafite) até à forma requerida (maquinando opcionalmente sob a forma de produto semi-acabado para se obterem as dimensões finais) e, em seguida, uma cozedura para obter o produto final.

Para que não restem dúvidas, deve ficar claro que a invenção também diz respeito ao rotor, por si próprio, a uma unidade de tratamento de metais para a desgasificação (RDU), e/ou à adição de substâncias para tratamento de metais (por exemplo, uma unidade MTS), incorporando o dispositivo rotativo da invenção. A presente invenção ainda diz respeito a um procedimento para tratamento de metal em fusão compreendendo as seguintes etapas: (i) imersão do rotor e de parte do veio do dispositivo da presente invenção no metal em fusão a ser tratado, (ii) rotação do veio, e -17- ΡΕ2017560 (iii) passagem de gás e/ou de uma ou mais substâncias de tratamento no sentido descendente do veio e para o seio do metal em fusão através do rotor, e/ou passagem de uma ou mais substâncias de tratamento directamente para dentro do metal em fusão, com o objectivo de tratar o metal. A natureza do metal em fusão não se encontra restrita. No entanto, entre os metais preferidos para o tratamento contam-se o alumínio e respectivas ligas incluindo: (i) ligas com baixo teor de silício (4 a 6% Si), por exemplo liga BS LM4 (Al-Si5Cu3) ; (ii) ligas com médio teor de silício (7,5 a 9,5% Si), por exemplo liga BS LM25 (Al-Si7Mg); (iii) ligas eutéticas (10 a 13% Si), por exemplo liga BS LM6 (A1-SÍ12); (iv) ligas hipereutéticas (>16% Si), por exemplo liga BS LM30 (Al-Sil7Cu4Mg) ; e (v) ligas de alumínio magnésio, por exemplo BS LM5 (Al-Mg5Sil; Al-Mg6); o magnésio e respectivas ligas - por exemplo liga BS AZ91 (8,0 a 9,5% Al) e liga BS AZ81 (7,5 a 9,0% Al); e o cobre e respectivas ligas (incluindo cobres de elevada condutividade, latões, bronzes de estanho, bronzes de fósforo, bronzes de chumbo, bronzes de cobre e estanho ("gunmetals") , bronzes de alumínio e cuproníqueis).

De preferência, o gás será um gás inerte (como o árgon ou o azoto) e com maior grau de preferência será seco. Os gases que não são tradicionalmente considerados como sendo inertes, mas que não tenham qualquer efeito nocivo sobre o metal também podem ser utilizados, como é o -18- ΡΕ2017560 caso do cloro, ou de um hidrocarboneto clorado. 0 gás pode consistir numa mistura de dois ou mais dos gases agora mencionados. Fazendo um balanço entre o custo e a natureza inerte do gás, a preferência recai sobre o azoto seco. 0 procedimento é particularmente utilizável na remoção do gás hidrogénio a partir de alumínio fundido.

Será perceptível que, para qualquer rotor dado, a eficiência de desgasificação será determinada pela velocidade de rotação, o caudal de gás e o tempo de tratamento. A velocidade de rotação preferida situa-se em 550 rpm ou menos, com maior preferência em 400 rpm ou menos, e num grau de preferência máxima em cerca de 350 rpm.

Quando a desgasificação é combinada com a adição de substâncias de tratamento (também conhecidas como agentes de tratamento), tais substâncias de tratamento podem ser introduzidas no seio da massa fundida antes de desgasificação, adicionadas durante a fase inicial da desgasificação juntamente com o gás de purga inerte, ou adicionados após a fase de desgasificação. Neste caso, o tratamento será uma combinação de desgasificação com refinamento de grão, e/ou com modificação, e/ou com limpeza/desmontagem. Quer seja usada em conjunto com a desgasificação ou de outra forma, a substância de tratamento pode consistir em espécies para refinamento de grão, modificação, ou limpeza/desmontagem, ou numa combinação destas (muitas vezes designada por "fluxo" ou "fluxos"). Estes fluxos podem assumir várias formas físicas -19- ΡΕ2017560 (por exemplo, em pó, granulados, comprimidos, pastilhas, etc.) e serem de diversos tipos quimicos (por exemplo, sais inorgânicos, ligas metálicas, etc.). Entre os fluxos quimicos incluem-se as misturas de halogenetos alcalino-metálicos e alcalino-terrosos para limpeza e desmontagem. Outros fluxos podem consistir em ligas de titânio e/ou de boro (por exemplo, liga AlTiB) para refinamento de grão, e em sais de sódio ou de estrôncio (normalmente como liga padrão 5% a 10%) para modificação das ligas de alumínio-silício. Tais processos são já sobejamente conhecidos pelos fundidores especializados. O tamanho requerido para o rotor, a velocidade de rotação, o caudal de gás e/ou a quantidade de substância de tratamento irão ser todos determinados pelo tratamento particular que está a ser realizado, tendo em conta a quantidade de metal que está a ser tratado, o tempo de tratamento ideal, e o facto de o processo ser contínuo ou descontínuo.

Passam agora a ser descritos modelos de realização da invenção, apenas a título de exemplo, fazendo referência às Figuras anexas, nas quais: A Figura 1 mostra um rotor XSR (tecnologia antecedente). A Figura 2 mostra uma vista em planta de um rotor DIAMANT™ (tecnologia antecedente). A Figura 3a mostra uma vista lateral de um dispositivo rotativo dispondo de um primeiro rotor em -20- ΡΕ2017560 conformidade com a invenção. A Figura 3b mostra uma v em planta do rotor da Figura 3a.

As Figuras 4a e 4b mostram respectivamente vista de lado e em planta para um segundo rotor, conformidade com a invenção.

As Figuras 5a e 5b mostram respectivamente vista de lado e em planta para um terceiro rotor, conformidade com a invenção.

As Figuras 6a e 6b mostram respectivamente vista de lado e em planta para um quarto rotor, conformidade com a invenção.

As Figuras 7a e 7b mostram respectivamente vista de lado e em planta para um quinto rotor, conformidade com a invenção.

As Figuras 8a e 8b mostram respectivamente vista de lado e em planta para um sexto rotor, conformidade com a invenção.

As Figuras 9a e 9b mostram respectivamente vista de lado e em planta para um sétimo rotor, conformidade com a invenção.

As Figuras 10a e 10b mostram respectivamente vista de lado e em planta para um oitavo rotor, conformidade com a invenção.

As Figuras 11a e 11b mostram respectivamente vista de lado e em planta para um nono rotor, conformidade com a invenção.

As Figuras 12a e 12b mostram respectivamente vista de lado e em planta para um décimo rotor, conformidade com a invenção. ista uma em uma em uma em uma em uma em uma em uma em uma em uma em -21 - ΡΕ2017560

As Figuras 13a e 13b mostram respectivamente uma vista de lado e em planta para um décimo primeiro rotor, em conformidade com a invenção.

As Figuras 14a e 14b mostram respectivamente uma vista de lado e em planta para um décimo segundo rotor, em conformidade com a invenção. A Figura 15 mostra uma representação esquemática para uma unidade de tratamento de metais, de acordo com a invenção. A Figura 16 e as Figuras 18 a 22 mostram gráficos com a redução na concentração de hidrogénio de uma massa fundida, quando se utilizam os dispositivos rotativos da presente invenção, dispositivos rotativos da tecnologia antecedente, e também dispositivos rotativos que caem fora do âmbito da presente invenção.

As Figuras 17a e 17b mostram respectivamente uma vista de lado e em planta para um rotor SPR (tecnologia antecedente).

Exemplo 1

Fazendo referência à Figura 3a, nela se mostra, numa vista de lado, um dispositivo rotativo destinado à dispersão no metal em fusão de gás e/ou de outras substâncias de tratamento, em conformidade com a invenção. 0 dispositivo é constituído por um veio 30 e um rotor 40 que lhe está acoplado, mas com possibilidade de ser desmontado. O rotor 40 é mostrado numa vista em planta na Figura 3b. O rotor 40 é feito de grafite e consiste numa construção unitária. O rotor 40 assume genericamente um -22- ΡΕ2017560 formato em disco e integra uma parte superior anelar (tecto 42) e uma parte inferior anelar (base 44), afastada da primeira. Existe um furo cilíndrico roscado 46 que atravessa o tecto 42, o qual faz o acoplamento do rotor 40 com o veio 30 através de uma peça de ligação tubular roscada (não representada). É centralmente disponibilizada uma câmara aberta 48 na base 44 do rotor 40. A câmara 48 estende-se no sentido ascendente até ao tecto 42, e dá continuidade ao furo cilíndrico 46 no tecto 42, definindo assim este furo cilíndrico 46 e a câmara 48 uma passagem vertical contínua através do rotor 40. A câmara 48 desenvolve-se radialmente para o lado de fora, para além do furo cilíndrico 46. 0 tecto 42 e a base 44 estão ligados por divisórias 50 que ficam afastadas de forma equiangular à volta do rotor 40 e colocadas entre o tecto 42 e a base 44. As divisórias 50 estendem-se para o lado de fora a partir da periferia da câmara 48 até à superfície periférica 40a do rotor 40. Fica definida uma passagem 52 entre cada par de divisórias adjacentes 50, o tecto 42 e a base 44. Cada passagem 52 apresenta uma entrada 54 provindo da câmara 48 e uma saída 56 sobre a superfície periférica 40a do rotor 40 sob a forma de uma fenda alongada. Cada saída 56 apresenta uma área de secção transversal maior do que a da correspondente entrada 54. Cada uma das superfícies periféricas do tecto 42 e da base 44 apresenta quatro recortes circulares parciais 58a,b (respectivamente primeiros e segundos recortes). Deverá ser agora perceptível que existe uma trajectória contínua de escoamento que se inicia na fonte do gás, atravessa o furo -23- ΡΕ2017560 cilíndrico do veio 30 e da peça de ligação (não representada), atravessa o tecto 42 do rotor 40 e entra na câmara 48, atravessa as entradas 54 passa para dentro das passagens 52 e sai do rotor através da saida 56.

Os recortes 58a,b no tecto 42 e base 44 estão alinhados, ou seja são coincidentes quando observados na Figura 3b. O rotor 40 era primitivamente circular (baseado numa circunferência C) em secção de corte transversal (ou seja, perpendicular ao eixo do veio). Cada um dos recortes 58a,b desenvolve-se para o lado de dentro ao longo de uma distância máxima z, contada a partir da superfície periférica do tecto 42 e da base 44. Quando rotor 40 é baseado numa circunferência C com um raio (r) de 110 mm, essa distância será z = 32,45 mm. Consequentemente, os recortes 58a,b ir-se-ão desenvolver para o lado dentro ao longo de 29,5% do raio do rotor 40.

Cada um dos recortes 58a no tecto estende-se ao longo de toda a distância entre cada par de divisórias adjacentes 50 e remove um arco y da circunferência C (designado por comprimento do recorte na superfície periférica). A parte restante da circunferência C, entre cada par de recortes adjacentes 58a, está identificada pela letra x. Uma vez que o rotor 40 apresenta quatro recortes 58a no tecto 42, o perímetro total da circunferência C será igual a 4 (x + y).

Nestas circunstâncias, a razão entre o produto do -24- ΡΕ2017560 comprimento do arco (y) do perímetro da circunferência -removido pelos primeiros recortes contíguos a uma dada passagem - pelo número de passagens (4), a dividir pelo perímetro da circunferência 4 (x + y)será dado pela expressão: y/ (x + y)

Quando o rotor for baseado numa circunferência C apresentando um raio de 110 mm, x = 24,96 mm e y= 147,83 mm e, portanto, y/ (x + y) é igual a 0,856. Neste exemplo, os recortes no tecto e na base estão alinhados, pelo que os valores atrás calculados aplicam-se igualmente à base e aos respectivos recortes. Será compreensível que, noutros modelos de realização, x e y e, portanto, y/ (x + y) poderão ser diferentes para a base e para o tecto.

Exemplos 2 a 6

Fazendo referência às Figuras 4a a 8a e às Figuras 4b a 8b, nelas estão respectivamente representados em vista lateral e em planta os rotores 60 [Exemplo 2], 70 [Exemplo 3] e 80 [Exemplo 4], 90 [Exemplo 5] e 100 [Exemplo 6] destinados à dispersão no metal em fusão de gases e/ou outras substâncias de tratamento. Os rotores 60, 70, 80, 90 e 100 são idênticos ao rotor 40, com a diferença que os respectivos recortes circulares parciais 62a,b, 72a,b, 82a,b, 92a,b e 102a,b, que estão dispostos no tecto 42 e na base 44 (em que o índice "a" é usado para os recortes no tecto e o índice "b" para os recortes na base), apresentam -25- ΡΕ2017560 um tamanho e formato diferentes, para cada um desses rotores.

Cada um dos recortes 58, 62, 72 e 82 nos rotores 40, 60, 70 e 80 desenvolve-se para o lado de dentro a partir das superfícies periféricas do tecto 42 e da base 44 ao longo de uma distância semelhante (valores de z semelhantes), mas cada um deles vai remover um diferente comprimento de arco (valores de y diferentes) relativamente à circunferência primitiva C na qual estão baseados. O comprimento do arco (y) retirado para cada um dos rotores vai decrescendo segundo a ordem 40, 60, 70 e 80.

Os rotores 90 e 100 apresentam recortes circulares parciais 92 e 102 respectivamente no tecto 42 e na base 44. Os recortes 92 e 102 desenvolvem-se para o lado de dentro ao longo de uma distância semelhante pelo que os rotores 90 e 100 apresentam valores de z semelhantes, mas eles irão remover diferentes comprimentos de arco y relativamente à circunferência C na qual estavam primitivamente baseados. Os recortes 92 removem um arco y que se desenvolve ao longo de toda a distância entre divisórias adjacentes 50, ao passo que os recortes 102 removem um arco mais curto e, consequentemente, apresentam um valor de y mais pequeno.

Na Tabela 1 seguinte são apresentados valores de x, y e z para os rotores 40, 60, 70, 80, 90 e 100 com um raio de 110 mm. -26- ΡΕ2017560

Tabela 1 x (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(x + y) Ex. 1 (rotor 40) 24,96 147,83 32,45 29,5 0,856 Ex. 2 (rotor 60) 49, 92 122,87 32,45 29,5 0,711 Ex. 3 (rotor 70) 107,50 65,28 32, 77 29,8 0,378 Ex. 4 (rotor 80) 135,27 37,52 33,76 30,7 0,217 Ex. 5 (rotor 90) 24,96 147,83 42,17 38,3 0,856 Ex. 6 (rotor 100) 49,92 122,87 42,52 38,7 0,711

Exemplo 7

Fazendo referência às Figuras 9a e 9b, nelas está representado respectivamente em vista lateral e em planta um rotor 110 (Exemplo 7) destinado à dispersão no metal em fusão de gases e/ou outras substâncias de tratamento. 0 rotor 110 é feito de grafite e apresenta uma construção unitária. 0 rotor 110 é semelhante ao rotor 40, dispondo de um tecto 42, uma base 44, um furo cilíndrico 46 que o atravessa, uma câmara 48, quatro divisórias 50, quatro passagens 52, quatro entradas 54 e quatro fendas de saída 56, tudo conforme descrito anteriormente. 0 rotor 110 apresenta recortes 112a,b respectivamente abertos no tecto 42 e na base 44, e os recortes 112a no tecto estão alinhados com os recortes 112b na base (ou seja, eles coincidem na vista em planta). Os recortes 112 apresentam uma aresta rectilínea, pelo que o rotor 110 quando visto de cima tem a aparência de um quadrado com cantos arredondados, apesar de ter sido primitivamente circular (baseado na circunferência C). Os recortes 112 desenvolvem-se para o lado de dentro a partir das superfícies periféricas do tecto e da base ao longo de uma distância z e removem um arco y da circunferência C. -27- ΡΕ2017560

Exemplo 8

Fazendo referência às Figuras 10a e 10b, nelas está representado respectivamente em vista lateral e em planta um rotor 120 destinado à dispersão no metal em fusão de gases e/ou outras substâncias de tratamento. O rotor 120 é semelhante ao rotor 110 e dispõe de recortes rectilineos 122a,b, pelo que também ele tem a aparência de um quadrado com cantos arredondados quando visto de cima. Os recortes 122 estendem-se ao longo de toda a distância entre divisórias adjacentes 50 e, consequentemente, o rotor 120 apresenta um mais elevado valor de y do que o rotor 110. Os recortes 122 desenvolvem-se para o lado de dentro respectivamente a partir das superfícies periféricas do tecto 42 e da base 44 ao longo de uma distância z.

Exemplo 9

Fazendo referência às Figuras 11a e 11b, nelas está representado respectivamente em vista lateral e em planta um rotor 130 destinado à dispersão no metal em fusão de gases e/ou outras substâncias de tratamento. O rotor 130 é semelhante aos rotores 110 e 120, e dispõe de recortes 132a,b que apresentam arestas rectilíneas. Quando visto de cima, o rotor 130 apresenta um formato quadrado, porque os recortes 132a,b se estendem para dentro das divisórias 50. No entanto, o rotor 130 pode continuar a ser visto como tendo primitivamente sido circular (baseado na circunferência C) em secção de corte transversal. Os recortes 132 desenvolvem-se para o lado de dentro a partir das superfícies periféricas do tecto 42 e da base 44 ao -28- ΡΕ2017560 longo de uma distância z e, uma vez que não há distância entre recortes adjacentes 132, o valor de x é zero.

Na Tabela 2 abaixo são apresentados valores de x, y e z para os rotores 110, 120 e 130 com um raio de 110 mm.

Tabela 2 x (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(x + y) Ex. 7 (rotor 110) 49, 92 122,87 16,81 15,3 0,711 Ex. 8 (rotor 120) 24,96 147,83 23,84 21,7 0,856 Ex. 9 (rotor 130) 0 172,79 32,22 29,3 1,000

Exemplo 10

Fazendo referência às Figuras 12a e 12b, nelas está representado respectivamente em vista lateral e em planta um rotor 140 destinado à dispersão no metal em fusão de gases e/ou outras substâncias de tratamento. 0 rotor 140 é feito em grafite e apresenta uma construção unitária. 0 rotor 140 assume genericamente um formato em disco e compreende uma parte superior anelar (tecto 42), uma parte inferior anelar (base 44), um orifício cilíndrico roscado 46 que o atravessa, e uma câmara aberta 48 como descrito anteriormente. O tecto 42 e base 44 estão ligados por três divisórias 142 que ficam afastadas de forma equiangular à volta do rotor 140 e colocadas entre o tecto 42 e a base 44. As divisórias 142 desenvolvem-se para o lado de fora desde a câmara 48 até à superfície periférica 140a do rotor. Fica definida uma passagem 52 - entre cada par de divisórias adjacentes 142, o tecto 42 e a base 44 - sendo assim proporcionado um total de três passagens 52. Cada passagem 52 apresenta uma entrada 54 provindo da câmara 48 -29- ΡΕ2017560 e uma saída 56 sobre a superfície periférica 140a do rotor. Tanto a superfície periférica do tecto 42 como a da base 44 apresentam três recortes circulares parciais 144a,b (correspondendo respectivamente aos primeiros e segundos recortes). 0 rotor 140 era primitivamente circular (baseado na circunferência C) . Cada recorte 144 desenvolve-se ao longo de uma distância z a partir das superfícies periféricas do tecto 42 e da base 44 e remove um arco y da circunferência C. Na Tabela 3 abaixo estão apresentados os valores de x, y e z para um rotor com um raio de 110 mm.

Tabela 3 x (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(x + y) Ex. 10 (rotor 140) 92,4 137,98 39,02 35,5 0,599

Exemplo 11

Fazendo referência às Figuras 13a e 13b, nelas está representado respectivamente em vista lateral e em planta um rotor 150 destinado à dispersão no metal em fusão de gases e/ou outras substâncias de tratamento. O rotor 150 é feito em grafite e apresenta uma construção unitária. O rotor 150 assume genericamente um formato em disco e compreende uma parte superior anelar (tecto 42), uma parte inferior anelar (base 44) , um orifício cilíndrico roscado 46 que o atravessa, e uma câmara aberta 48 como descrito anteriormente. 0 tecto 42 e base 44 estão ligados por cinco divisórias 152 que ficam afastadas de forma equiangular em torno do rotor 150 e colocadas entre o tecto 42 e a base 44. As divisórias 152 estendem-se para o lado de fora desde a periferia da câmara 48 até à superfície periférica 150a -30- ΡΕ2017560 do rotor. Fica definida uma passagem 52 - entre cada par de divisórias adjacentes 152, o tecto 42 e a base 44 - sendo assim proporcionado um total de cinco passagens 52. Cada passagem 52 apresenta uma entrada 54 provindo da câmara 48 e uma saida 56 sobre a superfície periférica 150a do rotor. Tanto a superfície periférica do tecto 42 como a da base 44 apresentam cinco recortes circulares parciais 154a,b (correspondendo respectivamente aos primeiros e segundos recortes). O rotor 150 era primitivamente circular (baseado na circunferência C) . Cada recorte 154 desenvolve-se ao longo de uma distância z a partir das superfícies periféricas do tecto 42 e da base 44 e remove um arco y da circunferência C. Na Tabela 4 abaixo estão apresentados os valores de x, y e z para um rotor 150 com um raio de 8 7,5 mm.

Tabela 4 x (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(x + y) Ex. 11 (rotor 150) 22,51 87,45 20,49 23,4 0,795

Exemplo 12

Fazendo referência às Figuras 14a e 14b, nelas está representado respectivamente em vista lateral e em planta um rotor 160 destinado à dispersão no metal em fusão de gases e/ou outras substâncias de tratamento. O rotor 160 é feito em grafite e apresenta uma construção unitária. O rotor 160 assume genericamente um formato em disco e é semelhante ao rotor 40 (Exemplo 1) na medida em que compreende uma parte superior anelar (tecto 42), uma parte inferior anelar (base 44), um orifício cilíndrico 46 que o -31- ΡΕ2017560 atravessa, uma câmara 48, quatro divisórias 50 e quatro passagens 52, cada qual com as correspondentes entrada 54 e saida 56. Ao contrário do rotor 40, o rotor 160 apresenta oito primeiros recortes 162a no tecto 42 e oito segundos recortes 162b na base 44, existindo dois primeiros recortes 162a e dois segundos recortes 162b por passagem 52. Os primeiros recortes 162a e os segundos recortes 162b estão alinhados, ou seja, quando observados de cima eles coincidem. Dentro de cada passagem 52, a distância entre primeiros recortes 162a adjacentes ou entre segundos recortes 162b adjacentes é identificada por xi. Cruzando uma divisória 50, a distância entre primeiros recortes 162a adjacentes ou entre segundos recortes 162b adjacentes é identificada por x2. A razão entre o produto do comprimento dos arcos (2y) do perímetro da circunferência - removidos pelos primeiros ou segundos recortes contíguos a uma dada passagem - pelo número de passagens (4), a dividir pelo perímetro da circunferência (8y + 4xi + 4x2) será dado pela expressão 2y / (2y + xi + x2).

Na Tabela 5 abaixo estão apresentados valores de Xi, x2, y e z para um rotor 160 com um raio de 87,5 mm.

Tabela 5

Xi (mm) X2 (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) 2y/(2y + X! + x2) Ex. 12 (rotor 160) 11,60 35,50 45,17 16,77 19,2 0,657 -32- ΡΕ2017560

Exemplo 13

Fazendo referência à Figura 15, nela se mostra de forma esquemática uma unidade para tratamento de metais 170 por desgasificação (Rotary Degassing Unit, RDU) e/ou por adição de substâncias de tratamento de metais (Metal Treatment Station, MTS). A unidade é basicamente constituída por um cadinho 172 dentro do qual é mantido o metal a ser tratado, um rotor de grafite 174 que está acoplado de forma enroscada numa extremidade de um veio de grafite 176 (como descrito anteriormente), um motor 178 e um veio de transmissão 180, estando este veio de transmissão 180 ligado ao veio de grafite 176 no interior de uma caixa 182. A unidade também dispõe de uma tremonha 184 e de um tubo de alimentação 186, e de uma chapa deflectora retráctil 188. 0 conjunto da unidade 170 pode ser verticalmente movimentado em relação ao cadinho 172.

Quando em funcionamento para desgasificação, o motor 178 é accionado para fazer rodar o conjunto de veios 180, 176, e o rotor 174 com o veio de grafite 176 são baixados para dentro do cadinho 172 contendo o metal em fusão. Faz-se passar gás inerte por dentro do veio de transmissão 180 e do veio de grafite 176, entrando no metal através do rotor 174 e sendo disperso no seio do metal em fusão. A chapa deflectora 188 encontra-se na sua posição retraída pelo que ela estará colocada acima do metal em fusão.

Quando estiver a funcionar como uma unidade -33- ΡΕ2017560 combinada para tratamento de metal/desgasificaçâo, o rotor 174 e o veio de grafite 176 serão rodados de forma relativamente rápida, de modo a criar um vórtice no seio da massa fundida. As substâncias para tratamento de metais serão então doseadas no seio da massa fundida, provenientes da tremonha 184. Depois de deixar passar um intervalo de tempo suficiente para a mistura, a velocidade do rotor 174 é reduzida e a chapa deflectora 188 baixada para dentro da massa fundida, no intuito de interromper o vórtice e reduzir a turbulência dentro da massa fundida (posição que está representada na Figura 15) . Ir-se-á agora seguir a desgasificação, como foi descrito anteriormente.

METODOLOGIA

Foram desenvolvidos dois ensaios com o fim de testar as propriedades de dispositivos rotativos quando usados para tratamento de metal em fusão. 0 primeiro ensaio testou a eficiência dos dispositivos rotativos na desgasificação de metal em fusão. Com o segundo ensaio, um modelo de água, procurou-se demonstrar a provável eficácia dos dispositivos rotativos para distribuição de agentes de tratamento de metal em toda a massa fundida.

1. DESGASIFICAÇÃO

Foram usados rotores com um raio de 87,5 mm acoplados a um veio apresentando um diâmetro de 37,5 mm para promover a desgasif icação de 280 kg de liga de alumínio (LM25: AlSi7Mg) mantida a uma temperatura de -34- ΡΕ2017560 720 °C. O gás utilizado foi o azoto seco com um caudal de 15 (/minuto. A velocidade de rotação era de 320 rpm e a desgasificação foi realizada durante 4 minutos. A eficiência foi avaliada por intermédio da medição da concentração de hidrogénio dissolvido na massa fundida usando um sensor electrónico ALSPEK H comercializado pela empresa Foseco, com o qual se obteve uma medição directa do nivel de hidrogénio no metal em fusão. O metal em fusão foi agitado usando o rotor (sem gás) e o sensor foi mantido na massa fundida. O gás foi depois introduzido no sentido descendente do veio do rotor, tendo o nivel de hidrogénio na massa fundida sido medido e registado com intervalos de 10 segundos.

2. MODELO DE ÁGUA A adição de agentes para tratamento de metal a uma massa em fusão foi simulada usando um modelo de água, em que foram usadas pastilhas de plástico com peso reduzido para observar a formação de vórtices, e foi usada uma tinta colorida (corante de produtos alimentares) para observar a mistura. Os rotores foram testados numa Estação de Tratamento de Metal comercializada pela empresa Foseco (MTS1500 Mark 10) sendo usado um recipiente cilíndrico transparente (diâmetro de 650 mm, altura de 900 mm) em lugar de um cadinho. Cada rotor tinha um raio de 110 mm e estava acoplado a um veio apresentando um diâmetro de 75 mm e um comprimento de 1000 mm. -35- ΡΕ2017560 2.1 Formação de vórtices 0 primeiro passo para avaliar a eficiência do rotor foi determinar a velocidade de rotação, para cada rotor, que era necessária para dar uma dimensão de vórtice equivalente normalizada. Para atingir este objectivo, foram inicialmente adicionados pastilhas plásticas ao recipiente transparente que havia sido previamente enchido com água até uma altura LI (735 mm, altura de banho normal) . As pastilhas de plástico flutuaram sobre a superfície da água até que cada rotor fosse baixado para dentro do banho e feito rodar para formar um vórtice. A velocidade de rotação foi depois ajustada para que as pastilhas de plástico tocassem no rotor, mas não se dispersassem no cadinho. A altura da água foi medida quando o vórtice estava constituído (L2, altura de banho com o vórtice constituído), bem como o tempo necessário para que este vórtice se formasse.

Um factor de eficiência para a formação de vórtices pode ser calculado utilizando a seguinte fórmula:

Factor de Eficiência= [(L2—Ll)/Ll] xtempo de formação do vórtice

Quanto menor for o valor do factor de eficiência, mais eficiente será o rotor na formação de vórtices. 2.2 Determinação do tempo de mistura

Para determinar a eficiência de mistura, os rotores foram baixados para dentro do recipiente de -36- ΡΕ2017560 plástico contendo água a uma altura de 755 mm. A altura do banho foi elevada para um nível que se situava 20 mm acima do que foi utilizado no estudo da formação de vórtices (parágrafo 2.1 antecedente). A altura de banho foi alterada no intuito de reflectir a natural alteração da altura de banho no decurso da utilização. Foi escolhida uma altura de banho maior porque isso irá implicar um funcionamento mais exigente aos rotores e, pelo menos em teoria, é susceptível de salientar as diferenças entre rotores mais eficientes e menos eficientes. Foi constituído um vórtice (sem pastilhas de plástico) utilizando as velocidades de rotação definidas em 2.1. Assim que o vórtice estabilizou, adicionaram-se 3 mH de corante alimentar no seio do vórtice e foi medido o tempo necessário para que o corante alimentar se misturasse uniformemente em todo o recipiente.

ROTORES

Foram fabricados e ensaiados dez rotores, em conformidade com a invenção, em conjunto com outros seis para fins de comparação (quatro rotores pertencentes à tecnologia antecedente, e dois rotores com projectos novos mas que caíam fora do âmbito da invenção) . Cada rotor foi fabricado em dois tamanhos: (i) um rotor com um raio de 87,5 mm que foi utilizado nas experiências de desgasificação; e (ii) uma versão maior, com um raio de 110 mm, que foi utilizado para o modelo de água. Tornou-se necessário recorrer a dois rotores com diâmetros ligeiramente diferentes para as experiências de modelação de água e de desgasificação dados os diferentes tamanhos de -37- ΡΕ2017560 recipiente utilizados. Os rotores com qualquer uma das dimensões foram acoplados a um veio com um mesmo diâmetro e, portanto, apresentavam um furo cilíndrico com o mesmo tamanho na sua superfície superior (para receber/acoplar o veio), enquanto a câmara na base apresentava um diâmetro proporcional ao diâmetro total de cada rotor. Por esta razão, o comprimento interno dos recortes nos rotores de desgasificação era ligeiramente mais pequeno que o correspondente comprimento dos rotores de modelação em água, donde resultou uma razão z/r ligeiramente mais pequena. No entanto, as diferenças são triviais e não afectam as conclusões apresentadas sobre a eficiência.

1. DESGASIFICAÇÃO

Para cada um dos rotores, a concentração de hidrogénio dissolvido na massa fundida, medida com intervalos de dez segundos, é mostrada na Tabela 6, e o tempo necessário para atingir uma determinada concentração de hidrogénio (estimado a partir de um gráfico melhor ajustado, e arredondado para os 5 segundos mais próximos) é apresentada na Tabela 7. -38- ΡΕ2017560

Tabela 6

Tempo (s) Ex.l Ex.2 Ex.3 Ex.4 Ex.5 Ex.6 Ex.7 Ex.8 Ex.9 Ex.10 Tecn. Ant.l Tecn. Ant.2 Tecn. Ant.3 Tecn. Ant.4 Ex.Comp. A Ex.Comp. B 0 0,49 0,70 0,60 0,50 0,57 0,58 0,52 0,53 0,48 0,58 0,47 0,50 0,63 0,52 0,41 0,51 10 0,47 0,37 0,34 0,43 0,57 0,54 0,47 0,42 0,44 0,45 0,35 0,49 0,56 0,54 0,37 0,50 20 0,29 0,27 0,31 0,27 0,45 0,39 0,32 0,31 0,33 0,30 0,34 0,41 0,55 0,57 0,31 0,33 30 0,27 0,25 0,31 0,26 0,31 0,32 0,30 0,28 0,32 0,27 0,37 0,26 0,56 0,49 0,26 0,29 40 0,27 0,22 0,30 0,26 0,31 0,30 0,28 0,28 0,31 0,27 0,34 0,30 0,53 0,49 0,30 0,27 50 0,23 0,21 0,27 0,24 0,29 0,27 0,27 0,26 0,28 0,27 0,34 0,28 0,51 0,34 0,26 0,25 60 0,22 0,19 0,25 0,25 0,28 0,25 0,27 0,24 0,24 0,24 0,31 0,29 0,52 0,35 0,26 0,25 70 0,21 0,19 0,25 0,22 0,27 0,23 0,25 0,23 0,24 0,23 0,29 0,26 0,45 0,37 0,26 0,23 80 0,20 0,17 0,23 0,21 0,25 0,22 0,23 0,23 0,22 0,21 0,29 0,23 0,42 0,28 0,24 0,23 90 0,18 0,17 0,22 0,20 0,22 0,21 0,24 0,21 0,22 0,22 0,28 0,26 0,43 0,34 0,22 0,22 100 0,19 0,16 0,21 0,19 0,22 0,20 0,22 0,21 0,20 0,19 0,31 0,23 0,46 0,30 0,21 0,21 110 0,18 0,15 0,20 018 0,20 0,19 0,22 0,18 0,19 0,19 0,29 0,25 0,41 0,31 0,19 0,2 120 0,17 0,15 0,20 018 0,20 0,18 0,22 0,19 0,17 0,18 0,28 0,24 0,42 0,35 0,18 0,20 130 0,17 0,14 0,18 0,18 0,19 0,17 0,19 0,17 0,17 0,17 0,30 0,22 0,46 0,33 0,19 0,18 140 0,15 0,13 0,17 0,16 0,18 0,16 0,20 0,16 0,15 0,16 0,27 0,21 0,42 0,31 0,19 0,18 150 0,15 0,13 0,17 0,15 0,18 0,15 0,19 0,16 0,16 0,16 0,27 0,21 0,40 0,32 0,17 0,17 160 0,15 0,12 0,17 0,16 0,17 0,14 0,18 0,15 0,15 0,15 0,25 0,22 0,37 0,30 0,17 0,17 170 0,14 0,12 0,16 0,15 0,15 0,13 0,18 0,15 0,14 0,15 0,25 0,20 0,38 0,29 0,17 0,16 180 0,14 0,12 0,15 0,14 0,15 0,13 0,17 0,14 0,14 0,15 0,25 0,20 0,38 0,27 0,15 0,16 190 0,14 0,11 0,14 0,13 0,15 0,12 0,17 0,13 0,13 0,14 0,25 0,20 0,36 0,26 0,15 0,15 200 0,14 0,11 0,14 0,13 0,14 0,12 0,17 0,13 0,13 0,14 0,24 0,19 0,35 0,28 0,16 0,15 210 0,13 0,10 0,13 0,13 0,14 0,11 0,15 0,13 0,13 0,13 0,23 0,18 0,37 0,29 0,15 0,14 220 0,13 0,10 0,13 0,12 0,13 0,11 0,16 0,12 0,13 0,13 0,22 0,20 0,34 0,25 0,14 0,14 230 0,12 0,10 0,13 0,12 0,13 0,10 0,16 0,12 0,12 0,12 0,21 0,18 0,35 0,25 0,14 0,13 240 0,12 0,09 0,12 0,12 0,13 0,10 0,14 0,11 0,11 0,12 0,20 0,19 0,33 0,24 0,13 0,13 -39- ΡΕ2017560

Tabela 7

Tempo(s) para atingir nmlH2/100g massa fundida 0,24 0,22 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 Exemplo 1 45 60 80 100 130 170 230 Exemplo 2 35 40 55 75 100 130 160 Exemplo 3 75 90 110 130 170 200 240 Exemplo 4 55 70 90 110 140 180 220 Exemplo 5 85 95 110 140 165 200 n/a Exemplo 6 65 80 100 120 135 155 190 Exemplo 7 75 100 125 155 205 235 n/a Exemplo 8 60 85 105 120 135 180 220 Exemplo 9 65 80 100 115 135 170 230 Exemplo 10 60 80 95 115 140 185 225 Tecnologia Antecedente 1 200 220 240 n/a n/a n/a n/a Tecnologia Antecedente 2 80 130 170 205 n/a n/a n/a Tecnologia Antecedente 3 n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a Tecnologia Antecedente 4 240 n/a n/a n/a n/a n/a n/a Exemplo Comparativo A 80 90 105 120 175 210 240 Exemplo Comparativo B 65 90 110 130 165 205 230

Efeito dos recortes no tecto e na base (Exemplo 2 e Exemplo Comparativo A) A fim de investigar o efeito de ter recortes no tecto e na base, em vez de os ter apenas no tecto, foram criados dois novos rotores: o rotor 60 (Ex. 2) atrás descrito e o Exemplo Comparativo A (Ex. Comp. A) . 0 rotor do Exemplo Comparativo A é idêntico ao rotor 60 (ele apresenta o mesmo tamanho e formato de recortes no tecto), com a diferença de não apresentar recortes na base. Foram construídos gráficos com a redução na concentração de hidrogénio ao longo do tempo para ambos os rotores, e estão representados na Figura 16. Pode ser observado que, quando o rotor 60 é utilizado, a concentração de hidrogénio na massa fundida cai muito rapidamente, e eventualmente atinge uma concentração inferior a 0,lm£/100g massa fundida. O tempo necessário para que a concentração de hidrogénio caia para 0.20 mH/100 g massa fundida é de apenas 55 s para o -40- ΡΕ2017560 rotor 60, ao passo que para o Exemplo Comparativo A o tempo requerido é de 105 s. Portanto, a presença de recortes na base, assim como no tecto, parece melhorar as propriedades de desqasificação de um dispositivo rotativo.

Efeito do comprimento dos recortes circulares parciais (Rotor 3 da tecnologia antecedente e Exemplos 1 a 4)

Foi criada uma série de rotores a fim de investigar o efeito do comprimento dos recortes circulares parciais sobre a velocidade de desgasificação: Exemplos 1 a 4. Cada um dos rotores 40, 60, 70 e 80 apresenta quatro recortes circulares parciais, quer no tecto quer na base, que se desenvolvem para o lado de dentro ao longo de uma distância semelhante (valores de z/r semelhantes), mas o comprimento dos recortes aumenta segundo a ordem 80, 70, 60, 40. Estes rotores foram testados em conjunto com o rotor 3 da tecnologia antecedente, o rotor SPR (Foseco) representado respectivamente em vista lateral e em planta nas Figuras 17a e 17b. O rotor SPR 190 possui uma configuração praticamente idêntica à dos rotores da invenção, assumindo genericamente um formato em disco, com uma parte superior anelar (tecto 42) e uma parte inferior anelar (base 44) afastadas entre si e ligadas por quatro divisórias 50 que ficam separadas de forma equiangular à volta do rotor 190. Fica definida uma passagem 52 entre cada par de divisórias 50, o tecto 42 e a base 44, dispondo cada passagem de uma entrada 54 numa superfície interna do rotor, e de uma saída 56 numa superfície periférica 190a do rotor. Cada saída 56 apresenta uma área de secção -41 - ΡΕ2017560 transversal maior do que a da respectiva entrada 54 e fica radialmente disposta, projectando-se para o lado de fora a partir desta. Uma câmara aberta 48 é disponibilizada centralmente na base 44 e estende-se no sentido ascendente até ao tecto para 42. 0 rotor SPR não apresenta recortes e, portanto, apresenta os valores de x, y e z iguais a zero. Os valores de x, y e z e as correspondentes razões para os rotores com um raio de 87,5 mm estão apresentados na Tabela 8 abaixo.

Tabela 8 x (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(χ+y) Rotor 3 da tecnologia antecedente (SPR) 0 0 0 0 0 Ex. 4 (rotor 80) 100,79 36, 65 24,35 27, 8 0,267 Ex. 3 (rotor 70) 87,05 50,40 24,76 28,3 0,367 Ex. 2 (rotor 60) 48,87 88, 85 25,17 28,8 0,645 Ex. 1 (rotor 40) 24,43 113,01 24,22 27,7 0,822

Foi construído um gráfico com a redução na concentração de hidrogénio ao longo do tempo para cada um destes rotores, e está representado na Figura 18. Torna-se imediatamente perceptível que todos os rotores da invenção (80, 70, 60 e 40) são melhores que o rotor 3 (SPR) da tecnologia antecedente, em termos de desgasificação. O rotor SPR nunca atinge uma concentração de hidrogénio de 0,3mf/100g massa fundida, ao passo que todos os outros rotores 80, 70, 60 e 40 chegam a uma concentração de hidrogénio de 0,2mf/100g massa fundida, respectivamente nos intervalos de tempo de 90, 110, 55 e 80 segundos. Partindo de uma análise do gráfico, verifica-se que o rotor 60 (Ex. 2) é o rotor mais bem-sucedido em termos de -42- ΡΕ2017560 desgasificação, apresentando a mais baixa concentração de hidrogénio para a maior parte do periodo de teste.

Efeito do comprimento dos recortes rectilíneos (Exemplos 7, 8, e 9)

Foi criada uma série de rotores a fim de investigar o efeito do comprimento dos recortes com arestas rectilineas sobre a velocidade de desgasificação: os rotores 110, 120 e 130 atrás descritos. Todos estes rotores apresentam quatro recortes com arestas rectilineas no tecto e na base, com o comprimento do recorte (indicado pelo valor de y/(x+y)) a crescer segundo a ordem 110, 120, 130. Os valores de x, y e z e as correspondentes razões para os rotores com um raio de 87,5 mm estão apresentados na Tabela 9 abaixo.

Tabela 9 x (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(χ+y) Ex. 7 (rotor 110) 48,86 88,58 11, 64 13,3 0, 644 Ex. 8 (rotor 120) 24,43 113,01 17, 62 20,1 0, 822 Ex. 9 (rotor 130) 0 137,44 25, 63 29,3 1,000

Foi construído um gráfico para ilustrar a redução na concentração de hidrogénio ao longo do tempo para cada um destes rotores, e está representado na Figura 19. Todos os rotores 110, 120 e 130 parecem proporcionar uma boa desgasificação, com os rotores 120 e 130 a manifestarem uma concentração final de hidrogénio ligeiramente inferior à do rotor 110. Isto sugere que de um maior comprimento do -43- ΡΕ2017560 recorte (valor maior para y/(x+y)) irá resultar um rotor mais bem-sucedido em termos de desgasificação.

Efeito da profundidade dos recortes (Exemplos 2, 6 e 7)

Foi criada uma série de rotores a fim de investigar o efeito da profundidade dos recortes - ou seja, a distância máxima ao longo da qual os recortes se desenvolvem para o lado de dentro, a partir das superfícies periféricas do tecto e da base do rotor - sobre a velocidade de desgasificação. Os rotores 110, 60 e 100 foram anteriormente descritos. Os recortes no rotor 110 apresentam uma aresta rectilínea, consistindo os recortes dos rotores 60 e 110 em recortes circulares parciais. Cada um deles remove o mesmo comprimento de arco - mesmos valores de y/(x+y) -, mas variam em termos da profundidade do recorte segundo a ordem 110, 60, 100. Os valores de x, y e z para estes rotores estão apresentados na Tabela 10 abaixo.

Tabela 10 x (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(χ+y) Ex. 7 (rotor 110) 48,86 88,58 11,73 13,3 0, 644 Ex. 2 (rotor 60) 48,86 88,58 25,17 28,7 0, 644 Ex. 6 (rotor 100) 48,86 88,58 38,89 44,5 0, 644

Foi construído um gráfico para ilustrar a redução na concentração de hidrogénio ao longo do tempo para cada um destes rotores, e está representado na Figura 20. Todos os rotores são bem-sucedidos em termos de desgasificação. Da sua utilização resulta uma redução na concentração de -44- ΡΕ2017560 hidrogénio até 0,2 ml1/100 g massa fundida, em 25 s (rotor 110), 55 s (rotor 60) e 100 s (rotor 100). Os rotores 60 e 100 são mais bem-sucedidos, chegando a uma concentração final de hidrogénio inferior a 0,12 ml1/100 g massa fundida. Isso indica que um recorte mais profundo (maior valor de z/r) será útil aquando da desgasificação.

Efeito da câmara e da área de secção transversal das saidas e entradas (Exemplo 2 e Exemplo Comparativo B) O Exemplo Comparativo B foi criado com o fim de investigar o efeito da não presença de câmara, e de haver uma passagem com largura uniforme em virtude de ser definida por uma entrada e saida com igual área de secção transversal, para comparação com os rotores da invenção que dispõem de uma câmara para mistura de gás com metal em fusão e em que a área da secção transversal da saída é maior que a área da secção transversal da respectiva entrada. O Exemplo Comparativo B é semelhante ao rotor Diamant™ atrás descrito, apresentando genericamente um formato de disco e dispondo de quatro furos cilíndricos radiais que ficam afastados de forma equiangular à volta do rotor. Cada furo cilíndrico estende-se desde a superfície interna do rotor até à sua superfície periférica, assim proporcionando uma saída para o gás. O Exemplo Comparativo B apresenta quatro recortes que se desenvolvem para o lado de dentro a partir da superfície periférica do rotor. Cada recorte fica localizado numa saída e estende-se no sentido -45- ΡΕ2017560 descendente ao longo de toda a profundidade do rotor. Não existe qualquer câmara para mistura de gás com metal em fusão. Os recortes do Exemplo Comparativo B são do mesmo tamanho e formato que os recortes no rotor 60 (Exemplo 2), pelo que os valores de x, y e z para os rotores são os mesmos.

Foi construído um gráfico para ilustrar a redução na concentração de hidrogénio ao longo do tempo para cada rotor, e está representado na Figura 21. A concentração de hidrogénio decresce mais rapidamente quando é utilizado o rotor 60 (Exemplo 2) do que quando é utilizado o rotor do Exemplo Comparativo B. A concentração de hidrogénio quando o rotor 60 (Exemplo 2) é utilizado é mais baixa do que a concentração de hidrogénio quando o rotor do Exemplo Comparativo B é utilizado, para a quase totalidade da duração do ensaio. Isso indica que a presença de uma câmara e de saídas apresentando uma maior área na secção transversal do que as respectivas entradas proporcionam um efeito benéfico em termos de desgasificação.

Efeito da câmara e das saídas (Rotor 4 da tecnologia antecedente e Exemplo 9) O rotor do Exemplo 9 é semelhante a um rotor da tecnologia antecedente conhecido pela designação "Brick" (comercializado pela empresa Pyrotek Inc.), com a diferença que o rotor do Exemplo 9 dispõe de saídas e de uma câmara. O rotor "Brick" consiste simplesmente num bloco sólido de grafite sem entradas, nem saídas ou câmara. Apresenta uma -46- ΡΕ2017560 secção transversal (perpendicular ao eixo do veio) quadrada, mas pode ser considerado como tendo sido baseado numa circunferência apresentando quatro recortes com arestas rectilineas, da mesma forma que o rotor 130 (Exemplo 9) . São idênticos os valores de x, y e z para o rotor do Exemplo 9 e para o "Brick", sendo apresentados na Tabela 11 abaixo para rotores com um raio de 87,5 mm.

Tabela 11 x (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(χ+y) Rotor 4 da tecnologia antecedente ("Brick") 0 137,4 25, 63 29,3 1,000 Ex. 9 0 137,4 25, 63 29,3 1,000

Foi construído um gráfico para ilustrar a redução na concentração de hidrogénio ao longo do tempo para cada rotor, e está representado na Figura 22. A concentração de hidrogénio diminui muito mais rapidamente e atinge um valor final mais baixo quando é utilizado o rotor 130 (Exemplo 9) do que quando é usado o rotor 4 da tecnologia antecedente ("Brick"). A concentração de hidrogénio é consistentemente mais baixa quando o rotor da invenção é usado, em comparação com as situações em que o rotor 4 da tecnologia antecedente ("Brick") é utilizado, indicando que a presença de saídas e de uma câmara melhora as propriedades de desgasificação de um rotor.

Todos os rotores de tecnologias antecedentes (SPR, XSR, Diamant™ e "Brick") foram menos bem-sucedidos que os rotores da invenção, em termos de desgasificação. Os -47- ΡΕ2017560 rotores SPR, XSR e "Brick" não conseguiram chegar a uma concentração de hidrogénio de 0,2mí/100g massa fundida, e embora o rotor Diamant™ tivesse atingido os 0,2mí/100g, demorou 170 s para o fazer, um tempo consideravelmente maior do que qualquer um dos rotores da invenção. 2 . MODELO DE ÁGUA - Formação de vórtices

Foram realizadas experiências conforme atrás descritas sobre os rotores dos Exemplos 1 a 10, sobre os rotores da tecnologia antecedente, e sobre dois rotores novos que não se encontram dentro do âmbito da invenção. Foi calculado um Factor de Eficiência (FE) para cada rotor usando a fórmula já apresentada, e os valores estão indicados na Tabela 12 abaixo.

Tabela 12

Ll (mm) L2 (mm) Tempo para formação de vórtices (s) Factor de Eficiência (FE) Tecnologia Antecedente 1 735 830 27 (apenas meio vórtice) 3,5 Tecnologia Antecedente 2 735 800 n/a vórtice inadequado n/a Tecnologia Antecedente 3 735 805 n/a vórtice inadequado n/a Tecnologia Antecedente 4 735 865 17 3,0 Exemplo Comparativo A 735 830 23 3,0 Exemplo Comparativo B 735 820 23 2,7 Exemplo 1 735 820 22 2,5 Exemplo 2 735 830 20 2,6 Exemplo 3 735 830 25 3,2 Exemplo 4 735 830 26 3,4 Exemplo 5 735 820 22 2,5 Exemplo 6 735 820 19 2,2 Exemplo 7 735 850 23 3,6 Exemplo 8 735 820 28 3,2 Exemplo 9 735 845 19 2,8 Exemplo 10 735 820 23 2,7 -48- ΡΕ2017560

Foram realizadas experiências conforme atrás descritas para determinar o tempo necessário para que uma tinta colorida fosse uniformemente misturada com toda a água. Os tempos requeridos e a velocidade de rotação utilizada (determinada em 2.1) estão apresentados na Tabela 13 abaixo.

Tabela 13

Velocidade de rotação (rpm) Tempo para mistura uniforme (s) Tecnologia Antecedente 1 420 (meio vórtice) 8 Tecnologia Antecedente 2 500 (vórtice inadequado) 12 Tecnologia Antecedente 3 500 (vórtice inadequado) 10 Tecnologia Antecedente 4 305 7 Exemplo Comparativo A 350 7 Exemplo Comparativo B 390 5 Exemplo 1 360 6 Exemplo 2 350 4 Exemplo 3 355 7 Exemplo 4 370 8 Exemplo 5 290 4 Exemplo 6 330 4 Exemplo 7 510 6 Exemplo 8 410 5 Exemplo 9 330 4 Exemplo 10 330 6

Efeito dos recortes no tecto e na base (Exemplo 2 e Exemplo

Comparativo A)

Como discutido anteriormente, o Exemplo 2 e Exemplo Comparativo A são idênticos, com a diferença que o Exemplo Comparativo A apenas tem recortes no tecto enquanto o Exemplo 2 apresenta recortes no tecto e na base. Uma comparação entre os FE e os tempos de mistura é mostrada abaixo na Tabela 14. -49- ΡΕ2017560

Tabela 14

Factor de Eficiência (FE) Tempo para mistura (s) Exemplo 2 2,6 4 Exemplo Comparativo A 3,0 7 0 Exemplo 2 tem um menor FE e menor tempo de mistura que o Exemplo Comparativo A, o que mostra que a presença de recortes tanto no tecto como na base melhora a formação de vórtices e também tem um efeito benéfico sobre o tempo de mistura.

Efeito do comprimento dos recortes circulares parciais (Rotor 1 da tecnologia antecedente e Exemplos 1 a 4)

Como discutido anteriormente, os Exemplos 1 a 4 são essencialmente o mesmo, com a diferença que o comprimento dos recortes - indicado pelo valor y/(x+y) -diminui segundo esta ordem Exemplo 1, Exemplo 2, Exemplo 3, Exemplo 4. Uma comparação entre os FE e os tempos de mistura é mostrada abaixo na Tabela 15.

Tabela 15 x (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(χ+y) FE Tempo para mistura (s) Rotor 3 tecnologia antecedente (SPR) 0 0 0 0 0 n/a vórtice inadequado 10 Ex. 4 (rotor 80) 135,27 37,52 33,76 30,7 0,217 3,4 8 Ex. 3 (rotor 70) 107,50 65,28 32,77 29, 8 0,378 3,2 7 Ex. 2 (rotor 60) 49, 92 122,87 32,45 29,5 0,711 2, 6 4 Ex. 1 (rotor 40) 24, 96 147,83 32,45 29,5 0, 856 2,5 6 -50- ΡΕ2017560

Os valores do FE para os Exemplos 1 a 4 diminuem à medida que o comprimento do recorte aumenta, quer dizer, o Exemplo 1 possui recortes que se estendem ao longo de toda a distância entre divisórias adjacentes e apresenta o mais baixo valor de FE, igual a 2,5. Não foi determinado o valor de FE para o rotor 3 da tecnologia antecedente (SPR), porque não se conseguiu obter um vórtice suficientemente formado. A presença de recortes parece ter um efeito benéfico sobre os tempos de mistura porque o rotor da tecnologia antecedente (sem recortes) foi o que apresentou o mais longo tempo de mistura. A relação entre o comprimento de recorte e o tempo de mistura já é menos clara do que a que foi verificada para os valores de FE, mas os dois Exemplos com o maior comprimento de recorte (Exemplo 1 e Exemplo 2) apresentam um tempo de mistura inferior ao daqueles com menor comprimento de recorte (Exemplo 3 e Exemplo 4), o que parece indiciar que um maior comprimento de recorte contribui para um beneficio global no modelo de água.

Efeito do comprimento dos recortes rectilineos (Exemplos 7, 8 e 9)

Como foi discutido anteriormente, os três Exemplos 7, 8 e 9 consistem em rotores de tipo quadrado, apresentando quatro recortes. O comprimento dos recortes nos Exemplos 7 a 9 aumenta segundo a ordem Exemplo 7, Exemplo 8, Exemplo 9. Os valores de FE e tempos de mistura -51- ΡΕ2017560 são mostrados na Tabela 16 abaixo.

Tabela 16 x(mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(χ+y) FE Tempo para mistura (s) Ex. 7 (rotor 110) 45, 81 91, 63 11,73 13,4 0,667 3, 6 6 Ex. 8 (rotor 120) 24,43 113,01 17,62 20,1 0, 822 3,2 5 Ex. 9 (rotor 130) 0 137,44 25, 63 29,3 1,00 2,8 4

Os valores de FE para os Exemplos 7 a 9 diminuem à medida que o comprimento do recorte aumenta. Os tempos de mistura diminuem à medida que o comprimento do recorte aumenta, com o rotor do Exemplo 9 a atingir uma mistura uniforme em apenas 4 segundos. Estes resultados corroboram os resultados da comparação feita com os recortes circulares parciais, de que um comprimento aumentado de recorte tem como resultado uma melhor mistura.

Efeito da profundidade de recortes (Exemplos 2, 6 e 7)

Como foi discutido anteriormente, os três Exemplos 2, 6 e 7 apresentam recortes que têm um comprimento praticamente igual (os recortes removem arcos semelhantes de uma circunferência primitiva C), mas cada um dos recortes desenvolve-se ao longo de uma diferente distância máxima a partir das superfícies periféricas do tecto e da base do rotor (sendo a profundidade do recorte indicada pelo valor z/r). A profundidade de cada um dos recortes nos Exemplos 2, 6 e 7 aumenta segundo a ordem Exemplo 7, Exemplo 2, Exemplo 6. Os valores de FE e os -52- ΡΕ2017560 tempos de mistura para estes rotores são mostrados na Tabela 17 abaixo.

Tabela 17 x(mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(x+y) FE Tempo para mistura (s) Ex. 7 (rotor 110) 49,92 122,87 16,81 15,3 0,711 3, 6 6 Ex. 2 (rotor 60) 49, 92 122,87 32,45 29,5 0,711 2, 6 4 Ex. 6 (rotor 100) 49, 92 122,87 45,52 38, 65 0,711 2,2 6

Os valores de FE diminuem à medida que a profundidade de recorte aumenta, com o Exemplo 6 a apresentar o muito baixo valor de 2,2 para o FE. A relação entre a profundidade de recorte e o tempo de mistura é menos clara, já que o Exemplo 2, que dispõe de uma profundidade de recorte intermédia, é o que apresenta o mais rápido tempo de mistura.

Efeito da câmara e da área da secção transversal das saídas e das entradas (Exemplo 2 e Exemplo Comparativo B)

Como discutido anteriormente, foi criado um rotor novo, fora do âmbito da invenção (Exemplo Comparativo B), a fim de investigar o efeito da presença de uma câmara e de ter saídas e entradas onde a área da secção transversal das saídas é maior do que a das respectivas entradas. 0 Exemplo Comparativo B é análogo ao Exemplo 2 apresentando o mesmo tamanho e formato de recortes e, consequentemente, os mesmos valores para x, y e z, como mostra a Tabela 18 abaixo, para um rotor com um raio de 110 mm. -53- ΡΕ2017560

Tabela 18 x (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(χ+y) FE Tempo para mistura (s) Ex. 2 (rotor 60) 49, 92 122,87 32,45 29,5 0,711 2,6 4 Exemplo Comparativo B 49, 92 122,87 32,45 29,5 0,711 2,7 5

Apesar de ter recortes idênticos, o Exemplo 2 apresenta uma ligeira vantagem sobre o Exemplo Comparativo B em termos de formação de vórtices e tempo de mistura. Considerando isso em conjunto com o facto de a desgasificação associada ao Exemplo 2 ter melhorado, tudo indica que a presença de uma câmara, e de saídas que tenham uma maior área de secção transversal que as respectivas entradas, proporciona um rotor melhorado para utilização no tratamento de metais.

Efeito da câmara e das saídas (Rotor 4 da tecnologia antecedente e Exemplo 9)

Como foi atrás discutido, o rotor 4 da tecnologia antecedente ("Brick") não apresenta entradas ou saídas, nem uma câmara, mas pode ser considerado como tendo quatro recortes rectilíneos como o rotor do Exemplo 9. Os valores de x, y e z para o rotor 4 da tecnologia antecedente e para o do Exemplo 9 são idênticos e estão apresentados na Tabela 19 seguinte, para um rotor com um raio de 110 mm. -54- ΡΕ2017560

Tabela 19 x (mm) y (mm) z (mm) z/r(%) y/(χ+y) FE Tempo para mistura (s) Rotor 4 tecnologia antecedente ("Brick") 0 172,79 32,22 29,3 1,000 3,0 7 Ex. 9 (rotor 130) 0 172,79 32,22 29,3 1,000 2,8 4 0 rotor "Brick" apresenta um maior FE e um mais prolongado tempo de mistura do que o rotor da invenção, o que indicia que a presença de entradas, saídas, e de uma câmara são factores benéficos para a mistura de agentes de tratamento.

Todos os rotores da invenção apresentam tempos para uma mistura uniforme que são iguais ou inferiores aos dos rotores da tecnologia antecedente XSR, Diamant™ e SPR (8 s, 12 s e 10 s) .

Conclusões

Os dados anteriores demonstram que os rotores da presente invenção proporcionam vantagens em termos de eficiência de mistura e de desgasificação no tratamento de metais.

Lisboa, 29 de Janeiro de 2010

Claims (21)

1. ΡΕ2017560 -1 - REIVINDICAÇÕES 1. Um dispositivo rotativo para o tratamento de metal em fusão, em que este dispositivo compreende um veio oco (30) numa extremidade do qual se encontra um rotor (40), em que este rotor (40) apresenta: - um tecto (42) e uma base (44), em que estes tecto (42) e base (44) se encontram afastados entre si e ligados por uma multiplicidade de divisórias (50); - uma passagem (52) que é definida entre cada par adjacente de divisórias (50) e pelo tecto (42) e base (44), dispondo cada passagem (52) de uma entrada (54) numa superfície interna do rotor (40) e de uma saída (56) numa superfície periférica do rotor (40), em que cada saída (56) apresenta uma maior área de secção transversal que a respectiva entrada (54) projectando-se radialmente para o lado de fora a partir dela; - uma trajectória fluida definida através do veio (30) e dirigindo-se para dentro das entradas (54) das passagens (52), e para fora das saídas (56); e - uma câmara (48) na qual se pode realizar a mistura de metal em fusão com gás; a câmara (48) fica radialmente localizada em direcção ao lado de dentro das entradas (54), apresenta uma abertura na base (44) do rotor (40) e situa-se na trajectória fluida entre o veio (30) e as entradas (54), de tal maneira que quando o veio roda, no decurso da utilização, o metal em fusão seja conduzido para dentro da câmara (48) atravessando a base (44) do rotor -2- ΡΕ2017560 (40), onde é misturado com gás que passa para dentro da câmara (48) provindo do veio (30), sendo depois a dispersão metal/gás bombeada para dentro das passagens (52) através das entradas (54), antes de ser descarregada a partir do rotor (40) através das saldas (56); o rotor dispõe de uma multiplicidade de primeiros recortes (58a) no tecto (42) e de uma multiplicidade de segundos recortes (58b) na base (44), sendo cada um destes primeiros e segundos recortes (58a, 58b) contíguo com uma das passagens (52) .
2. 2. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado na reivindicação 1, onde cada um dos primeiros recortes se desenvolve para o lado de dentro a partir da superfície exterior periférica do rotor (40) e é contíguo com uma saída (56).
3. 3. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado na reivindicação 2, onde o comprimento de cada primeiro recorte (58a) na superfície periférica não será maior do que o comprimento na correspondente saída (56).
4. 4. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado em qualquer uma das precedentes reivindicações, em que cada primeiro recorte (58a) consiste num recorte circular parcial, e onde os primeiros recortes (58a) estão simetricamente dispostos à volta do rotor (40). -3- ΡΕ2017560
5. 5. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado em qualquer uma das precedentes reivindicações, onde os segundos recortes (58b) têm o mesmo tamanho e formato que os primeiros recortes (58a).
6. 6. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado em qualquer uma das precedentes reivindicações, onde o número de primeiros recortes (58a) é igual ao número de segundos recortes (58b).
7. 7. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado em qualquer uma das precedentes reivindicações, em que o rotor (40) , apresenta três, quatro ou cinco passagens (52) .
8. 8. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado na reivindicação 7, onde o rotor (40) tem quatro passagens (52).
9. 9. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado em qualquer uma das precedentes reivindicações, em que o rotor (40) dispõe exactamente de uma saída (56), e exactamente de um primeiro e de um segundo recorte (58a, 58b) por passagem (52).
10. 10. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, onde o rotor (160) dispõe exactamente de uma saída (56), e de -4- ΡΕ2017560 exactamente dois primeiros recortes (162a) e dois segundos recortes (162b) por passagem.
11. 11. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado em qualquer uma das precedentes reivindicações, enquanto dependentes da reivindicação 6, onde cada um dos primeiros recortes (58a) numa passagem (52) se encontra em completo alinhamento com o segundo recorte (58b) correspondente.
12. 12. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado em qualquer uma das precedentes reivindicações, onde os primeiros e/ou segundos recortes (58a,58b) se desenvolvem para o lado de dentro segundo uma distância não superior a 50% do raio do rotor (40), e de preferência não superior a 40% desse raio.
13. 13. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado em qualquer uma das precedentes reivindicações, onde os primeiros e/ou segundos recortes (58a,58b) se desenvolvem para o lado de dentro ao longo de uma distância não inferior a 10% do raio do rotor (40), e de preferência não inferior a 20% desse raio.
14. 14. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado em qualquer uma das precedentes reivindicações, onde a superfície periférica do rotor (40) num plano perpendicular ao eixo do veio (30) consistia primitivamente numa circunferência, e onde a razão entre o -5- ΡΕ2017560 produto do comprimento do arco do perímetro da circunferência - removido no tecto (42) pelo primeiro recorte ou recortes (58a), ou removido na base (44) pelo segundo recorte ou recortes contíguos com uma determinada passagem (52) - pelo número de passagens (52), a dividir pelo perímetro da circunferência é de, pelo menos, 0,3 e será de preferência, pelo menos 0,6.
15. 15. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado na reivindicação 14, onde a razão não será superior a 0,9.
16. 16. Um dispositivo rotativo conforme reivindicado em qualquer uma das precedentes reivindicações, em que o veio (30) e o rotor (40) são separadamente construídos, sendo os dois ligados em conjunto por intermédio de meios de fixação que se possam desmontar.
17. 17. Um rotor para ser usado no dispositivo rotativo de qualquer uma das reivindicações 1 a 16, em que este rotor apresenta: - um tecto (42) e uma base (44), em que estes tecto (42) e base (44) se encontram afastados entre si e ligados por uma multiplicidade de divisórias (50); - uma passagem (52) que é definida entre cada par adjacente de divisórias (50) e pelo tecto (42) e base (44), dispondo cada passagem (52) de uma entrada (54) numa superfície interna do rotor (40) e de uma saída (56) numa -6- ΡΕ2017560 superfície periférica do rotor (40), em que cada saida (56) apresenta uma maior área de secção transversal que a respectiva entrada (54) projectando-se radialmente para o lado de fora a partir dela; - uma trajectória fluida definida através das entradas (54) das passagens (52), e para fora das saídas (56); e - uma câmara (48) na qual se pode realizar a mistura de metal em fusão com gás; a câmara (48) fica radialmente localizada em direcção ao lado de dentro das entradas (54), apresenta uma abertura na base (44) do rotor (40) e situa-se na trajectória fluida entre o veio (30) e as entradas (54), de tal maneira que quando o veio roda, no decurso da utilização, o metal em fusão seja conduzido para dentro da câmara (48) atravessando a base (44) do rotor (40), onde é misturado com gás que passa para dentro da câmara (48) provindo do veio (30), sendo depois a dispersão metal/gás bombeada para dentro das passagens (52) através das entradas (54), antes de ser descarregada a partir do rotor (40) através das saídas (56); onde o rotor dispõe de uma multiplicidade de primeiros recortes (58a) no tecto (42) e de uma multiplicidade de segundos recortes (58b) na base (44), sendo cada um destes primeiros e segundos recortes (58a, 58b) contíguo com uma das passagens (52).
18. 18. Uma unidade para tratamento de metais (170) destinada à desgasificação e/ou adição de substâncias para -7- ΡΕ2017560 tratamento de metais, onde se inclui o dispositivo rotativo de qualquer uma das reivindicações 1 a 16.
19. 19. Um procedimento para tratamento de metais fundidos integrando as seguintes etapas: (i) imersão do rotor (40) e de parte do veio (30) do dispositivo rotativo de qualquer uma das reivindicações 1 a 16 no metal em fusão a ser tratado, (ii) rotação do veio (30), e (iii) passagem de gás e/ou de uma ou mais substâncias de tratamento no sentido descendente do veio (30) e para o seio do metal em fusão através do rotor (40), e/ou passagem de uma ou mais substâncias de tratamento directamente para dentro do metal em fusão, com o fim de tratar o metal.
20. 20. O procedimento da reivindicação 19, onde o metal a ser tratado é seleccionado de entre um grupo constituído pelo alumínio e suas ligas, o magnésio e suas ligas, e o cobre e suas ligas.
21. 21. O procedimento da reivindicação 19 ou 20, em que o gás cuja passagem ocorre na etapa (iii) consiste num gás seco inerte. Lisboa, 29 de Janeiro de 2010