PT82011B

PT82011B - Dispositivo de ligacao electrica destinado a ser colocado na parede de um fornometalurgico de corrente continua

Info

Publication number: PT82011B
Application number: PT82011A
Authority: PT
Inventors: Jacques Michelet; Ghislain Maurer
Original assignee: Siderurgie Fse Inst Rech
Priority date: 1985-02-11
Filing date: 1986-02-10
Publication date: 1992-09-30
Also published as: DE3685433D1; EP0235465A1; CN1009759B; KR920008944B1; CN86101289A; FR2577311B1; AU581289B2; DD242925A5; RU1802920C; UA11249A; ATE76552T1; FR2577311A1; EP0235465B1; PT82011A; US4685112A; ES551802A0; JPS6343676B2; ES8704066A1; CA1259367A; BR8600556A

Description

seu contacto com o banho metálico em fusão e as intensida 1Θ S d*3 ccn r-ente elevadas que os atravessam, nomealamente no caso dos for- nos de arco onde estas in tensidades ' odem atingir valores ia ordem ics ^rO uOC t , OU mesmo ma is. 0 requerente, que estudou bastante estes problemas, propôs, no pedido de patente de invenção francesa _'?a Sk/17322 'de 6 de !!oveir- bro de 1Ç3!+, uir eléctrodo de soleira para forno de arccs de corrente contínua, particularirente bem adaptado a períodos de funcionaren-to ie grande durarão. Lste eláctrcio de soleira compreende essencial mente uma alma de aço que atravessa a narede do forno cara entrar massa metálica em fusão .iale envolvida num O T f; V\ «n cx I - · cx i a vantajosamente de cobre. gua, en’rolTTs a uma certa fsta manga, arreíecida oor circulação a< distancia a alma, de maneira a formar entre elas um espaço de secara .-ão. Iste é ciclicamente preenchido a "quente", isto e, quando ss põe o forno em serviço e depois ncvamente formado "a frio", quando a alms arrefece a^ós o corte da corrente. Deste modo, contribui-se rara ieixar a alma de aço dilatar-se e contrair-se longitudinalmente no interior da manga com o ritmo ias sequências de refusão - resso-lidifica5~o repetitivas da sua extremidade não arrefecida que atravessa o revestimento refractário do forno e que resulta da marcha descontínua deste último.

Alem disso, a alma ie açc é prolongada na sua extremidade envolvida -ela manga por uma peça terminal de material condutor do calor e da eleetricidsde que,tal ecmo a manga, I vantajosamente ie cobre, arrefecida cor uma circulação interna de um fluido d(

fecimento e ligada a um terminal de um gerador de energia electrica.

Lste tipo de eléctrodc de soleira dá resultados excelentes, porem, foi nossível detectar, com o auxílio de um detector de desloca mentoí que no decurso dos períodos de paragem do forno, a alma e peça terminal que e solidária cem a mesma, se comportaram como uma r,arte deslizante que subia no interior da manga e que esta subida se renroduzia sequencialmente com os ciclos de refusao - resselili-fieação, podendo conduzir ao desaparecimento orogressivo do eléetrc-dc de soleira ncr consumo da sua extremidade em contacto com o banho metálico. L presente intenção tem por obRectivo resolver este orofclema e. oortanto, melhorar ainda o ccmoortsmento no tem«o do eléetrodo de soleira.

Para isso, ;re sente intenção tem por objecto um dispositivo de ligação electrica destinado a ser colocado na parede - geralmente no fundo - de um recipiente metalúrgico, nomeadamente um forno de arco siderúrgico, sendo o dispositivo do tipo que compreende: - uma oarte interna constituída nor uma alma metálica que, ncr uma das extremidades, aflora na suoerfície interior do forne e prolongada na outra extremidade por uma peça terminal com ela solidária, - uma manga, de material condutor do calor que apresenta um circuito de arrefecimento e que envolve a referida narte interna, e - meios para ligar a alma a uma alimentação electrica sob tensão, r» α v' r» d — sendo este dispositivo de ligação electrica e&racterizado po sentar:

- un: esOaço ;paraç&o, for.rr.ado entre a rrangs e a alma me tálica, de maneira a ter em conta cs fenomenos de dilata^ão-contrac-;5ão da alma metálica no interior da manga, e - um sistema de fixação elástica da referida parte interna que tende, em qualquer instante, a la^ar esta ultima cara a sua posição inicial dada quando da montagem. je acordo com uma forma de realiza3ão oreferiia Ia aresente invenção, a peça terminal e feita de um material condutor simultanea mente do calor e 5lectricids.de, vantaiosamente de cobre ou de urra liga de cobre, e e energicamente arrefecida nor uma circularão interna de um fluido refrigerante, oor exemplo água. 'Teste caso > 9 peça terminal e vsnt ajosamente ligada a um ter minai de alimenta _ão elsctrica e assegura assim a ligação electrica is alma metálica. be acordo com uma variante lo modo de realização me ncionsdo, a manga ê também ds um material condutor da electricidade, o que

S» ÍO ^ lhe permite assegurar lateralmente a ligação eléctrics da alma iret lica quando esta entra em contacto "a quente" com a manga.

Como com certeza já se compreendeu, o sistema de fixação sl tica assegura, nas fases de refusão, o restabelecimento da alma meta· lica e da peça terminal numa posição constante dada na montagem, e isso tanto mais facilmente quanto reais facilmente elas aossam deslizar dentro da mansa. drenas cara oerrritir comnreender melhor a oresente • invenção ai ^rocursr-se des ercnr c que se nas? a ao n£'rsl do elset rodo no ecurso de um ciclo de ressolidificação - refusão da alma, S GTT Ί U9 jonsíderar-se que os fencmenos reais estejam todos oerfeita- r )

mente esclarecidos.

Em primeiro lugar há que recordar que um forno de arco, quer seja de corrente alternada, quer de corrente contínua, apresenta geralmente no fundo, no interior, uma oequena bacia na qual á con-servada, apos cada vazamento, uma oequena quantidade de metal, denominada "pé de banho", e destinada a facilitar o rearranque da fusão de uma nova carga. Ê claro que, no caso de um forno de arco de corrente contínua, o pé de banho apenas pode cumprir a sua função se o eléctrodo de soleira desembocar na referida tina.

Recordado isto, compreende-se melhor que "a frio", isto é, durante as sequências de paragem do forno entre duas fusões, o pé de banho que, quando solidifica, se apoia firmemente no fundo da tina, provoca, por isso, quando se verifica a contracçao térmica da alma que arrefece progressivamente, uma subida desta ultima no interior da manga. Constatou-se assim a existência, no final do ciclo de arrefecimento, de contracçoes longitudinais da parte movei do electrodo de soleira que podem atingir vários milímetros.

Durante este mesmo período, neste caso em consequência da contracção radial da alma metálica, o escaço de senaração formado entre esta e a manga arrefecida reconstitui-se, o que permite a subida da alma por deslizamento. Esta subida da alma metálica no interior da manga é acompanhada por uma colocação em tensão do sistema de fixação elastica (em compressão ou em tracção conforme se trate de um sistema de molas de compressão ou de tracção).

Pelo contrario "a quente", isto é, quando o forno metalúrgico e posto sob tensão, assiste-se em primeiro lugar à fusão do pé de banho. A fusão prossegue em seguida na narte superior da alma não 6

arrefecida que se enterra no refractário da soleira do recipiente.

Isto tem como consequência o desaparecimento de uma grande parte dos pontos de prisão da alma metálica no refractário que surgiram na solidificação anterior. Porém, isso não ê em si geralmente suficiente para que a oarte movei retome, sob a acção do seu peso próprio, a posição inicial dada na montagem. 0 sistema de fixação elástica, ainda sob a acção das tensões devidas a eontracção anterior, retoma então o seu estado de equilíbrio, e, empurrando a alma oara o exterior do forno, le^a aquela a posição de partida. A este propósito, notar-se-á que a presença de um esnaço de separação formado entre a alma metálica e a manga facilita vantajosamente a acção de reposição do sistema de fixação. Com efeito, a medida que o metal da alma aquece preenche este esnaço por dilatação radial, ao mesmo tempo que perde a sua consistência, portanto sem nunca exercer na manga uma pressão lateral tal que seja prejudicada a acção de reposição do sistema de fixação. Pão é no entanto impossível que o sistema elástico possa exercer a sua acção de reposição antes de a dilatação radial da alma encher compietamente o espaço de separação com a manga. Ká ainda que precisar o mecanismo exacto, porque ele depende de vários factores como a dimensão da alma, a intensidade do esforço antagonista do sistema de reposição, a espessura do revestimento refractário, etc.

Contudo, o sistema de fixação elástica associado a presença "a frio", de um esnaço de separação entre a alma metálica e a manga, permitem que esta última retome seguramente, em cala refusão, a posição de partida, o que impede qualquer possibilidade de consumo da 7

alma por um efeito de acumulação das contracções longitudinais na manga.

Outras vantagens e características aparecerão na descrição que vai seguir-se, dada a título de exemnlo, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam: A fig. 1, em corte longitudinal, uma vista esquemática de conjunto de um forno de arco siderúrgico equipado no seu fundo com um dispositivo de ligação segundo a orerente invenção; e A fig. 2, em corte longitudinal, uma vista ampliada deste dispositivo de ligação. 0 forno de arco esquematizado na fig. 1 compreende uma carcaça metálica (2), guarnecida interiormente de um revestimento refra-ctário (3).

Uma massa metálica (*f) acabou de ser fundida neste forno graças aos arcos electricos mantidos entre esta massa e a extremidade dos eléctrodos da abóbada de grafite (5) (em número de dois, neste exemplo), ligados ao mesmo terminal negativo de uma alimentação ele-ctrica de corrente contínua não representada. 0 fecho do circuito eléctrico faz-se através do banho entre estes eléctrodos e o dispositivo de ligação (6) segundo a presente invenção. Este dispositivo compreende, como se vê, uma alma (7) metálica formada por um simnles bloco de aço, implantado atrases do fundo (8) do forno de maneira que a sua extremidade superior entre em contacto com a massa de fusão. Este contacto efectua-se classicamente na base de uma tina formada num ponto inferior do forno na qual se conservou permanentemente metal, habitualmente denominado "pé de banho" e destinado a facilitar o rearranque da fusão com carga sólida. 3 Ρ

Do lado oposto, o bloco (7) é prolongado na parte inferior (9) por uma peça terminal (1C) enroscada, de cobre, arrefecida oor circulação interna de água.

Como se observa de maneira precisa na fig. 2, a narte inferior (9) do bloco e a parte superior da ^eça terminal (10) são envolvidas por uma manga (11), de cobre arrefecido, que envolve a uma certa distância o bloco (7), de maneira a formar entre elas um esoa-ço de separação (12) que será preenchido orincioalmente por dilatação radial do bloco, quando se coloca o forno sob tensão.

Pelo contrário, entre a manga (11) e a ->eça terminal (10), ambas arrefecidas, há apenas uma folga mecânica oara que a peça terminal (10) possa deslizar no interior da manga (11).

No exemplo descrito, o comprimento da porção terminal (9) envolvida pela manga do bloco (7) foi prevista precisamente com o valor suficiente para que, quando dos ciclos de dilatação e contrac-ção longitudinais da alma (7), o deslizamento da oeça terminal (10) se efectue sempre no interior da manga (11), isto é, cobre contra cobre.

Por outro lado, no exemplo apresentado, o bloco (7), a manga (11) e a peça terminal (10) têm secção circular. 0 arrefecimento do bloco (7) á aqui assegurado simultaneamente pela manga (11) e oela peça terminal (10).

Assim, a manga (11) compreende, na face lateral exterior, ca-neluras (13) helicoidais e paralelas entre si. 0 fecho estanque destas caneluras e realizado por meio de uma camisa metálica (1*+) aplicada sobre a manga (11) e provida nas extremidades de meios de entrada (15, 15') e de saída (16, 16') do fluido de arrefecimento, que á vantajosamente água desmineralizada.

A peça terminal (10) é cavada na parte inferior de modo a apresentar uma cavidade (17) sensivelmente cilíndrica, aberta na extremidade inferior. Um núcleo metálico (13) está alojado na cavidade (17). Este núcleo de forma geral cilíndrica anresenta, na superfície, caneluras rectilíneas frontais (19) e laterais (20) rara a circulação de água de refrigeração. 0 fecho estanque da cavidade (17) á assegurado nor meio da placa metálica (23), montada contra a extremidade inferior da peça terminal (10), com o auxílio de parafusos (2*+) e com interposição de uma junta tórica (21). Na placa (23) estão abertos dois orifícios para a união estanque da entrada e da saída de água (25) e (26). A estanqueidade hidráulica do conjunto manga-camisa á assegurada oor juntas tóricas (27) e (23) disoostas respectivamente nas extremidades superior e inferior da manga (11). A ligação eláctrica do bloco (7) faz-se conjuntamente por intermédio da manga (11) e da peça terminal (10). Estas constituem assim os dois ramos em naralelo do circuito eláctrico de ligação da alma, circuito completado por uma olaca (29) de cobre, ligada a um terminal de uma alimentação eláctrica não representada e prevista para estar em contacto simultaneamente com a manga (11) e a peça terminal (10). A placa (29), que compreende uma abertura para a nassagem da peça terminal (10), está fixada contra a extremidade inferior da manga (11) por meio de parafusos (30).

Com a finalidade de conservar uma folga mecânica suficiente para oermitir um deslizamento da ''arte interior (7, 10), Dreviram-se contaetos eléctricos deslizantes entre a reça terminal (10) e a mangs

10 i IfPF

(11) da placa (29).

Na forma de realização apresertada, estes contactos eléctri-cos são constituídos por três coroas anulares (31) de cobre, formadas por elementos do tipo "mola de lâminas", sendo cada coroa introduzida numa ranhura anular (32) aberta na superfície periférica interior da manga (11) e da placa de ligação (29) de modo que a parte flexível da coroa (31) fique em contacto elástico permanente com a superfície lateral da oeça terminal (10).

De acordo com uma característica importante da presente invenção, previu-se um sistema de fixação elástica da narte deslizan-te (7, 10), capaz de, quando da refusão (colocação do forno eléctri-co sob tensão), levar esta parte Ta saber o bloco (7) e a peça terminal (10) que lhe e solidaria J à posição inicial dada quando da montagem.

No modo de realização apresentado na fig. 2, o sistema de fixação elástica compreende principalmente molas de comoressão constituídas por anilhas metálicas (33) de forma cónica, denominadas anilhas "Belleville", empilhadas com as coniciiades ooostas, duas a duas. Estas molas são montadas em torno da coluna de guiamento (3*+) e vão apoiar-se com as suas extremidades, de um lado contra um batente movei (35) solidário com a oarte deslizante (7, 10) e, do outro lado, contra um batente fixo, portanto solidário com a carcaça (2) do forno e situado entre esta e o batente móvel. Na forma de realização exemplificada, o batente fixo é constituído pela nrópria placa (29) de ligação eléctrica, enquanto o batente móvel é formado por um suporte deslizante (35) aplicado por soldadura na placa (23) que forma a cavidade (17) da peça terminal (10). 11

ρ· £ Èí'

As colunas (3^) são fixadas por enroscamento da sua extremidade na placa de ligação (29). Na outra extremidade, deixa ia li^re, previu-se vantajosamente um amortecedor (36), constituído igualmente por uma pilha de anilhas "Belleville". E^ta nilha é montada entre o suporte (35) que desliza ao longo da coluna de guiamento (3^) e uma porca de aperto (37), que permite regular a comnressão inicial das molas. De preferência, previm-se anilhas nlanas de anoio (38) nas extremidades de caia mola. A fixação do conjunto do dispositivo segundo a oresente invenção contra a carcaça (2) do forno é realizada por meio da placa de fundo (39) na qual está aolicada, por um cordão de soldadura (*+0), a camisa (I1*). Esta olaca (39) está, por sua vez, fixada sob a carcaça (2) com interposição de uma plaqueta isolante da electricidade (ifl). Formam-se passagens para este efeito na rlaca de fundo (39) e na placa (*+l) para a introdução de oarafusos (^+2) de fixação na carcaça (2) do forno. A fim de conservar 0 isolamento eláctrico da carcaça (2) do forno, introduz-se, em caia passagem formada nara os parafusos (*+2), um cano (*+3) isolante da electricidade, completado por uma anilha isolante (*+4). t claro que a pre-ente invenção não se limita de modo algum à forma de realização descrita anteriormente e estende-se a múltiplas variantes, na medida em que sejam resoeitadas as característi-cas enunciadas nas reivindicações anexas.

Assim, os contactos eléctricos (31) constituídos por coroas anulares de cobre formadas nor elementos do tipo "mola de lâminas" não se apoiam necessariamente de maneira elástica contra a peça terminal (10), mas é evidente que rodem encontrar-se em apoio elástico contra a manga (11) e contra a placa de cobre (29), sendo as ranhuras nas quais estas coroas estão alojadas, neste caro, abertas na superfície lateral da peça terminal.

Por outro lado, node pensar-se em utilizar, como ligaior ele-ctrico do bloco de aço, outros meios, diferentes do que atrás foi apresentado e constituído rela placa de cobre colocada na base da manga (11).

Por exemplo pode utilizar-se, como ligador electrico, a própria placa de fixação (39) que, nesse caso, deve vantajosamente prever-se que seja de cobre

No que respeita à fixação elástica da ^arte deslizante (7, 10), podem imaginar-se outras formas de realização diferentes da apresentada. Pode, por exemplo, substituir-se o sistema de mola de comnres-são constituído pelo empilhamento das anilhas "Belleville,, (33) por um sistema de mola de tracção que seria distendido pela contracçao da alma quando se verificam as suas ressolidificações. Neste caso, e claro que será o batente móvel (35) que deverá ser colocado entre a carcaça (2) do forno e o batente fixo das molas.

Rei -13-

ReivindicacÕes !· w m: ί!:'' !f : 5·".·

1. - Dispositivo de ligação elêctrica destinado a ser colocado na parede de um recipiente metalúrgico eléctrico de corren te contínua, em especial um forno de arco siderúrgico, que compreende : - uma parte interna constituída por uma alma metálica (7) que aflora com uma extremidade na superfície interior do forno e se prolonga na outra extremidade por uma peça terminal (10) que ê solidaria com a mesma; - uma manga (11) de material condutor do calor que envolve a dita parte interna (7,10), estando esta manga fixada na carcaça (2) do forno e apresentando un circuito (13) de circulação de um fluido de arrefecimento; e - meios (20,31) para ligar a alma metálica a uma alimentação eláctrica; caracterizado por apresentar: - um espaço de separação (12), formado entre a manga (11) e a alma metálica (7), de maneira a ter em conta os fenômenos de dilatação-contràcção da alma na manga; - e um sistema de fixação elástica da parte interna (7,10) que tende, em qualquer instante, a levar esta última para a sua po sição inicial dada quando da montagem. 2. - Dispositivo de ligação elêctrica de acordo com a reivin'-dicacao 1, caracterizado por o referido sistema de fixação elâsti-

Claims

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ca ser constituído por um conjunto de molas, montadas entre um batente fixo (29) solidário com o forno e um batente movei (35) solidário com a referida parte interna (7,10).
3. - Dispositivo de ligação elêctrica de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as referidas molas serem do tipo de compressão e por o referido batente fixo (29) estar situado entre a carcaça (2) do forno e o referido batente móvel (35).
4. - Dispositivo de ligação elêctrica de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado por as referidas molas estarem montadas em torno de colunas (34) de guiamento do batente móvel (35).
5. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o referido batente móvel ser constituído por um suporte (35) deslizante ao longo das colunas de guiamento (34) e fixado na peça terminal (10).
6. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por os conjuntos de molas serem constituídos por pilhas (33) de anilhas metálicas de forma cónica.
7. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por se preverem amortecedores (36) no prolongamento dos aon-juntos de molas, para alem dos batentes móveis (35).
8. - Dispositivo de ligação elêctrica de acordo com a reivin dicação 1, caracterizado por a peça terminal (10) ser de um material bom condutor da electricidade, por a alma metálica (7) estar ligada ã alimentação elêctrica por intermédio da referida peça terminal e por esta ultima compreender um circuito interno (19, 20) de circulação de um fluído de arrefecimento.
9. - Dispositivo de ligação elêctrica de acordo -1.1

com a reivindicação 6, caracterizado por a manga (11) ser também de material bom condutor da electricidade e por se preverem meios (29) para ligar a peça terminal (10) ao mesmo terminal da alimentação elêctrica que a manga (11) , de modo que a peça terminal (10). e a manga (111 constituem dois ramos em paralelo de um circuito elêctrico de ligação da alma metálica (71 Lisboa, 10 de Fevereiro de 1986 O Agente Oficial da propriedade v- ·· '

RESUMO "Dispositivo de ligação eléctrica destinado a ser colocado na parede de um forno metalúrgico de corrente contínua" A invenção refere-se a um dispositivo constituído principalmente por: - uma parte interior que atravessa a parede do forno e que compreende uma alma metálica (7) prolongada por uma peça terminal arrefecida (10) que ê com ela solidária, estando a extremidade livre da alma em contacto com a massa metálica em fusão contida no forno, - uma manga (11), de material condutor do calor, arrefecida por circulação de um fluido refrigerante, e que envolve a alma (7), e - meios (29) de ligação da alma metálica (7) a um alimenta-dor de energia eléctrica. 0 dispositivo segundo a invenção ê caracterizado por apresentar ainda um espaço de separação (12), formado entre a manga (11) e a alma metálica (7), e um sistema de fixação elástica (33/ 34, 35), que tende a levar a referida alma (7) para a sua posição inicial dada quando da montagem. 0 dispositivo segundo a invenção aplica-se vantajosamente aos fornos metalúrgicos elêctricos de corrente contínua como elêctro do de soleira.