PT891236E - Lingoteira de vazamento continuo com carga vertical dos metais - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

“LINGOTEIRA DE VAZAMENTO CONTÍNUO COM CARGA VERTICAL DOS METAIS” A presente invenção diz respeito ao vazamento contínuo com carga vertical dos metais, em especial do aço.

Sabe-se que o vazamento contínuo com carga vertical se distingue essencialmente do vazamento contínuo vertical clássico pelo facto de o corpo da lingoteira arrefecido (geralmente de cobre ou de liga de cobre) que assegura a solidificação periférica do metal vazado, ser sobrepujado por um ressalto de material refractário que contém uma reserva de metal em fusão mantido no estado líquido (FR-A-2 000 365). Deste modo, o local, no corpo de cobre, onde tem início a solidificação do metal vazado encontra-se desacoplado daquele onde se situa a superfície livre do metal em fusão no ressalto, enquanto que eles são quase confundidos em vazamento contínuo vertical clássico.

Visa-se assim poder vazar produtos de boa qualidade com velocidades de extracção elevadas, uma vez que a zona de solidificação já não é perturbada pelas habituais turbulências de escoamento do metal que chega à lingoteira, que são estão confinadas no volume tampão no seio do ressalto. É igualmente conhecido efectuar um varrimento com gás inerte, árgon por exemplo, mediante injecção de gás perdido na interface entre o corpo da lingoteira e o ressalto. Uma tal disposição encontra-se, por exemplo, descrita no pedido de patente de invenção EP-A-620 062 em nome da Requerente. Este varrimento destina-se de partir o véu de solidificação parasita pouco homogéneo que tem tendência a formar-se por contacto do metal em fusão com a parede do ressalto 2 refractário. Deste modo, criaram-se condições favoráveis ao arranque de uma solidificação franca e regular do metal vazado sempre no mesmo local da lingoteira, a saber ao nível da aresta superior do corpo metálico arrefecido no limite do ressalto. O documento citado anteriormente descreve uma tecnologia de injecção mostrada na figura 1 anexa. No essencial, trata-se de uma fenda anular (8), contínua, ou segmentada, que desemboca na periferia interior da lingoteira. A fenda de varrimento (8) é percorrida por uma corrente de árgon perdido a partir de uma câmara de repartição anular (13) praticada na vizinhança da fenda e que permite manter uma pressão de gás idêntica em qualquer ponto do perímetro na referida câmara. Tubuladuras (12) com reduzida perda de carga ligam esta câmara (15) à fonte de gás constituída por uma caixa (10) transportada por cima da lingoteira.

Neste tipo de configuração, a perda de carga principal do escoamento do gás injectado situa-se ao nível da fenda de varrimento (8) e encontra-se estreitamente ligada à geometria daquela, e mais particularmente à espessura da fenda. No caso em que as superfícies em ‘ frente urna da outra (a face superior dó corpo metálico arrefecido (1) da lingoteira e a face inferior do ressalto refractário (2)) não serem rigorosamente paralelas, uma variação local da espessura da fenda conduz então a um caudal de injecção de árgon heterogéneo sobre o contorno da lingoteira e portanto a defeitos superficiais possíveis no produto vazado. Tais desvios do paralelismo das duas superfícies em frente uma da outra aparecem em particular quando o perímetro, ou a secção, do produto vazado é grande (grandes “blooms” ou massas de ferro) e quando intervêm fenómenos de dilatação térmica diferencial entre os diferentes materiais em presença, e mais particularmente na vizinhança dos ângulos da lingoteira (o que acontece praticamente sempre após alguns minutos de 3 3

vazamento). O objectivo da presente invenção é garantir um caudal de injecção de gás com varrimento regular e constante ao longo de todo o perímetro da lingoteira ao longo de toda a operação de vazamento.

Para este efeito, a invenção tem por objecto uma lingoteira de vazamento contínuo com carga vertical dos metais, em especial do aço, constituída por um corpo metálico arrefecido que define uma passagem para o produto vazado e sobrepujado por um ressalto de material refractário e na interface nos quais está praticada uma fenda de varrimento pela qual é injectada uma corrente de gás inerte perdido segundo o contorno interior da lingoteira, a partir de uma câmara de distribuição praticada na vizinhança da fenda, e alimentada, por sua vez, com gás por tubuladuras que a ligam a uma fonte de gás sob pressão, lingoteira caracterizada pelo facto de a fenda de varrimento ser segmentada segundo o contorno da lingoteira por intermédio de meios de separação que segmentam igualmente a referida câmara "de'distribuição'em compartimentos contíguos segundo o contorno da lingoteira, e de serem previstas tubuladuras de admissão calibradas ao nível de cada compartimento assim formado para o ligar à fonte de gás sob pressão.

Como se compreende, a invenção consiste portanto essencialmente em servir com corrente de gás de varrimento uma fenda de injecção não contínua no contorno da lingoteira por uma câmara que a alonga, por sua vez segmentada em compartimentos independentes conforme este contorno. Deste modo, realiza-se, após a fonte de gás sob pressão, uma pluralidade de circuitos de injecção autónomos, montados em paralelo e comportando, cada um: uma tubuladura de admissão calibrada que desemboca num compartimento prolongado por uma fenda

4 de varrimento que fornece com gás uma porção somente do contorno da lingoteira, assegurando a justaposição destas fendas segundo o seu comprimento a distribuição com gás segundo todo o perímetro interior da lingoteira.

De preferência, o comprimento da fenda coincide com o do compartimento associado.

Assim, qualquer perturbação do fluxo de gás num circuito qualquer devida a uma causa exterior, por exemplo no encolhimento acidental de uma fenda de varrimento, não influi de modo nenhum o caudal nos circuitos vizinhos. Globalmente, o perímetro de injecção segundo o contorno da lingoteira toma-se, portanto, assim pouco sensível às falhas locais, contrariamente à técnica anterior na qual uma anomalia pontual da fenda de varrimento pode conduzir à degradação das características de escoamento do gás sobre uma parte do contorno sensivelmente maior que o relacionado directamente pelo incidente. A invenção será bem compreendida e outros aspectos e vantagens tomar-se--ão mais claros tendo em conta as folhas de desenhos anexos nos quais:..... - a figura 1 representa, em corte vertical, a parte superior de uma lingoteira de vazamento contínuo com carga vertical provida de um circuito de injecção de gás de acordo com a técnica anterior já evocada; - a figura 2 representa, igualmente em corte vertical segundo o plano Β-ΕΓ da figura 3, uma vista ampliada do circuito de injecção de gás de que está provida a parte superior de uma lingoteira de vazamento contínuo com carga vertical de acordo com a invenção; - a figura 3 representa o circuito de injecção visto segundo o plano de corte A-A’ da figura 1. 5 5

Nas figuras, os mesmos elementos são designados por referências idênticas.

Comentar-se-á esquematicamente a figura 1 unicamente para situar a invenção no seu contexto. O especialista na matéria poderá, se assim o desejar, encontrar uma descrição mais pormenorizada da constituição completa de uma lingoteira de vazamento contínuo com carga vertical com referência, por exemplo, aos documentos EP-A-620 052 ou FR-A-2 000 365 mencionados no início.

Nesta figura, vê-se em 1, a parte superior do corpo metálico arrefecido da lingoteira, constituído, aqui, por um elemento tubular de liga de cobre energicamente arrefecido por uma circulação de água sobre a sua face exterior 16, enquanto que a sua face interior 17 define um espaço de vazamento no qual aço em fusão 4 solidifica por contacto com a parede fria 17 formando uma crosta 15. Esta crosta 15 forma um invólucro que vai crescer para o interior à medida que o material vazado é extraído para a parte debaixo da lingoteira e isto até à solidificação completa do produto sob a acção das rampas de expressão de água de que está equipada a máquina de vazamento a jusante da lingoteira. O metal em fusão é introduzido na lingoteira, com um caudal ajustado àquele com o qual o metal vazado sai da mesma, por meio de uma tubeira de refractário 5 de desemboca no fundo de um repartidor de vazamento, não representado, colocado por cima. A tubeira encontra-se provida, na sua parte inferior com aberturas laterais 6 pelas quais se escoa o metal em fusão na lingoteira. Em curso de vazamento, o controlo do caudal de “metal” permite manter a superfície livre 7 do metal em fusão a um nível em altura controlado a uma dezena de centímetros acima das aberturas 6 (tendo em conta flutuações devidas à oscilação vertical da lingoteira).

Como se compreende, esta parte superior do metal vazado (15-20 cm por 6 baixo do menisco) constitui, de facto, uma reserva de metal em fusão contida, não no corpo de cobre 16, mas sim num ressalto 2, de material refractário colocado sobre o elemento 16 e, de preferência, no alinhamento com a parede interior 17 daquele. É esta particularidade que constitui a característica principal do vazamento com carga de acordo com a invenção. Com efeito, as turbulência inevitáveis cuja a sede é o volume de metal vazado no ambiente das aberturas de saída 6 são assim confinadas na parte do espaço de vazamento definido pelo ressalto. Deste modo, a solidificação do metal contra a parede de cobre arrefecido 17 tem início e cresce em condições *—hidrodinâmicas muito -favoráveis, uma vez que o .escoamento, do metal, é aí do. .tipo. .. “escoamento êmbolo” (ausência de gradiente sensível de velocidade na secção do produto).

Uma corrente de gás de varrimento inerte (árgon) é no entanto aconselhada no contorno interior da lingoteira imediatamente por cima da aresta superior do elemento de cobre onde tem início a solidificação. Esta corrente de varrimento permite um arranque franco e regular do processo de solidificação partindo o véu de solidificação parasita que se pode formar de modo aleatório e irregular contra a parede refractária do ressalto 2 e cujos fragmentos se encontram ilustrados com a referência 14.

Como se vê, esta corrente de varrimento é realizada por um circuito de alimentação que compreende, após uma fonte de pressão, de árgon 10, tubuladuras calibradas 12 que ligam esta fonte a uma câmara interna 13 de distribuição que percorre o contorno da lingoteira e da qual parte uma fenda 8 que desemboca na lingoteira entre o ressalto 2 e o corpo ao centro 1.

No exemplo de realização mostrado na figura, esta fenda é praticada entre os

7 dois elementos citados anteriormente graças a uma chaveta-cruzeta calibrada 19 inserida na periferia no elemento de cobre I.

Fazendo referência agora às figuras 2 e 3, vê-se que, de acordo com a invenção, a solução proposta para os problemas que põe o circuito de varrimento anterior à regularidade de distribuição do caudal de saída do gás segundo o contorno interior da lingoteira consiste: - em retomar a configuração em duas câmaras em cascata, - e em sectorializar a segunda câmara em compartimentos justapostos segundo o contorno da lingoteira, do mesmo modo que a fenda de varrimento associada a esta câmara.

Uma primeira câmara 20 serve para conter um volume de árgon sob uma pressão dada. As tubuladuras calibradas 12 ligam esta câmara à segunda câmara 13 cujo papel, como já se viu, é distribuir o gás na fenda de varrimento 8 que desemboca na superfície interior 17 da lingoteira 1 segundo o contorno daquela última. A fenda de varrimento 8 é fraccionada em sectores justapostos, separados entre si por divisórias 21 que partilham da mesma maneira a segunda câmara de distribuição 13 em compartimentos 13Μ3” ... justapostos segundo o contorno da lingoteira e em coincidência com a partição da fenda. Para este fim, cada divisória 21 compreende uma parte avançada 21a de pequena altura, que corresponde à espessura da fenda 8 na qual ela toma posição, e uma parte mãe 21b cuja superfície corresponde à secção da câmara 13 a dividir.

Cada divisória 21 é de preferência uma peça maquinada e depois fixada, por soldadura, por exemplo, na câmara 13 entre duas chegadas das tubuladuras 8 calibradas 12’-12”.

Realiza-se assim uma pluralidade de circuitos autónomos de distribuição do gás em lingoteira montados “em paralelo” sobre o reservatório de alimentação único pela câmara de pressão 20, e composto, cada um, por um compartimento 13’, prolongado a jusante por um sector 8’ de fenda 8 e alimentado por uma tubuladura 12' calibrada, furada na câmara geral 20. Esta última é dimensionada para garantir uma homogeneidade de pressão do gás no contorno da lingoteira. Quanto à câmara intermédia 13, a sua segmentação em compartimentos individuais 13’-13”..., associados, cada um, a um sector particular 8’-8”... da fenda 8, procura uma homogeneidade de injecção do gás em cada circuito unitário 12’-13’-8’, assim formado.

Constata-se que a introdução da segmentação de acordo com a invenção permite dividir numa razão de cinco, inclusivamente de oito, a influência das variações locais de espessura da fenda 8 sobre o caudal global de gás injectado na lingoteira. Por outras palavras, ao segmentar a parte “a jusante” do circuito de injecção de acordo com a presente invenção, cada circuito elementar assim constituído é alimentado de maneira idêntica e constante pela câmara geral sob pressão 20 e o conjunto toma-se pouco sensível às variações locais de espessura de fenda, ou, de maneira mais geral, a qualquer perturbação localizada do circuito de injecção por causa externa ao circuito.

Toma-se assim possível injectar gás ao longo de um grande comprimento do contorno de lingoteira (vários metros de comprido) e de maneira homogénea ao longo de todo o comprimento. Este resultado mostra o interesse que se pode encontrar na aplicação da invenção ao vazamento contínuo de grandes formatos 9 (grandes massas de ferro ou “blooms”) em particular. E evidente que a invenção não fica limitada ao exemplo descrito mas abrange múltiplas variantes ou equivalentes desde que seja respeitada a sua definição dada pelas reivindicações anexas.

Em particular, as tubuladuras calibradas 12 podem, elas também, ser conformadas em fenda.

De igual modo, a câmara intermédia 13 pode se indiferentemente praticada no ressalto refractário 2 (fíg. 1) ou no elemento de cobre 1 (fig. 2 e 3). Como é evidente, será aconselhável tomar estanques os circuitos e as câmaras que são praticados na parte refractária.

Quanto às divisórias 21, que fraccionam simultaneamente a fenda 8 e a câmara 13, é bastante evidente que qualquer outro meio que não o descrito, preenchendo esta dupla função, poderá ser conveniente, como plaquetas (equivalente 21b) de parcialização da câmara 13, associadas a nervuras (equivalente 21a) praticadas na face superior do elemento de cobre e cooperando com a parte refractária da parte superior para definir as fendas, sabendo-se que a ordem de grandeza da espessura da fenda de varrimento pode ser de 0,1-0,3 mm aproximadamente.

Lisboa, 9 de Maio de 2000

Rua do Salitre, 195, r/c-Brt. 1250 LISBOA

Claims (6)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Lingoteira de vazamento contínuo com carga vertical de metais constituída por um corpo de lingoteira metálica arrefecido que define uma passagem para o metal vazado e sobrepujado por um ressalto (2) de material refractário e na interface dos quais se encontra praticada uma fenda de varrimento (8) pela qual é injectada uma corrente de gás inerte perdido segundo o contorno interior da lingoteira a partir de uma câmara de repartição (13) anular praticada na vizinhança da referida câmara (8) e alimentada, por sua vez, com gás por tubuladuras (12) que a ligam a uma fonte de gás sob pressão, lingoteira caracterizada pelo facto de a fenda de varrimento (8) ser segmentada segundo o contorno da lingoteira por intermédio de meios de separação (21) que segmentam igualmente a referida câmara de repartição (13) em compartimentos (13’-13”...) contíguos segundo o contorno da lingoteira, e por se preverem tubuladuras de admissão calibradas (12’, 12”...), ao nível de cada compartimento assim formado para o ligar à fonte (20) de gás sob pressão.
2. 2. Lingoteira de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo facto de a referida câmara de repartição (13), ser praticada no corpo metálico arrefecido (1) da lingoteira, e por os meios de separação serem divisórias (21) que comportam uma parte avançada (21a) para a divisão da fenda (8) e uma parte mãe (21b) para a divisão da câmara de repartição (13).
3. 3. Lingoteira de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo facto de o comprimento de cada porção (8’-8”...) de fenda (8) ser igual ao do compartimento (12’-12”...) que lhe está associado.
4. 4. Lingoteira de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo facto 2 de as tubuladuras de admissão calibradas (12’-12”...) serem conformadas igualmente em fenda.
5. 5. Lingoteira de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo facto de a fenda de varrimento (8) apresentar uma espessura compreendida entre 0,1 e 0,3 mm.
6. 6. Lingoteira de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo facto de equipar uma máquina de vazamento contínuo de aço. Lisboa, 9 de Maio de 2000 fl(/v O Agente Oficial dc Prcgéedade Indusfríaf

   JOS.E BJ^SAWAIO A.O.I Rua do Salitre, 1!)5, r/c-íírt. 1250 LISBOA