WO2022150894A1

WO2022150894A1 - Sistema e método de distribuição de cargas em um forno metalúrgico

Info

Publication number: WO2022150894A1
Application number: PCT/BR2022/050004
Authority: WO
Inventors: Fabrício Tinôco FRÓIS; Luciano Augusto Morais MAIA; Sandro Lopes ALBERTO; Ronald Lopes DE OLIVEIRA
Original assignee: Tecnored Desenvolvimento Tecnologico S.A.
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2022-01-06
Publication date: 2022-07-21
Also published as: CN116829891A; BR102021000742A2; MX2023008413A; CA3204397A1; EP4279615A1; KR20230131898A; AU2022207887A1

Abstract

A presente invenção está relacionada a sistemas de distribuição de cargas em um forno metalúrgico. Nesse cenário, a presente invenção provê um a presente invenção provê um sistema de distribuição de cargas em um forno metalúrgico, compreendendo (i) um silo aberto (10) adaptado para recebimento de cargas de diferentes variedades, (ii) um silo fechado (20) adaptado para transferência das cargas do silo aberto (10) para um ambiente estanque do forno metalúrgico, (iii) pelo menos uma válvula estanque superior (22), posicionada a montante do silo fechado (20), (iv) pelo menos uma válvula estanque inferior (24), posicionada a jusante do silo fechado (20), (v) pelo menos dois silos de processo (30), cada silo de processo (30) adaptado para receber uma determinada variedade de carga proveniente do silo fechado (20) e (vi) pelo menos um elemento distribuidor (40) adaptado para distribuir as diferentes variedades de carga nos respectivos silos de processo (30). A presente invenção ainda provê um método associado ao sistema acima descrito.

Description

SISTEMA E MÉTODO DE DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS EM UM FORNO METALÚRGICO

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção está relacionada a sistemas de distribuição de cargas em um forno metalúrgico.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] São conhecidos no estado da técnica diversos sistemas de distribuição de cargas em fomos metalúrgicos. Dentre eles, são conhecidos os sistemas compreendendo cones de distribuição e os sistemas de distribuição do tipo “sem cone” (bell-less), sendo este último empregado nos fornos metalúrgicos mais modernos. Os sistemas de distribuição do tipo sem cone normalmente compreendem um chute móvel rotativo responsável pela distribuição da carga nos diferentes pontos do fomo metalúrgico.

[003] O documento BR112013028519B1, por exemplo, descreve um sistema de carregamento sem cone para Alto-Forno incluindo dois funis de topo, um primeiro sistema de suprimento que supre carga aos funis de topo, e um escoadouro de distribuição ao qual cargas descarregadas de um dos funis de topo são transportadas através de um funil de carga coletor e que carrega as cargas misturadas em um alto forno.

[004] Os sistemas de distribuição do tipo sem cone adaptados para fomos metalúrgicos de autorredução, tal como os fomo descritos nos documentos BR102013033702B1, BRPI0208170B1, BRPI0208174B1, BR102015005373A2 e W02019110748A1, geralmente compreendem diversos subsistemas, onde cada um é responsável por abastecer uma determinada região do fomo com um tipo de carga específico. Abaixo é apresentada uma descrição detalhada de um sistema de distribuição de carga aplicado a um fomo metalúrgico de autorredução.

[005] O sistema de carregamento do estado da técnica para um fomo de metalúrgico de autorredução é equipado com silos, válvulas, dutos e calhas móveis para distribuição da carga no interior do forno, tal como descrito nas figuras 1 a 5. A carga é distribuída em diferentes regiões do forno, a saber, (i) região do alimentador lateral, (ii) região central e (iii) região de autorredução, sendo cada uma equipada com um subconjunto de equipamentos dedicado.

[006] Como o forno de autorredução é um sistema pressurizado com gases, os subsistemas são equipados com silos abertos para recebimento da carga e silos fechados para transferência. Existem ainda válvulas de estanqueidade entre os silos e entre o silo fechado e o forno para vedação do sistema.

[007] Quando o silo aberto recebe a carga, as válvulas permanecem fechadas. A válvula entre silos se abre para que a carga seja transferida para o silo fechado, que possui a mesma pressão da atmosfera (ausência de gases do forno). Antes da carga ser transferida para o forno, a válvula acima do silo fechado se fecha e o silo é pressurizado com nitrogênio até que a pressão no interior do silo seja ligeiramente superior a pressão interna do reator. Com isso, a válvula entre o silo fechado e o forno se abre e a carga é direcionada para o interior do forno.

[008] Calhas ou chutes de distribuição movimentam-se de forma angular (semelhante a um pêndulo) distribuindo a carga no sentido longitudinal do forno para distribuição da carga autorredutora. A região central é equipada com um sistema desviador de carga e três dutos de distribuição. O combustível lateral é descarregado diretamente para o forno, sendo que uma válvula direcionadora de carga direciona a carga para um dos lados.

[009] As calhas de distribuição são inseridas no interior do reator para realização, ficando expostas temperaturas que variam de 200 a 600°C. Motores e sistemas de acionamento responsáveis pela movimentação das calhas e válvulas ficam localizadas na parte externa, mas ainda assim ficam submetidas a temperaturas relativamente altas, variando de 25 a 100°C devido a emissão do calor proveniente das reações internas do reator.

[0010] O sistema do estado da técnica ainda é composto por medidores de nível de carga no interior do forno para identificar qual região do forno precisa ser abastecida. O nível de carga tem que ser mantido constante para melhor funcionamento do reator, medido em metros ou milímetros. A carga fica contida inteiramente no reator, sendo que tubulações e dutos permanecem vazios, ou seja, existe uma altura máxima a ser controlada. De forma semelhante às calhas e válvulas, parte dos medidores de nível também ficam expostos a atmosfera interna do reator sob altas temperaturas.

[0011] Entretanto, os sistemas de distribuição do estado da técnica, tal qual o descrito no exemplo acima, possuem uma altura considerável e com baixa autonomia, uma vez que esta última depende diretamente da altura dos silos fechados. Assim, quanto menor a altura do sistema como um todo, o que é bastante desejável, menor a autonomia. Assim, o atual estado da técnica é incapaz de prover ao mesmo tempo um sistema compacto e com boa autonomia.

[0012] Adicionalmente, em caso de expansão do forno metalúrgico, conforme ilustrado nas figuras 4 e 5, os sistemas de distribuição do estado da técnica devem ser multiplicados pela quantidade necessária de abastecimento, aumentando significativamente a complexidade de abastecimento e o custo.

[0013] Por fim, os sistemas de distribuição de cargas do estado da técnica geralmente compreendem equipamentos móveis na entrada ou no interior do forno metalúrgico, fazendo com que esses componentes sofram um desgaste em função das altas temperaturas.

[0014] A invenção ora proposta soluciona os problemas do estado da técnica acima descritos de forma simples e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0015] A presente invenção tem como um primeiro objetivo prover um sistema e um método de distribuição de cargas em um forno metalúrgico que reduza a altura total do conjunto ao promover uma maior horizontalidade no sistema.

[0016] A presente invenção tem como um segundo objetivo prover um sistema e um método de distribuição de cargas em um forno metalúrgico que aumente significativamente a autonomia de abastecimento do forno sem implicar em um aumento da altura do sistema.

[0017] A presente invenção tem como um terceiro objetivo prover um sistema e um método de distribuição de cargas em um forno metalúrgico que garanta o resfriamento dos gases e pré-aquecimento da carga antes da entrada no forno, reduzindo o desgaste por aquecimento das válvulas e demais componentes de distribuição.

[0018] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um sistema de distribuição de cargas em um forno metalúrgico, compreendendo (i) um silo aberto adaptado para recebimento de cargas de diferentes variedades, (ii) um silo fechado adaptado para transferência das cargas do silo aberto para um ambiente estanque do forno metalúrgico, (iii) pelo menos uma válvula estanque superior, posicionada a montante do silo fechado, (iv) pelo menos uma válvula estanque inferior, posicionada a jusante do silo fechado, (v) pelo menos dois silos de processo, cada silo de processo adaptado para receber uma determinada variedade de carga proveniente do silo fechado e (vi) pelo menos um elemento distribuidor adaptado para distribuir as diferentes variedades de carga nos respectivos silos de processo.

[0019] A presente invenção ainda provê um método de distribuição de cargas em um forno metalúrgico, compreendendo as etapas de (i) receber, em um silo aberto, cargas de diferentes variedades, (ii) transferir as cargas do silo aberto para um ambiente estanque do forno metalúrgico passando-as através de um silo fechado, pelo menos uma válvula estanque superior, posicionada a montante do silo fechado, e pelo menos uma válvula estanque inferior, posicionada a jusante do silo fechado, (iii) receber, em cada um de pelo menos dois silos de processo, uma determinada variedade de carga proveniente do silo fechado, e (iv) distribuir as diferentes variedades de carga nos respectivos silos de processo através de pelo menos um elemento distribuidor.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0020] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[0021] A figura 1 ilustra uma vista esquemática em corte de um sistema de distribuição de combustível lateral para um forno metalúrgico de autorredução de acordo com o estado da técnica.

[0022] A figura 2 ilustra uma vista esquemática em corte de um sistema de distribuição de carga autorredutora para um forno metalúrgico de autorredução de acordo com o estado da técnica.

[0023] A figura 3 ilustra uma vista esquemática em corte de um sistema de distribuição de carga central para um forno metalúrgico de autorredução de acordo com o estado da técnica.

[0024] A figura 4 ilustra uma vista em perspectiva dos sistemas de distribuição das figuras 1 a 3 em um forno metalúrgico de autorredução de acordo com o estado da técnica.

[0025] A figura 5 ilustra uma vista em perspectiva dos sistemas de distribuição da figura 4 em um modelo de expansão do forno metalúrgico de autorredução de acordo com o estado da técnica.

[0026] A figura 6 ilustra uma vista esquemática lateral de um sistema de distribuição de combustível para um forno metalúrgico de autorredução de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção.

[0027] A figura 7 ilustra uma vista esquemática frontal do sistema de distribuição da figura 6.

[0028] A figura 8 ilustra uma vista esquemática lateral do sistema de distribuição da figura 6 em um modelo expandido.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0029] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[0030] As figuras 6 e 7 mostram, respectivamente, as vistas esquemáticas lateral e frontal do sistema de distribuição de combustível para um forno metalúrgico de autorredução de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção. Vale ressaltar, no entanto, que a invenção não está limitada a esse tipo específico de forno metalúrgico, podendo ser aplicado também em Altos-Fomos e outro fomos.

[0031] O sistema de acordo com a concretização preferencial da presente invenção vai compreender, primeiramente, um silo aberto 10 adaptado para recebimento de cargas de diferentes variedades. No exemplo aqui descrito, onde o presente sistema de distribuição é aplicado em um fomo de autorredução, as diferentes variedades de cargas podem ser, por exemplo, (i) combustível sólido, (ii) carga autorredutora e (iii) carga central. Cada uma dessas variedades de cargas deve entrar no sistema pelo silo aberto 10 e ser encaminhada a uma região específica do sistema de distribuição e do forno metalúrgico, como será melhor detalhado abaixo.

[0032] O sistema da presente invenção vai compreender ainda um silo fechado 20 adaptado para transferência das cargas do silo aberto 10 para um ambiente estanque do fomo metalúrgico. Pelo menos uma válvula estanque superior 22 é posicionada a montante do silo fechado 20. No exemplo das figuras 6 e 7 a válvula estanque superior 22 é posicionada acima do silo fechado 20 e abaixo do silo aberto 10. Adicionalmente, pelo menos uma válvula estanque inferior 24 é posicionada a jusante do silo fechado 20. No exemplo das figuras 6 e 7 a válvula estanque inferior 24 é posicionada imediatamente abaixo do silo fechado 20.

[0033] Considera-se na presente descrição que o ambiente estanque do forno metalúrgico engloba todos os elementos do sistema a jusante da válvula estanque inferior 24. Ou seja, todos os elementos do sistema da presente invenção que estiverem a jusante da válvula estanque inferior 24 possuem a mesma atmosfera de gases e pressão do forno metalúrgico.

[0034] Quando o silo aberto 10 recebe a carga, as válvulas de estanqueidade 22, 24 permanecem fechadas. Então, a válvula de estanqueidade superior 22 se abre para que a carga seja transferida para o silo fechado 20, que, nesse momento, possui a mesma pressão da atmosfera (ausência de gases do forno). Antes da carga ser transferida para o ambiente estanque do forno metalúrgico, a válvula de estanqueidade superior 22 se fecha e o silo fechado 20 é pressurizado com gás do próprio ambiente estanque do forno metalúrgico até que a pressão no interior do silo fechado 20 seja igual ou ligeiramente superior à pressão interna do forno metalúrgico. Com isso, a válvula estanque inferior 24 se abre e a carga é extraída do fechado 20.

[0035] Abaixo da válvula estanque inferior 24 são posicionados pelo menos dois silos de processo 30, cada silo de processo sendo adaptado para receber uma determinada variedade de carga proveniente do silo fechado 20. Na concretização aqui descrita, onde há três variedades de cargas (combustível sólido, carga autorredutora e carga central), são providos três silos de processo 30, um para cada tipo de carga.

[0036] Uma vez que todas as variedades de carga entram pelo mesmo local no sistema de distribuição da presente invenção, a saber, pelo silo aberto 10 passando posteriormente pelas válvulas estanque 22, 24 e pelo silo fechado 20, pelo menos um elemento distribuidor 40 é provido para distribuir as diferentes variedades de carga nos respectivos silos de processo 30.

[0037] O elemento distribuidor pode ser, por exemplo, um conjunto de válvulas, controladas e acionadas por um sistema de controle (não mostrado), que direcionam as cargas para seus respectivos silos de processo 30. Opcionalmente, o sistema de controle identifica, por técnicas conhecidas do estado da técnica, o tipo de carga que entra no sistema de presente invenção para corretamente direcioná-la para o respectivo silo de processo. Mais preferencialmente, o sistema de controle adicionalmente aciona e controla o sistema de abastecimento do sistema distribuidor da presente invenção de modo a iniciar e interromper o abastecimento de cada tipo de carga no silo aberto 10 dependendo do nível do estoque de cada tipo de carga nos silos de processo 30.

[0038] Preferencialmente, o sistema da presente invenção ainda compreende pelo menos uma correia de distribuição 50 adaptada para transporte da carga até cada um dos elementos distribuidores 40. Em um modelo horizontalmente expandido do forno metalúrgico, os silos de processo 30 compreendem um comprimento proporcional ao comprimento do forno expandido (ver figura 8, por exemplo). Nesses casos pode ser interessante a utilização de dois ou mais elementos distribuidores 40 abastecidos pela correia de distribuição 50. Dessa forma, obtém-se um sistema de distribuição com uma maior autonomia em função do estoque proporcionado pelos silos de processo 30 - que são proporcionais ao comprimento do forno - e com uma altura reduzida quando comparado com os sistemas do estado da técnica. [0039] Opcionalmente, o sistema da presente invenção compreende adicionalmente pelo menos uma correia extratora 60 adaptada para transporte da carga do silo fechado 20 até a correia de distribuição 50.

[0040] Preferencialmente, a jusante de cada silo de processo 30 são providos duto de distribuição 70 adaptados para comunicação entre os silos de processo 30 e o forno metalúrgico. Preferencialmente, na extremidade inferior de cada duto de distribuição 70 é provido um difusor de carga 72 e/ou um sistema desviador de carga 74, a depender do tipo de carga a ser abastecida no forno metalúrgico.

[0041] No caso do difusor de carga 72, não há partes mecânicas e a carga é abastecida ao forno de forma direta e constante, ou seja, forno e tubulações ficam sempre cheios de material, mantendo o nível de carga constante. Esse tipo de mecanismo é útil, por exemplo, para o abastecimento de combustível sólido e carga autorredutora, onde é importante que o forno esteja sempre cheio destas cargas.

[0042] Já com relação ao desviador de carga 74, este pode ser, por exemplo, um desviador de carga de três vias de forma semelhante ao sistema atualmente utilizado, onde elementos mecânicos (como válvulas) são empregados. Preferencialmente, o sistema de controle aciona e controla o desviador de carga 74 para abastecimento do forno com a carga sempre que necessário.

[0043] No caso de utilização do difusor de carga 72, por exemplo, não há calhas de distribuição equipadas com sistemas mecânicos de acionamento. Os dutos de distribuição 70 e silos de processo 30 ficam totalmente preenchidos de material, garantindo o resfriamento dos gases nessas regiões e pré-aquecimento da carga. Assim, a carga absorve calor dos gases do forno e evita que temperaturas superiores a 50 °C atinjam as válvulas localizadas na parte superior. Em adição, o pré-aquecimento da carga melhora a eficiência do forno evitando grandes gradientes de temperatura na entrada do forno metalúrgico.

[0044] Medidores de nível de carga são opcionalmente providos nos silos de processo 30. Assim, uma vez que esses silos estejam cheios, significa que toda a tubulação e regiões do forno estarão cheios. Isso dispensa, por exemplo, a necessidade de sensores no interior dos fornos, que acabam sendo bastante desgastados em função das altas temperaturas de trabalho. [0045] A presente invenção ainda provê um método de distribuição de cargas em um forno metalúrgico, compreendendo as etapas de:

(a) receber, no silo aberto 10, cargas de diferentes variedades;

(b) transferir as cargas do silo aberto 10 para um ambiente estanque do forno metalúrgico passando-as através do silo fechado 20, a válvula estanque superior 22, posicionada a montante do silo fechado 20, e a válvula estanque inferior 24, posicionada a jusante do silo fechado 20;

(c) receber, em cada um dos silos de processo 30, uma determinada variedade de carga proveniente do silo fechado 20; e

(d) distribuir as diferentes variedades de carga nos respectivos silos de processo 30 através de um ou mais elementos distribuidores 40.

[0046] Assim, conforme exposto acima, a presente invenção provê um sistema e método de distribuição de cargas em um forno metalúrgico compreendendo as seguintes vantagens técnicas com relação aos sistemas e métodos do estado da técnica:

(i) redução da altura total do conjunto ao promover uma maior horizontalidade no sistema;

(ii) aumento significativo da autonomia de abastecimento do forno sem implicar em um aumento da altura do sistema;

(iii) garante o resfriamento dos gases e pré-aquecimento da carga antes da entrada no forno, reduzindo o desgaste por aquecimento das válvulas e demais componentes de distribuição, além da redução do gradiente de temperatura entre o forno e a carga que entra;

(iv) possibilidade de expansão do sistema de forma prática e de baixo custo em caso de expansão do forno metalúrgico;

(v) entrada única para diferentes cargas no sistema pelo silo aberto, simplificando o sistema de abastecimento.

[0047] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de distribuição de cargas em um forno metalúrgico, compreendendo: um silo aberto (10) adaptado para recebimento de cargas de diferentes variedades; um silo fechado (20) adaptado para transferência das cargas do silo aberto (10) para um ambiente estanque do forno metalúrgico; pelo menos uma válvula estanque superior (22), posicionada a montante do silo fechado (20); e pelo menos uma válvula estanque inferior (24), posicionada a jusante do silo fechado (20), caracterizado por compreender adicionalmente: pelo menos dois silos de processo (30), cada silo de processo (30) adaptado para receber uma determinada variedade de carga proveniente do silo fechado (20); e pelo menos um elemento distribuidor (40) adaptado para distribuir as diferentes variedades de carga nos respectivos silos de processo (30).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ambiente estanque do forno metalúrgico englobar todos os elementos do sistema a jusante da válvula estanque inferior (24).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos uma correia de distribuição (50) adaptada para transporte da carga até cada um do pelo menos um elemento distribuidor (40).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos uma correia extratora (60) adaptada para transporte da carga do silo fechado (20) até a pelo menos uma correia de distribuição (50).

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado por o pelo menos um elemento distribuidor (40) ser dois ou mais elementos distribuidores posicionados substancialmente em uma mesma altura, adaptados para distribuir as diferentes variedades de carga em diferentes pontos ao longo do comprimento de cada silo de processo (30).

6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender pelo menos um duto de distribuição (70) a jusante de cada silo de processo (30).

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender na extremidade inferior de cada duto de distribuição (70) pelo menos um de: difusor de carga (72); e sistema desviador de carga (74).

8. Método de distribuição de cargas em um forno metalúrgico, compreendendo as etapas de: receber, em um silo aberto (10), cargas de diferentes variedades; transferir as cargas do silo aberto (10) para um ambiente estanque do forno metalúrgico passando-as através de um silo fechado (20), pelo menos uma válvula estanque superior (22), posicionada a montante do silo fechado (20), e pelo menos uma válvula estanque inferior (24), posicionada a jusante do silo fechado (20), caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: receber, em cada um de pelo menos dois silos de processo (30), uma determinada variedade de carga proveniente do silo fechado (20); e distribuir as diferentes variedades de carga nos respectivos silos de processo (20) através de pelo menos um elemento distribuidor (40).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado compreender adicionalmente a etapa de controlar, por meio de um sistema de 14 controle, a etapa de distribuir as diferentes variedades de carga nos respectivos silos de processo (20) através de pelo menos um elemento distribuidor (40).