BR0211994B1 - forno metalúrgico e cesta para material para um forno metalúrgico. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FORNO ME-TALÚRGICO E CESTA PARA MATERIAL PARA UM FORNO METALÚRGICO".

Campo técnico

A invenção é relativa a um forno metalúrgico, em especial umforno a arco elétrico, como descrito na porção de classificação da reivindica-ção 1, e uma cesta para material para a técnica metalúrgica.

Estado da arte

Um forno metalúrgico tal como um forno a arco elétrico como éconhecido da WO 98/08041 A1 tem um vaso que compreende preferivel-mente uma porção inferior de vaso e uma porção superior de vaso, uma co-bertura para o vaso e um sistema de carregamento que é na forma de umacuba, e na qual é disposto um dispositivo de retenção basculante. No casodo sistema, todo o material de carga(por exemplo, sucata) é carregado emuma operação para um procedimento de fusão. Uma vez que o volume domaterial fundido, especialmente no caso de sucata, é substancialmente me-nor do que na condição não fundido, o volume delimitado pelo vaso e a co-bertura não é suficiente para acomodar a totalidade do material de cargapara um procedimento de fusão. Portanto, uma parte do material de cargaque não está na condição fundida está na forma de uma coluna na cuba.

Conseqüentemente, o dispositivo de retenção que é formado poruma pluralidade de dedos montados de maneira articulada não pode serdeslocado de volta para a condição fechada, até que a coluna do material decarga seja fundida até uma tal extensão que o lado superior da coluna estejaabaixo do alcance do movimento basculante do dispositivo de retenção (verespecificamente a Figura 4 da WO 98/08041 A1.

Para que a totalidade do material de carga possa ser carregadapara o interior do forno de uma vez, a cuba deve ser de um volume corres-pondente, o que, em virtude das condições de espaço, em especial o arranjodos eletrodos no forno a arco, significa que a cuba deve ser muito alta. Al-ternativamente, a cuba pode ser projetada somente para receber uma partedo material de carregamento, o qual deva ser carregado em uma operação.Neste caso, material de carga adicional deve ser carregado através da cubapor meio de uma ponte rolante e uma cesta para material, por exemplo, umacesta para sucata. Em qualquer caso, a cuba é carregada com o material decarga por cima, de modo que ainda deve haver espaço suficiente para osistema de carregamento, tal como uma ponte rolante ou similar, acima dacuba. Finalmente, esse arranjo resulta em uma altura muito grande que deveestar disponível acima da cuba no edifício da aciaria.

Ao carregar a cuba com o material de carregamento, por exem-plo com sucata, o material de carga cai de uma altura de 4 a 6 m, uma vezque o material deve ser despejado por cima para o interior da cuba. Isto dáorigem à possibilidade de danificar o elemento de retenção e/ou as paredesda cuba.

Devido à altura estrutural necessária, um forno a arco do tipodescrito na WO 98/08041 A1 é normalmente construído com uma cuba queé projetada para a metade da quantidade necessária de material de carre-gamento. O saldo do material de carga para uma operação de fusão é car-regado no forno através da cuba, por cima, por meio de uma cesta paramaterial (cesta para sucata). Como somente uma parte do material de carga(sucata) que foi armazenado na cuba durante o período de refino para a car-ga precedente está pré-aquecida, uma parte considerável do material decarga está em uma temperatura relativamente baixa no início da operaçãode fusão, de modo que o gás residual que passa através da cuba está emuma temperatura muito baixa. Por razões conhecidas, isto é desvantajosocom relação aos poluentes, em particular os assim chamados compostosorgânicos voláteis (VOC). Por exemplo, os VOCs devem ser incinerados emuma temperatura de cerca de 700 a 800°C e o gás queimado resultante tementão que ser apagado (resfriado rapidamente) de modo que a formaçãorenovada de poluentes não ocorra. O gás residual que passa através dacuba e do material de carga frio está longe de estar na temperatura apropri-ada, de modo que uma introdução de energia considerável é requerida emuma câmara de pós-combustão para destruir os VOCs. Isto resulta em cus-tos operacionais aumentados.Como a cuba e o dispositivo de retenção formado pelos dedossão suportados sobre o forno durante todos os ciclos de operação, o resfri-amento do dispositivo de retenção e, pelo menos, da parte inferior da cuba,é necessário por razões térmicas. A configuração de projeto correspondenteda cuba, significa que uma estrutura portadora é requerida para a cuba, quepor um lado mantenha o sistema de resfriamento e os meios de suprimentonecessários e, por outro lado, forme um dispositivo suporte suficiente para asucata que é carregada através da cuba. Além disso, na operação de carre-gamento do material de carga, em especial sucata, através da cuba, forçasdinâmicas consideráveis ocorrem devido à grande altura de queda, e estasforças acarretam o risco de dano à cuba e aos dedos, em especial ao ar-ranjo de resfriamento. Em virtude das forças dinâmicas elevadas envolvidas,também é necessário que os dedos do elemento de retenção sejam monta-dos de maneira individual e substituível em uma configuração dispendiosa ecomplicada, por exemplo, com engaxetamentos elásticos. Isso resulta emuma estrutura de custo aumentado e requer o volume necessário com rela-ção a isso, para o dispositivo de retenção.

Em virtude dos aspectos precedentes, o volume da cuba, espe-cialmente devido à presença da estrutura portadora, o sistema de resfria-mento etc. é relativamente grande, de modo que para manter o espaça-mento necessário em relação aos eletrodos no centro da cobertura do vasode forno, a cuba deve ser disposta relativamente afastada do centro na dire-ção da borda da cobertura ou do vaso.

A EP 0 672 881 A1 divulga um forno a arco no qual existem du-as cubas de carregamento, essas cubas tendo aberturas de carregamentoque são dispostas lateralmente nas paredes laterais da unidade formadapelo vaso e pela cobertura.

As DE 44 24 324 A1 e DE 43 26 369 A1 divulgam, cada uma,dispositivo de retenção formado por dedos divididos para uma cuba. A Figu-ra 1 da DE 44 24 324 A1 ilustra a situação no caso de um forno a arco con-vencional, no qual uma cesta para material 27 é colocada acima da cubapara carregamento adicional de material de carregamento, o que resulta emuma altura interna necessária já descrita, acima da cuba.

A JP 7-332836 (A) divulga um forno a arco que tem uma cuba noqual duas cargas são mantidas uma acima da outra, cada uma por meio deelementos de retenção apropriados. A Steel Times International de novem-bro de 1995 divulga o assim chamado "Forno Daido MSP-DCArc", que estátambém publicado em um documento para a SEAISI 1996 Thailand Confe-rence sob o título "Development of MSP-DC EAF Process". Esse forno temum sistema de carregamento na forma de uma cuba. Duas câmaras são dis-postas em relação superposta e reciprocamente de forma perpendicular nacuba. Cada uma das câmaras pode ser fechada em seu lado inferior por umdispositivo de retenção basculante. Todo a cuba pode ser deslocada late-ralmente com relação ao vaso de forno para finalidades de manutenção, ousimilares. As câmaras da cuba são carregadas por cima por meio de umacesta para sucata.

O objetivo da presente invenção é proporcionar um forno meta-lúrgico melhorado e uma cesta para material adequada para tal forno.

Esse objetivo é alcançado por meio de um forno como descritona reivindicação 1 e uma cesta para material como descrito na reivindicação 15.

Desenvolvimentos da invenção estão descritos nas reivindica-ções anexas.

No caso do forno metalúrgico, o dispositivo de retenção pode sergirado de volta imediatamente depois da operação de carregamento, parafechar o aparelho de carregamento. Por um lado, o resultado disso é que emuma modalidade do sistema de carregamento com cestas para materialadequadas, intercambiáveis, a cesta para material correspondente pode sertrocada imediatamente depois da operação de descarregamento enquantoque, por outro lado, isso proporciona que na região superior da projeçãoexista um espaço vazio no qual o gás residual possa possivelmente ser in-fluenciado.

Quando o sistema de carregamento é projetado com as cestaspara material intercambiáveis, não há necessidade de resfriamento para odispositivo de retenção e a cuba, uma vez que, com o tempo de permanên-cia relativamente curto acima da projeção, eles não são aquecidos tãoenormemente que o resfriamento seja necessário.

Quando o sistema de carregamento é projetado com as cestaspara material intercambiáveis, a necessidade de grande altura interna acimado forno é também eliminada, uma vez que as cestas para material podemser substituídas movendo-as lateralmente sobre a projeção.

Como a temperatura de queima para a combustão de pó de car-vão e/ou CO normalmente sempre prevalece no espaço vazio da projeçãoacima do material de carga carregado, a composição/temperatura do gásresidual podem ser ajustadas de uma maneira muito simples e não dispen-diosa, simplesmente fornecendo pó de carvão e/ou oxigênio.

Na configuração do sistema de carregamento com as cestaspara material intercambiáveis, não há mais qualquer necessidade da estrutu-ra portadora de cuba e sistema de resfriamento a água, de modo que com ovolume de carregamento sendo o mesmo, as cestas de material correspon-dentes podem ser dispostas substancialmente mais próximas aos eletrodosdo que as cubas convencionais. Por esta razão é possível utilizar uma formade vaso que é redonda vista em planta, ao invés de uma forma em ferradura.

Outras características e vantagens serão evidentes a partir dadescrição de modalidades à guisa de exemplo, com referência às Figuras,nas quais:

A Figura 1 mostra um forno metalúrgico de uma primeira modali-dade da invenção em uma vista frontal (a) em corte, uma vista lateral (b) emcorte que é feito a partir da esquerda na Figura 1a, e uma vista em planta (c)em corte,

A Figura 2 mostra a vista frontal da Figura 1a em uma escalaampliada,

A Figura 3 mostra a vista lateral da Figura 1b em uma escalaampliada,

A Figura 4 mostra a vista em planta da Figura 1c em uma escalaampliada,A Figura 5 mostra o forno metalúrgico da primeira modalidade daFigura 1, o qual, para operação como um forno a arco sem uma cuba é fe-chado por meio de uma cobertura, como uma vista frontal (a) em corte, umavista lateral (b) em corte que é feito a partir da esquerda na Figura 5a, e umavista em planta (c) em corte,

A Figura 6 mostra a vista frontal da Figura 5a em uma escalaampliada,

A Figura 7 mostra a vista lateral da Figura 5b em uma escalaampliada,

A Figura 8 mostra a vista em planta da Figura 5c em uma escalaampliada,

A Figura 9 mostra uma segunda modalidade do forno metalúrgi-co como uma vista frontal (a) em corte em uma aciaria, uma vista lateral (b)em corte que é feito a partir da esquerda na Figura 9a, e uma vista emplanta (c) em corte, e

A Figura 10 é uma vista em corte de uma cesta para material, deacordo com uma modalidade da invenção, sobre um carro de transporte.

Está descrita daqui em diante, com referência às Figuras 1 até 8,uma primeira modalidade de um forno metalúrgico de acordo com a inven-ção, que representa a modalidade preferencial.

As Figuras 1 até 4 mostram a primeira modalidade em uma pri-meira configuração, na qual cestas para material 32 que podem ser posicio-nadas por meio de um dispositivo de troca 30 acima de uma projeção 40,são utilizadas como a cuba.

As Figuras 5 a 8 mostram uma segunda configuração da primei-ra modalidade, na qual a abertura de carregamento 42 da projeção é fecha-da por meio de uma cobertura 43 na operação de fusão à maneira de umforno a arco convencional, sem uma cuba. Essa configuração pode ser utili-zada para manter operação quando procedimentos de manutenção devemser implementados no dispositivo de troca e/ou nas cestas para material, ousimilar.

A primeira configuração será descrita agora com referência àsFiguras 1 a 4.

A primeira modalidade é na forma de um forno a arco 1 com umvaso de forno 10 suportado sobre uma base para forno 2. O vaso de fornocompreende uma porção inferior de vaso 11 formada por uma soleira deforno construída de tijolo refratário e uma porção superior de vaso 12 que éformada normalmente de elementos resfriados a água. O vaso de forno temuma baia 13 com um furo de vazamento 15 e um dispositivo de fechamento16 para o furo de vazamento 15.

O forno tem ainda uma cobertura 20 que é formada normal-mente de elementos resfriados a água, e que de modo normal tem aberturaspara os eletrodos 71 serem introduzidos e removidos do vaso de forno. Naprimeira modalidade mostrada nas Figuras 1 a 4, a cobertura tem uma pro-jeção 40 que, na vista em planta do vaso 10 e na cobertura 20 está dispostaem um lado dos eletrodos. A projeção 40 é feita de elementos resfriados aágua e é unida à cobertura 20.

De acordo com uma configuração alternativa, a projeção 40também pode ser formada separadamente da cobertura 20. A projeção 40pode então ser na forma de uma parte separada ou parte do vaso 10.

Uma configuração preferencial é uma na qual ela é parte da co-bertura 20, uma vez que a projeção, por exemplo em operações de manu-tenção, pode ser levantada junto com a cobertura 20 com o dispositivo delevantamento para a cobertura, e pode ser cirada ou removida.

A projeção 40 é substancialmente cilíndrica, com uma seçãotransversal que é substancialmente retangular em uma direção horizontal.Na primeira modalidade mostrada nas Figuras 1 a 4, a projeção 40 tem pa-redes que são substancialmente perpendiculares, na posição não inclinadado vaso de forno. Como pode ser visto das Figuras 2 e 4, adaptação da for-ma substancialmente retangular da projeção para a seção transversal subs-tancialmente redonda (linha tracejada 14 na Figura 4) resultante de um cortena direção horizontal do vaso de forno, é substancialmente efetuada pelasparedes laterais do vaso 12 de forno que é de uma configuração adequada.

Alternativamente, a adaptação correspondente pode ser efetua-da em termos da forma da projeção 40, de modo que as paredes 12 do vasojá são perpendiculares e adaptadas à forma da porção inferior do vaso. Estaconfiguração alternativa que não está mostrada nas Figuras 1 a 4 é preferi-da, uma vez que em virtude dela, a altura a partir da qual o material de cargacai sobre as paredes inclinadas e o carregamento dinâmico resultante sobreelas são reduzidos.

Lateralmente acima da altura H2 e abaixo da altura H1, a proje-ção 40 tem uma abertura 41 que serve como uma abertura de extração paraaspirar gás residual. A abertura de extração 41 é conectada por meio de umconduto de gás residual 61 a um conduto principal de gás residual 62, quese comunica com uma câmara de pós-combustão 60. Uma palheta de vál-vula controlada 64 é provida no conduto de gás residual 61. A projeção 40tem uma abertura para cima 42 que é uma abertura de carregamento do for-no.

Um aparelho de carregamento 30 que tem uma torre rotativa outorreta 33 como uma modalidade de um dispositivo de troca, é provido paraa operação de carregar material de carga, no caso presente sendo sucatacomo material de batelada.

Na primeira modalidade um arranjo de eletrodos 70 com um dis-positivo de sustentação e deslocamento de eletrodo 72 para manter e deslo-car os eletrodos 71 é disposto de um lado (o lado esquerdo na Figura 2) dovaso de forno 10, e o aparelho de carregamento 30 é disposto no outro ladocorrespondente do vaso de forno 10 (o lado direito na Figura 2).

O dispositivo de troca 33, que é na forma de uma torre rotativa,tem dois braços em balanço 34 que são deslocados por 180° com relação aoeixo vertical de rotação 35 da torre rotativa 33 e que são, cada um, projeta-dos para sustentar uma respectiva cesta para material 32. Os braços embalanço 34 são dimensionados de tal forma que uma cesta para material 33mantida por eles pode ser posicionada sobre a abertura de carregamento 42da projeção 40. O dispositivo de troca é assim projetado de tal modo que osbraços 34, e com eles as cestas para material 32, podem ser levantadospara cima na direção da seta A (ver Figura 2) ou podem ser abaixados parabaixo na direção oposta.

Com relação a isto, o sistema de carregamento 30 é projetadode tal forma que a cesta para material vazia 32 (na esquerda na Figura 2)pode ser levantada por meio de um movimento de levantamento na direçãoda seta A, pode ser trocada pela cesta para material cheia 32 (na direita naFigura 2) por meio de rotação do dispositivo de troca ao redor do eixo 35através de 180 e a cesta para material cheia 32 pode então ser abaixadasobre a projeção 40 sobre a abertura de carregamento 42, por meio de ummovimento de abaixamento na direção em relação oposta à seta A. Comrelação a isto, a cada momento as cestas para material 32 são mantidaspelos braços 34 do dispositivo de troca 30 e não carregadas pela projeção40. A transição entre as cestas para material 32 e a projeção 40 pode servedada de uma maneira adequada, por exemplo por meio de saias.

Na modalidade mostrada nas Figuras 1 até 4, os braços 34 sãocomo um todo levantados para cima na direção da seta A e abaixados nadireção oposta. Alternativamente, como pode ser visto da Figura 9, o dispo-sitivo de troca pode ser dotado de braços em balanço 34 que são articuladosde maneira individualizada ao redor de um eixo horizontal 36, ou de braçosem balanço 34 que são articulados na maneira de um elemento oscilante aoredor de um eixo horizontal 36. A configuração de projeto com os braços 34que são articulados ao redor do eixo horizontal, permite uma economia adi-cional em termos da direção da altura do edifício da aciaria. Esta modalidadedeve portanto ser preferida quando existem requisitos específicos por umaredução em altura.

Uma modalidade da cesta para material 32, que é na forma deuma cesta para sucata, está mostrada em maior detalhe na Figura 10, emuma condição na qual a cesta para sucata 32 é suportada sobre um carro80. Como pode ser visto claramente em planta na Figura 4, a cesta para su-cata 32 é de uma seção transversal retangular que resulta de um corte emuma direção horizontal. Providas nas paredes laterais, que correspondemaos lados mais compridos do retângulo, existem projeções 32a, que permi-tem o engate de elementos de sustentação 91 de uma ponte rolante 90 (verFiguras 2 e 9). Provido no lado inferior daquelas paredes laterais mais com-pridas está um eixo respectivo 31a sobre o qual dedos 31 do dispositivo deretenção (elemento de retenção) são montados/pivotados. Os eixos 31 sãode um comprimento que corresponde substancialmente à metade do com-primento (preferivelmente algo mais) do lado curto da forma retangular,como pode ser visto claramente na Figura 10. Os dedos são espaçados late-ralmente uns dos outros de tal maneira, por exemplo, com um espaçamentoque corresponde à sua largura, que um espaço intermediário permanecepara passagem de gás através dele. Os dedos 31 são articulados ao redordos eixos 31a por meio de um elemento de atuação 35, para fechar e abrir olado inferior da cesta para sucata 32. O elemento de atuação 35 tem um ci-lindro hidráulico 35a e um arranjo de alavanca 35b, por meio dos quais osdedos 31 são articulados ao redor do eixo 31a na maneira descrita, comopode ser visto da Figura 10. O elemento de atuação 35 pode ser providosomente em um lado curto ou em ambos os lados curtos da cesta para su-cata 32.

A cesta para sucata 32 é carregada em um depósito de materialde carga, por exemplo no depósito de coleta de sucata da aciaria. Nessecaso, os dedos 31 são suportados por baixo em suas extremidades livrespor meio de um suporte 81 que é fornecido no carro 80. Portanto, na opera-ção de carregamento da cesta para sucata 32, os dedos 31 são suportadosfirmemente em ambas as extremidades, formando com isto um contorno in-ferior estável para a cesta para sucata 32.

O espaço interno da cesta para sucata 32 é de um volume Cpredeterminado, e é revestido com painéis de armazenagem de calor 37(termo-painéis), os quais, na modalidade preferencial, são painéis fundidosde aço. Na modalidade preferencial os dedos 31 são cortados de lingotes deaço e têm uma seção transversal de cerca de 300 mm (horizontal) por 200mm. Dependendo dos requisitos respectivos envolvidos, a dimensão ao Ion-go do comprimento pode ser selecionada para ser diferente, e com relação aisso, a espessura não deve ser menor do que 100 mm.

A cesta para sucata 32 não tem resfriamento a água, seja nosdedos 31 ou nas paredes laterais 37.

Além disso, na localização da sucata, a cesta para sucata 32 écarregada em porções da quantidade de enchimento total, por exemplo pormeio de um procedimento pelo qual 3 a 5 toneladas de sucata são carrega-das em uma operação por meio de uma escavadeira, ou similar, para o inte-rior da cesta de sucata, a qual tem uma capacidade, por exemplo, de 50 t ou80 t, de modo que as forças dinâmicas envolvidas na operação de carrega-mento são minimizadas. Portanto, a estrutura auto-suportante da cesta parasucata 32 não precisa sustentar tais forças dinâmicas elevadas, como ocorreao carregar 50 t ou 70 t de sucata ao mesmo tempo no interior da cuba doforno convencional. A estrutura da cesta para sucata 32 é, portanto, projeta-da para sustentar apenas o peso, e não para receber as forças dinâmicasque são produzidas quando 70 t de sucata caem de uma altura de 6 m. Istoeconomiza em custos e reduz de maneira considerável as dimensões exter-nas em comparação com uma cuba do mesmo volume interno.

A cesta para sucata 32 mostrada na Figura 10 é de uma seçãotransversal aproximadamente retangular. Em uma outra modalidade dacesta para sucata, no mínimo uma parede lateral, que em operação na posi-ção sobre a projeção 40 se volta no sentido do arranjo de eletrodos 70, (aparede lateral na esquerda na Figura 4, da cesta para sucata colocada aci-ma da projeção 40), é de uma configuração convexa, na qual aquela paredeexterna tem um raio de curvatura na direção horizontal que corresponde aoraio R (ver Figura 4) do movimento da parede externa ao redor do eixo 35 nomovimento rotativo da torre rotativa 33. Em virtude daquele arranjo, a cestapode ser de um volume maior e pode ser montada mais próximo aos eletro-dos, sem colidir com os eletrodos 71 ou com o arranjo de eletrodos 70 nomovimento basculante.

Está claro que uma ou mais das outras paredes externas podetambém ser de uma configuração convexa para aumentar o volume do es-paço interno. Nesse caso, ou é possível selecionar o mesmo raio de curvatu-ra, de modo que a cesta para sucata possa ser utilizada em ambas as ori-entações possíveis, ou a parede lateral arranjada em relação oposta ao ar-ranjo de eletrodos é, por exemplo, adaptada à forma externa da parede dovaso. Será apreciado que nesta modalidade a forma da projeção 40 é tam-bém adaptada em seção transversal horizontal à seção transversal horizon-tal da cesta para sucata 32 com a uma ou mais paredes externas convexas.

Alternativamente, também é possível para a cesta para sucata32 e a projeção 40 serem projetadas de tal forma que a cesta para sucata 32seja de uma seção transversal retangular que resulta de um corte na direçãohorizontal, de tal modo que os cantos da cesta para sucata na posição acimada projeção 40 se projetam além do círculo de raio R (ver Figura 4), de modoque no movimento rotatório da cesta ao redor do eixo 35, os cantos da cestapara sucata 32 poderiam colidir com os eletrodos. Para lidar com esta situa-ção o braço 34 é projetado de tal forma que antes do movimento rotativo, acesta para sucata é movida radialmente na direção do eixo de rotação 35 atéque os cantos estejam sobre ou dentro do raio R os quais, então, de maneiraprecisa, não colidem mais com os eletrodos. Isto pode ser efetuado por umlado por meio de um movimento em uma direção horizontal ou, quando épossível, por exemplo com a configuração mostrada na Figura 9, por meiode um movimento rotatório ao redor de um eixo horizontal 36 que tambémtem um componente radial.

O forno da primeira modalidade ainda tem uma coifa de extração50 que é móvel para cima e para baixo em uma direção vertical, e que ésuspensa substancialmente perpendicular acima da projeção 40. A coifa deextração 50 é conectada por meio de um conduto de gás residual 63 aoconduto de gás residual principal 62. Uma palheta de válvula controlável 65é provida no conduto de gás residual 63. A coifa de extração 50 pode serabaixada juntamente com o conduto de gás residual 63 na direção da seta B(ver Figura 3) ou pode ser levantada na direção oposta. Este movimento delevantamento e abaixamento é necessário para permitir espaço livre ade-quado para levantar e abaixar a cesta para sucata 32 acima da projeção 40ao trocar a cesta para sucata 32 ou ao inclinar o vaso de forno para a opera-ção de vazamento (ver Figura 3).

A coifa de extração 50 tem uma abertura de admissão inferior,cuja seção transversal da abertura é correspondente à forma da porção su-perior da cesta para material 32, de modo que a coifa de extração 50, quan-do abaixada sobre a cesta para material, veda a cesta verticalmente.

Como pode ser visto claramente da Figura 3, o vaso de forno 10pode ser inclinado por meio da base 2 para a operação de vazamento (ver ailustração em linha tracejada da projeção 40 na Figura 3). Neste caso o con-duto do gás residual 61 é assim projetado de modo que seja variável emcomprimento por uma porção deslocável adequada que desliza em umaluva.

Existem bocais fornecidos sobre a projeção 40 para a injeção depó de carvão, ou um outro combustível, e oxigênio. Existe um analisador degás residual provido na câmara de pós-combustão 60 (não mostrado), oqual, em tempo real, mede a composição do gás residual que sai da câmarade pós-combustão 60. Os bocais (dispositivo de alimentação) para combus-tível e oxigênio, bem como as válvulas 64 e 65, e o analisador de gás resi-dual, são conectados a um sistema de controle que pode ser programadopara controlar e regular a composição do gás residual.

A configuração da primeira modalidade como mostrado na Figu-ra 1, serve para operação do forno a arco como um forno de cuba. Aquelacesta para material 32 que é posicionada acima da projeção 40 realiza,neste caso, a função da cuba que é coberto para cima por meio da coifa deextração 50. O dispositivo de troca pode trocar a cesta para material 32 emcerca de 30 segundos. Desta maneira, o material, em uma primeira cestapara material, pode ser pré-aquecido durante o período de refino do proce-dimento de fusão precedente. Quando, depois da operação de vazamento oprocedimento de fusão precedente, o forno é carregado novamente, aquelacarga pré-aquecida de material pode ser carregada no interior do forno (verFigura 2). Então, uma segunda cesta para material 32 (à direita na Figura 2)que está cheia com uma segunda carga pode ser posicionada sobre a proje-ção 40 dentro de 30 segundos, de modo que aquele carregamento é pré-aquecido durante a operação de fusão do primeiro carregamento. Uma veznovamente, a cesta para material 32 serve como uma cuba.Se operações de manutenção ou reparo devem ser realizadasno aparelho de carregamento 30 ou nas cestas para material 32 ou similar, oforno a arco da primeira modalidade, na segunda configuração mostrada nasFiguras 5 a 8, pode ser operado como um forno convencional com uma co-bertura (não como um forno de cuba) para evitar uma parada completa.

Para essa finalidade, a abertura de carregamento 42 da projeção40 é fechada com uma cobertura 43. Para a operação de carregamento ou acobertura 20 com uma projeção 40 (e a cobertura 43) bem como os eletro-dos 71, podem ser levantados de maneira convencional e airados para fora,ou o carregamento pode ser efetuado através da projeção 40 depois que acobertura 43 tenha sido levantada.

O espaço vazio na projeção 40, o qual é fechado pela cobertura30, serve naquela situação como um joelho de descarga para gás residualdo forno convencional.

Como a segunda configuração não difere em outros aspectos daprimeira configuração, uma descrição adicional não é implementada aqui.

Uma segunda modalidade do forno a arco da invenção estámostrada na Figura 9. Como já foi descrito aqui anteriormente, esta modali-dade proporciona que o dispositivo de troca 32 seja dotado de braços embalanço 34, que são curantes de maneira individual ao redor de um eixo ho-rizontal 36. Os braços 34 podem também ser pivotados como um braço deum elemento rotativo em conjunto ao redor do eixo 36.

Pode ser visto claramente da Figura 9, e isto se aplica com rela-ção a todas as modalidades da invenção, que a altura estrutural acima dacuba pode ser reduzida de maneira marcante, uma vez que não há necessi-dade de fornecer espaço para uma cesta para sucata adicional ou contêinerpara material de carga, o qual, na operação de carregamento é mantido pelaponte rolante 90 acima da cuba ou cesta para material 32.

A Figura 9 mostra um arranjo de tampa de exaustão 100 que éconectado por meio de um duto 101 a um sistema de exaustão de gás resi-dual. Esse pode ser, por exemplo, a câmara de pós-combustão 60, ou umoutro equipamento.Em todas as modalidades tal forno a arco é projetado para umaquantidade específica de material a ser fundido. Assim, por exemplo, exis-tem fornos de 100 t ou fornos de 160 t. Tal quantidade de material a ser fun-dido corresponde a um volume específico de material de batelada, porexemplo sucata.

Nas modalidades da invenção, o vaso de forno e a projeção sãopreferivelmente de tais dimensões que uma quantidade de sucata que cor-responde à metade do carregamento a ser fundido (quer dizer, 50 toneladasno caso de um forno de 100 t) se estende em uma coluna de material solto,que é introduzida através da projeção 40 na condição não fundida, em ummáximo até a altura H2 (altura máxima de enchimento) da projeção 40. Istosignifica que aproximadamente o volume do vaso de forno que é ocupadopor uma coluna de material solto que se estende desde a borda inferior 44da projeção 40, que está mais próxima ao arranjo de eletrodo 70, com umângulo de 45° com o fundo da porção inferior de vaso 11 e preenche a partedo vaso que está abaixo da projeção 40, corresponde substancialmente aovolume C de uma cesta para material 32 (Figura 2).

A borda inferior da abertura de entrada de sucção 41, que estána altura H2, é preferivelmente ligeiramente mais alta do que a borda inferior44 que está na direção dos eletrodos, da projeção 40, como pode ser vistoclaramente da Figura 2. Na Figura 2 a coluna de material solto que forma acarga C é ligeiramente mais alta do que a borda inferior 44 que está na dire-ção dos eletrodos, da projeção 40, e isto representa uma quantidade que éainda tolerável, como ficará claro daqui em diante com referência à descri-ção de operação do forno.

A operação do forno a arco das modalidades da invenção naprimeira configuração será descrita agora.

Em um período de refino de um procedimento de fusão prece-dente, uma cesta para sucata cheia 32 é mantida pelo dispositivo de troca33 acima da abertura de carregamento 42 da projeção 40, com dedos 31que estão na posição fechada. Desta maneira o material na cesta para su-cata 32 é aquecido pelos gases quentes que sobem entre os dedos 31 eatravés da cesta para sucata 32. O tempo de permanência da cesta parasucata 32 é cerca de 20 minutos, dependendo do que é referido como otempo de vazamento a vazamento (período de tempo entre duas operaçõesde vazamento). Nesta situação, os painéis fundidos 37 que revestem o es-paço interno também absorvem calor que, por sua vez, transfere para a su-cata. O lado superior da cesta para sucata 32 é fechado pela coifa de co-bertura 50, pelo que os gases que sobem através da cesta para sucata 32são passados para a câmara de pós-combustão 60.

Depois que a operação de vazamento do procedimento de fusãoprecedente tenha sido implementada, em uma condição na qual os eletrodos71 estão retirados do vaso, a carga na cesta para material 32 é carregadaabrindo os dedos 31, o que resulta na condição ilustrada na Figura 2. Oseletrodos 71 tendo sido retirados do vaso, não podem sofrer avarias devidoà sucata que cai sobre eles.

Depois da operação de descarregamento, a coluna de sucatanão é tão alta que os dedos 31 sejam impedidos de voltar para a posiçãofechada.

Portanto, a cesta para material vazia 32 é imediatamente fecha-da e substituída pela próxima cesta para sucata cheia 32, por meio de ope-ração adequada do dispositivo de troca 33. Para aquela operação de subs-tituição a coifa 50 e as cestas para sucata 32 são levantadas, então os bra-ços em balanço 34 do dispositivo de troca de sucata 33 são girados de 180°ao redor do eixo perpendicular de rotação 35, e então a cesta para sucatacheia 32 e a coifa de extração 50 são abaixados na direção da projeção 40(ver as setas B na Figura 3). No entretanto, os eletrodos 71 foram abaixadosnovamente para o vaso de forno, e depois que a segunda cesta para sucata32 está em sua posição, os eletrodos são alimentados com energia parafundir a carga da primeira cesta para sucata.

No movimento rotativo das cestas para material ao redor do eixo35 (movimento rotatório) o arranjo de eletrodos 70 não é movido na direçãohorizontal para fora da projeção 40 ou das cestas para material 32. Como jáfoi descrito aqui anteriormente, quando a cesta para material é de uma se-ção transversal retangular na direção horizontal, o arranjo é tal que os can-tos quase não tocam os eletrodos no movimento rotatório ou a cesta paramaterial é primeiramente movida para fora do arranjo de eletrodos 70, emuma direção horizontal, por meio de movimento horizontal ou por meio demovimento pivotante ao redor do eixo horizontal 36, até que os cantos nãomais colidam com o arranjo de eletrodos 70 no movimento rotatório. Alterna-tivamente, no mínimo a parede lateral da cesta para material 32, que está nadireção dos eletrodos, é da forma convexa com o raio de curvatura R dotrajeto circular que exatamente não colide com o arranjo de eletrodos 70. Emtodos os três casos isto impede que o arranjo de eletrodos 70 tenha que sermovido para fora da projeção 40 na direção horizontal.

Quando a carga da primeira cesta está sendo fundida o materialna segunda cesta para sucata 32, que está posicionada acima do aparelhode carregamento 42, é pré-aquecida da mesma maneira.

Quando o material da primeira cesta estiver fundido, o carrega-mento da segunda cesta é feito no vaso de forno abrindo os dedos 31 depoisque os eletrodos 31 forem novamente retirados do vaso (para evitar quebrade eletrodo devido à sucata que cai sobre ele).

Como existe um banho derretido relativamente grande na porçãodo vaso inferior 11, a sucata da segunda carga flutua mais fortemente nadireção do lado do vaso, o qual é afastado da projeção 40 em uma direçãohorizontal, de modo que a coluna de sucata não alcança a altura que estámostrada na Figura 2, mas é marcadamente mais baixa.

Agora, mais uma vez, a cesta para sucata vazia 32 e a coifa 50são levantadas, e a cesta para sucata vazia 32 é substituída por uma cestapara sucata cheia 32, que no entretanto foi colocada pela ponte rolante 90sobre o outro braço em balanço 34. Desta maneira, enquanto a segundacarga está sendo fundida, a próxima carga que já foi providenciada para apróxima operação de fusão está sendo pré-aquecida.

Agora, depois que os eletrodos 71 forem abaixados novamente,a segunda carga é fundida, de modo que daí em diante existe um banho der-retido que é formado das primeira e segunda cargas.Na modalidade descrita, o vaso de forno e as cestas para sucatasão projetadas de modo que as duas cargas são suficientes para enchercompletamente o forno. Será apreciado que também é possível que as di-mensões correspondentes do vaso de forno sejam alteradas de tal maneiraque uma terceira ou uma outra fração da quantidade de enchimento total doforno seja carregada em uma operação.

Ao trocar as cestas para material, a abertura de carregamento42 é aberta para cima. Nesta condição, cerca de 40 a 50% dos gases resi-duais são também aspirados através da abertura de extração 41. O restantedos gases sobem em virtude de sua temperatura, e são apanhados na maiorparte pela coifa de extração superior 50. Os gases restantes passam para oarranjo de extração da cobertura 100 (ver Figura 9).

Em comparação com fornos de cuba convencionais, a aberturade extração 41 e a coifa de extração superior 50 reduzem substancialmenteo carregamento sobre o arranjo de extração da cobertura 100 como estádescrito daqui em diante. Depois do período de refino para o banho derretidoque consiste das primeira e segunda cargas fundidas, uma operação de va-zamento é implementada na maneira convencional. Daí em diante o proce-dimento descrito acima é repetido.

Se operação com a troca em cestas para sucata não for possí-vel, por exemplo, devido a operações de reparo, então o forno a arco podeser operado de acordo com as modalidades da invenção na segunda confi-guração que está mostrada nas Figuras 5 até 8. A operação nesta configu-ração não difere da operação de um forno a arco convencional. Sua descri-ção, portanto, não será fornecida aqui.

O projeto do forno a arco de acordo com as modalidades da in-venção e a possibilidade resultante de sua operação descrita de maneiracorrespondente, proporcionam as seguintes vantagens.

Em virtude do tempo de permanência relativamente curto dascestas para material 32 acima da projeção 40 (cerca de 20 minutos em umaoperação de fusão) e a sua substituição por uma outra cesta para materialque está cheia com material de carga em uma outra localização, o carrega-mento térmico sobre os dedos 31 e as paredes laterais 37 é tão baixo que épossível omitir resfriamento a água.

Em virtude do fato que as cestas intercambiáveis para material32 serem utilizadas ao invés da cuba convencional e, portanto, na operaçãode carregamento não há necessidade como há na prática convencional, detoda a quantidade de sucata a ser carregada na cuba de cima em uma ope-ração, porém o carregamento sendo efetuado em porções relativamente pe-quenas no interior da cesta para material na localização de sucata, a alturade queda da sucata que deve ser carregada na direção dos dedos 31, bemcomo a quantidade que deve ser carregada no interior da cesta para materialao mesmo tempo, são drasticamente reduzidas. É portanto possível evitarum arranjo de montagem complicado e dispendioso para os dedos e queresulta em uma estrutura menor e uma economia de custo considerável.Como é possível evitar resfriamento de água para os dedos e paredes Iate-rais, também não há quaisquer problemas devido a vazamentos que possamser provocados por sucata que cai sobre eles.

As cestas para material 32 substituem as cestas para sucata queestão presentes, em qualquer caso, em aciarias que processam sucata, demodo que nenhum gasto adicional é envolvido com relação a isto.

No caso de fornos de cuba convencionais foi também necessárioprover uma maneira possível de deslocar a cuba para finalidades de reparo.Esta função é agora também realizada pelo dispositivo de troca, de modoque nenhum gasto adicional digno de menção é envolvido aqui.

Nos fornos de cuba convencionais uma coluna de sucata se es-tende para o interior da cuba no início da operação de fusão. Portanto, porum lado, o gás residual sobre a coluna de sucata era frio e, por outro lado,não havia maneira possível de regular a temperatura e/ou a composição dogás residual utilizando o calor que está sempre presente no forno.

O espaço vazio que está sempre presente na projeção 40 e noqual existe a abertura de extração 41 e os bocais para combustível e/ou oxi-gênio, tornam facilmente possível controlar e regular a composição do gásde descarga a qualquer momento no procedimento de fusão. Se, por exem-pio, a temperatura do gás residual, e em especial também aquela da propor-ção que é retirada através da coifa 50 e/ou do arranjo de extração da co-bertura 100 está muito baixa, então, acima da coluna de sucata, acima daqual existe sempre uma temperatura de queima de cerca de 500°C (isto jáse aplica devido à sucata, a qual é pré-aquecida até cerca de 500°C), inje-tando carvão e/ou oxigênio é possível produzir gás residual quente que éalimentado à câmara de pós-combustão 60 por meio da abertura de extra-ção 41 e do conduto de gás residual 61. A câmara de pós-combustão tem oanalisador de gás de descarga, de modo que a composição ótima dos gasesresiduais que devem ser submetidos a pós combustão na câmara de pós-combustão 60, pode ser ajustada por meio do controle da alimentação docombustível e do oxigênio e da posição das válvulas 64 e 65. Da mesmamaneira, por exemplo, uma assim chamada camada de CO pode ser anula-da injetando oxigênio no interior da projeção 40.

A economia em termos de altura estrutural acima do forno, aqual é proporcionada em virtude da intercambiabilidade horizontal das ces-tas para material 32 já foi discutida acima.

Em comparação com um forno a arco convencional, a energiaglobal do sistema de limpeza de gás residual pode ser reduzida em cerca de60% , ma vez que a parte principal dos gases residual que escapa é retiradapela abertura de extração 41 e coifa de extração 50, mesmo quando nenhu-ma cesta para material 32 está presente.

A ausência da estrutura suporte para a cuba significa que acesta para material 32 pode ser colocada substancialmente mais próximo aoarranjo de eletrodos 70. Segue-se disso que a forma de ferradura que é re-querida no caso de fornos de cuba convencionais pode ser enormementereduzida para as formas redondas que são mais vantajosas em termos deenergia e estrutura.

Claims (16)

1. Forno metalúrgico que compreendeum vaso (10),uma cobertura (20) para o vaso,um aparelho de carregamento (30) para carregar material decarga a ser fundido no vaso, o qual tem um dispositivo de retenção bascu-Iante (31) e um volume (C) para acomodar material de carregamento, euma projeção (40) que tem a abertura de carregamento (42) e émontada à cobertura (20) ou ao vaso (10),no qual o forno tem uma altura de enchimento máxima (H2),no qual o dispositivo de retenção basculante é girado para a projeção para aoperação de carregamento,no qual o vaso, a cobertura, o aparelho de carregamento, o ele-mento de retenção e a projeção são dimensionados de tal forma que o cursodo movimento basculante do dispositivo de retenção se situa acima da alturade enchimento máxima (H2),caracterizado pelo fato de o aparelho de carregamento ter nomínimo duas cestas auto-suportantes para material (32) que podem ser po-sicionadas de maneira removível acima da projeção (40) e cada uma ter umespaço interno respectivo que pode ser fechado no lado inferior da cestapara material (32) por meio do dispositivo de retenção (31) e ter o volume(C) para acomodar o material de carregamento, eser fornecido um dispositivo de troca (33) para trocar e posicio-nar as cestas para material (32).

2. Forno de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de ser fornecida uma abertura de extração (41) na projeção (40).

3. Forno de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de a abertura de extração (41) ser fornecida abaixo do curso de movi-mento basculante do dispositivo de retenção.

4. Forno de acordo com a reivindicação 2 ou reivindicação 3,caracterizado pelo fato de a abertura de extração (41) ser arranjada acimada altura de enchimento máxima (H2).

5. Forno de acordo com uma das reivindicações 1 até 4, caracte-rizado pelo fato de as paredes laterais internas da cesta auto-suportantepara material (32) serem revestidas com painéis de armazenamento de ca-lor, preferivelmente painéis fundidos.

6. Forno de acordo com uma das reivindicações 1 até 5, caracte-rizado pelo fato de o dispositivo de retenção (31) montado na cesta auto-suportante para material (32) ser na forma de uma pluralidade de dedos arti-culados 31 que são pivotados abaixo das paredes laterais da cesta paramaterial.

7. Forno de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de os dedos serem dedos de aço que são de um diâmetro mínimo de 100 mm.

8. Forno de acordo com uma das reivindicações 1 até 7, caracte-rizado pelo fato de o dispositivo de retenção (31) ser basculante por meio deum elemento de atuação (35) montado na cesta para material auto- supor-tante (32), para abrir e fechar o lado inferior da cesta para material.

9. Forno de acordo com uma das reivindicações 1 até 8, caracte-rizado pelo fato de a abertura de carregamento (42) poder ser fechada poruma cobertura (43).

10. Forno de acordo com uma das reivindicações 1 até 9, ca-racterizado por um dispositivo de extração (50) que é disposto substancial-mente no prolongamento perpendicular da projeção (40) acima do dispositi-vo de carregamento (30) e ser adaptado para a extração de gás de descargaque sobe verticalmente através da projeção (40).

11. Forno de acordo com uma das reivindicações 1 até 10, ca-racterizado por um dispositivo para introduzir combustível tal como pó decarvão e/ou oxigênio para o interior da projeção (40).

12. Forno de acordo com uma das reivindicações 1 até 11, ca-racterizado por uma câmara de pós-combustão (60) para pós-combustão depoluentes nos gases residuais derivados do forno.

13. Forno de acordo com a reivindicação 11 e reivindicação 12,caracterizado porum analisador de gás residual na câmara de pós-combustão, eum dispositivo de controle conectado ao analisador de gás resi-dual e ao dispositivo para alimentar combustível e/ou oxigênio,no qual o dispositivo de controle, em resposta ao resultado daanálise do analisador de gás residual, atua o dispositivo para alimentar com-bustível e/ou oxigênio de tal maneira que a temperatura do gás residual éregulada para valores predeterminados e/ou como uma reação a tipos pre-determinados de gás residual, uma alimentação de combustível e/ou umaalimentação de oxigênio é efetuada.

14. Forno de acordo com uma das reivindicações 1 até 13, ca-racterizado pelo fato de o aparelho de carregamento ter um dispositivo detroca (33) para trocar e posicionar uma ou mais cestas para material auto-suportantes, que pivota uma cesta para material que é posicionada acima daprojeção (40) em um plano horizontal e/ou em um plano vertical para a ope-ração de troca e posicionamento.

15. Cesta auto-suportante para material para receber sucata,que compreendeparedes laterais (36) que delimitam um espaço interno de umaseção transversal que é substancialmente retangular ou poligonal de manei-ra convexa em uma direção horizontal, eum dispositivo de retenção (31) que é basculante por meio deum elemento de atuação (35) para fechar e abrir o lado inferior do espaçointerno,no qual o dispositivo de retenção é formado por uma pluralidadede dedos (31),cada dedo sendo de uma dimensão na direção ao longo docomprimento que corresponde a aproximadamente à metade da dimensãode uma primeira parede lateral (32) na direção horizontal,fornecido no lado inferior das paredes laterais que se estendemsubstancialmente de maneira perpendicular à primeira parede lateral existeum eixo respectivo (31a) no qual uma parte da pluralidade de dedos é mon-tada de maneira articulada a cada um dos eixos (31a), eos dedos (31) são projetados e articulados de tal forma que naposição fechada eles se situam com suas extremidades em um plano subs-tancialmente horizontal, de modo que as extremidades externas dos dedospodem ser suportadas naquela posição fechada por meio de um dispositivosuporte (81) e os dedos são espaçados lateralmente uns dos outros de talmodo que um espaço intermediário permanece para passagem de gás atra-vés dele.

16. Cesta para material de acordo com a reivindicação 15, ca-racterizada pelo fato de a cesta para material ser adaptada para ser mantidapor um dispositivo de troca (30) e girado em um movimento rotatório, eno mínimo uma das paredes laterais ser de uma configuraçãoconvexa com um raio de curvatura em uma direção horizontal, o qual cor-responde substancialmente ao raio (R) do movimento pivotante.