BRPI0406798B1 - Bocal de vazamento, dispositivo de inserção e/ou remoção para um bocal de vazamento e instalação de lingotamento - Google Patents
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Abstract
"bocal de vazamento, dispositivo de inserção e/ou remoção para um bocal de vazamento e instalação de lingotamento". a presente invenção refere-se a um bocal de vazamento (1) para um dispositivo para inserção e/ou remoção de bocal cujo formato é adaptado de modo a melhor resistir às tensões impostas por seu uso e notadamente as tensões ligadas à manutenção do bocal no dispositivo. o bocal de vazamento é provido de duas faces de apoio formando com o canal de vazamento, um ângulo <225> de 20<198> a 80<198>. a presente invenção também se refere a um dispositivo de impulsão para o bocal de vazamento e a uma instalação de lingotamento incorporando ditos bocal e dispositivo.
Description
“BOCAL DE VAZAMENTO, DISPOSITIVO DE INSERÇÃO E/OU REMOÇÃO PARA UM BOCAL DE VAZAMENTO E INSTALAÇÃO DE LINGOTAMENTO”
A presente invenção refere-se a um bocal de vazamento para a transferência de metal em fusão desde um recipiente metalúrgico superior até um recipiente metalúrgico inferior. Em particular, ela diz respeito a um bocal de vazamento de material reffatário para transferência de metal em fusão desde um distribuidor até para uma lingoteira convencional ou, altemativamente, de uma panela de lingotamento para um distribuidor.
Os bocais de vazamento destinados a transferir metal em fusão desde um recipiente metalúrgico para outro, embora protejam o metal contra ataques químicos e isolem o mesmo termicamente da atmosfera circundante, são elementos de desgaste que são fortemente tensionados até o ponto de sua vida útil em serviço poder limitar seu tempo de lingotamento. Dispositivos para inserção e/ou remoção do bocal, recentemente descritos nos estado da técnica, permitiam resolver este problema (ver, por exemplo, as patentes EP 192.019 e 441.927). Por exemplo, assim que a erosão na parede externa do bocal na proximidade do menisco atinge um nível, o bocal desgastado é trocado por um bocal novo em um período de tempo suficientemente curto para não ter que se interromper o lingotamento.
Geralmente, nestes dispositivos, vai ser usado um bocal de vazamento constituído de uma parte tubular que define um canal de vazamento e em sua extremidade superior, de uma placa provida de um orifício que define o canal de vazamento, a dita placa compreendendo uma superfície superior em contato com o elemento a montante do canal de vazamento e uma superfície inferior formando a interface com a parte inferior do bocal, a dita superfície inferior compreendendo duas superfícies de apoio planas localizadas em ambos lados do canal de vazamento.
O bocal é destinado a deslizar em guias contra a superfície inferior plana ou de um orifício de vazamento tal como um bocal interno, de uma placa de fundo afixada a tal orifício de vazamento ou de uma placa fixa afixada a um dispositivo de controle de fluxo de lingotamento inserida entre o orifício de vazamento (bocal interno, por exemplo) e o bocal de vazamento. Deve ficar claro que no contexto da presente invenção, quando é feita referência a um bocal de vazamento, é bem este bocal o destinado a deslizar em um dispositivo e não um bocal fixo tal como um bocal interno.
Dispositivos conhecidos e particularmente o dispositivo apresentado no documento EP 192.019, têm um bocal de vazamento que desliza sobre guias capazes de transmitir uma força de empuxo ascendente (dispositivo de impulsão). Esta força de empuxo é obtida por molas dispostas a uma certa distância do orifício de vazamento e alavancas ou balancins de acionamento. Estes transmitem a força de empuxo para as superfícies planas da placa do bocal de vazamento. Esta força de empuxo direcionada para cima empurra de maneira relativamente apertada, a placa do bocal de vazamento, contra o elemento reffatário a montante, notadamente um bocal interno ou uma placa refratária.
Os bocais de vazamento podem ser monoblocos ou um conjunto de vários elementos refratários.
Na maioria dos casos, a superfície inferior da placa e a extremidade superior da parte tubular do bocal são protegidas por uma lata metálica.
Contudo, foi notado frequentemente que trincas ou microtrincas podem aparecer ao nível da junção entre o elemento tubular e a placa, localizada na extremidade superior do elemento tubular. Essas trincas podem ocorrer quando o bocal é reparado ou durante seu uso. A origem do trincamento pode ser um excesso de tensões térmicas, de tensões mecânicas ou de tensões termo-mecânicas. Estas tensões são geradas pelas forças exercidas para manter o bocal no dispositivo, por vibrações e pelo fluxo de \3
metal líquido.
Em alguns casos, essas trincas induzem a ruptura do elemento. Em outros casos, ainda que essas trincas tenham um tamanho diminuto, é necessário levá-las em conta. O estrangulamento gerado pelo fluxo de metal líquido no bocal cria realmente uma baixa pressão e, conseqüentemente, induz uma considerável aspiração de ar ambiente. O oxigênio atmosférico ou mesmo nitrogênio são fontes de contaminação importantes para o metal líquido, em particular de aço. Ainda, sob a ação combinada do oxigênio e das temperaturas muito altas, o material reffatário pode se deteriorar consideravelmente ao nível de entrada de oxigênio, ou seja, ao nível da trinca. Esta deterioração aumenta ainda a deterioração local do material reffatário e alarga a trinca a tal ponto que pode ser necessário interromper o lingotamento.
Existem várias meios previstos no estado da técnica de aumentar a resistência do bocal contra trincamento.
São conhecidos materiais refratários que têm uma melhor resistência ao trincamento. Entretanto estes materiais são geralmente sensíveis a outros fenômenos tais como corrosão ou erosão.
Outra solução apresentada no documento WO 00135614 por meios mecânicos é o uso de uma lata metálica reforçada em sua parte inferior por meios mecânicos o que aumenta sua rigidez.
O documento EP 1.133.373 descreve um bocal compreendendo uma região intermediária absorvedora de impactos entre a lata metálica e o bocal reffatário. Esta região é compreendida por um material cujas propriedades térmicas são tais que ele permanece sólido nas temperaturas ambientes, mas é submetido à deformação a altas temperaturas. Esta região amortecedora reduz os riscos de formação de trincas ou microtrincas geradas pelas tensões termo-mecânicas que surgem no início da lingotamento.
Apesar das vantagens das soluções acima descritas trazidas
pela técnica e seus constantes aperfeiçoamentos durante esses últimos anos, ainda permanecem alguns problemas.
Na verdade, nos dispositivos conhecidos para inserção e/ou remoção do bocal, a placa sempre está sujeita a tensões de flexão 5 consideráveis que podem ser responsáveis pela formação de trincas na extremidade superior da parte tubular. Foi realmente observado que a placa superior pode se deformar por flexão em tomo de um eixo paralelo à direção das guias onde a citada placa desliza.
As soluções descritas acima permitem abaixar estas tensões de 10 flexão, contendo-as ou dispersando-as e isto por ação sobre o próprio material ou sobre as técnicas de montagem do bocal. Estas soluções são caras e não são totalmente satisfatórias.
A presente invenção tem por objetivo um bocal de vazamento cujo formato é adaptado para resistir melhor às tensões impostas pelo seu uso 15 e notadamente as tensões ligadas à manutenção do bocal no dispositivo.
O bocal também tem um formato adaptado para receber um dispositivo impulsionador que gera um padrão de tensões favorável.
Em particular, a presente invenção refere-se a um bocal de vazamento para um dispositivo de inserção e/ou remoção de bocal, onde o 20 bocal é constituído por uma parte tubular que define um canal de vazamento, e na sua extremidade superior, uma placa provida com um orifício que define um canal de vazamento, a mencionada placa compreendendo uma superfície superior em contato com o elemento a montante do canal de vazamento e uma superfície inferior que forma a interface com a parte tubular do mencionado 25 bocal; a mencionada placa compreende duas superfícies de apoio planas localizadas no lado oposto da superfície superior da placa e localizadas em ambos os lados do canal de vazamento. Este bocal é caracterizado pelo fato de que as mencionada duas superfícies formam com o eixo do canal de vazamento um ângulo β de 20° a 80°. A parte tubular pode geralmente ter um formato cilíndrico, oval ou cônico. A placa é preferivelmente quadrada ou retangular.
O formato da placa de acordo com a invenção permite melhorar a resistência ao trincamento, isto sem ter de aumentar a quantidade de matéria na região sensível a trincas. Portanto as dimensões limite permanecem substancialmente idênticas àquelas dos bocais da técnica anterior.
Quando o bocal da invenção é introduzido dentro do dispositivo de inserção e/ou remoção, as ditas duas superfícies de apoio são paralelas à direção de queima do bocal.
Foi observado que o ângulo β de 30° a 60°, e em particular, um ângulo de cerca de 45°, dá bons resultados quanto à resistência ao trincamento e ao padrão de tensão. A tensão de tração medida em um bocal de vazamento ao nível da região crítica sob um ângulo de 45° são 40 a 50% menores do que aquelas que podem ser observadas para um ângulo de 90° correspondendo ao estado da técnica.
De acordo com uma modalidade particular da invenção, a placa do bocal é assimétrica com respeito ao plano perpendicular às superfícies de apoio da placa do bocal e compreendendo o eixo do canal de vazamento. Portanto, a superfície útil da placa em ambos os lados deste plano é diferente. Isto possibilita inserir um bocal em duas posições, uma posição de lingotamento onde o orifício da placa corresponde ao canal de vazamento a montante e uma posição intermediária onde o orifício da placa não se comunica com o canal de vazamento a montante a fim de obstruí-lo. Isto pode ser útil quando o sistema de fechamento a montante assegurado por exemplo por um tampão está defeituoso. Isto permite também evitar usar uma placa de segurança já que o fechamento pode ser assegurado pela própria placa de bocal.
O formato do bocal, de acordo com a invenção, possibilita o também o uso de um dispositivo de impulsão que é diferente daqueles usados na técnica.
A presente invenção refere-se assim também a um bocal de vazamento para um dispositivo de inserção e remoção de bocal. O dispositivo de impulsão de acordo com a invenção é caracterizado pelo fato de que a força de empuxo resultante é aplicada segundo uma direção que faz um ângulo oc de 10° a 70° com o eixo do canal de vazamento.
O dispositivo de impulsão aplica uma força de empuxo sobre as superfícies de apoio do bocal de vazamento que não é direcionada para cima paralelamente ao eixo do canal de vazamento como nos dispositivos existentes, mas obliquamente em relação a ele e direcionada para o canal de vazamento.
As tensões de flexão no bocal de vazamento geradas por tal dispositivo são inferiores àquelas dos dispositivos da técnica anterior. A força de empuxo resultante compreende um componente vertical que assegura o aperto com o elemento a montante e um componente horizontal. Este componente horizontal é favorável já que ele induz que o material refratário esteja sob compressão, permitindo então a redução da geração de trincas e/ou sua dissipação.
A força de empuxo resultante do dispositivo de impulsão de acordo com a invenção deve ser aplicada a um ângulo α de 10° a 70°. Na verdade, um ângulo de menos de 10° corresponde a aplicar uma força virtualmente vertical como nos dispositivos já conhecidos e não tem impacto positivo significativo sobre o fenômeno de trincamento. Quando a força é aplicada com um ângulo maior que 70°, então a componente vertical da força não é mais suficiente para assegurar um bom contato e um bom aperto entre a placa bocal e o elemento a montante.
Foi observado que um ângulo de impulsão α de 30° a 60° e, em particular um ângulo de aproximadamente 45° proporciona excelentes
I* <é «· *»
resultados quanto à resistência ao trincamento e ao padrão de tensão. As tensões de tração medidas em um bocal de vazamento ao nível da região crítica para um ângulo de empuxo 45° são de 40 a 50% menores que aquelas medidas a um ângulo de empuxo de 90° correspondendo ao estado da técnica. Um ângulo de 45° é um bom compromisso entre a componente vertical da força de empuxo que assegura o aperto e a componente horizontal. Na verdade, uma componente vertical mínima é necessária para propiciar um contato apertado entre o bocal e o elemento a montante. Quanto mais aumenta o ângulo a mais a força de empuxo deve aumentar para assegurar a mesma componente vertical. Uma força de empuxo demasiadamente alta pode gerar problemas mecânicos que não são desprezíveis, notadamente uma demanda aumentada sobre as molas e uma redução de sua vida útil.
Um ângulo de 45° permite também uma fácil fabricação do bocal de vazamento e do dispositivo de impulsão.
A força de empuxo pode ser aplicada diretamente sobre a superfície de apoio da placa do bocal de vazamento, por exemplo, por molas ou através da por intermédio de um elemento tal como um balancim.
Outro aspecto da invenção refere-se à instalação de lingotamento compreendendo um dispositivo de troca e inserção de bocal, compreendendo um bocal de vazamento de acordo com a invenção.
O bocal de vazamento é mantido em contato apertado com o elemento de lingotamento a montante pelo dispositivo de impulsão. A força de empuxo do dispositivo de impulsão é aplicada sobre ambas as superfícies de apoio planas da placa do bocal de vazamento. A instalação de lingotamento compreende também um sistema de trilhos guia capaz de receber as duas superfícies de apoio do bocal de vazamento e possibilitar inserir um novo bocal de vazamento na posição de lingotamento e expelir o bocal de vazamento desgastado para além da posição de lingotamento.
O sistema de trilhos guia apresenta uma superfície de apoio : : : ' v <β> «► w « <e* w X cujo ângulo forma com o eixo de vazamento um ângulo substancialmente igual .ao ângulo β formado pela superfície de apoio da placa do bocal de vazamento com o dito eixo de vazamento.
A fim de propiciar uma melhor compreensão da invenção, ela será descrita agora com referência às figuras que ilustram modalidades particulares da invenção, sem, contudo limitar a invenção sob qualquer aspecto.
Nessas figuras, foi mostrado na figura 1, um bocal de vazamento de acordo com o estado da técnica e a força de empuxo vertical resultante aplicada às superfícies de apoio planas.
A figura 2 mostra um bocal de vazamento de acordo com a invenção e a força de empuxo resultante aplicada às superfícies de apoio planas.
A figura 3 mostra um bocal de vazamento de acordo com a invenção, os ângulos oc e β representam respectivamente o ângulo formado pela força de empuxo resultante e o eixo do canal de vazamento e o ângulo formado pela superfície de apoio plana com o eixo do canal de vazamento.
A figura 4 representa um dispositivo de impulsão de acordo com o estado da técnica.
As figuras 5 e 6 mostram modalidades de um dispositivo de impulsão de acordo com a invenção.
A figura 1 mostra um bocal de vazamento (1) do estado da técnica compreendendo uma placa (2) e uma parte tubular (3). As superfícies de apoio planas (5) formam um ângulo β de 90° com o eixo do canal de vazamento (7). A força de empuxo (4) é vertical, paralela ao eixo do canal de vazamento (7). As tensões geradas no bocal de vazamento da técnica anterior podem ser responsáveis pela formação de trincas na extremidade superior da parte tubular (3).
As figuras 2 e 3 mostram um bocal de vazamento de acordo •4 « com a invenção. A placa (2) do bocal de vazamento (1) é de certa maneira truncada. As superfícies de apoio planas (5) formam um ângulo β de 20° a 80° e isto sem ser necessário aumentar a quantidade de matéria da placa (2).
A figura 3 mostra os ângulos oc e β. A força de empuxo resultante e o eixo do canal de vazamento formam um ângulo oc de 21°. As superfícies de apoio planas e o eixo do canal de vazamento formam um ângulo β de 69°.
A figura 4 mostra o dispositivo de impulsão da técnica anterior (8). A força de empuxo resultante (4) é aplicada verticalmente, paralela ao eixo do canal de vazamento (7) através de um balancim (10).
A figura 5 mostra um dispositivo de impulsão (8) de acordo com a invenção. A força de empuxo resultante (4) é aplicada através de um balancim (10).
A figura 6 mostra um dispositivo de impulsão (8) de acordo com a invenção. A força de empuxo resultante (4) é aplicada diretamente às superfícies de apoio através de molas (11).
Referências
1. Bocal de vazamento
2. Placa
3. Parte tubular
4. Força de empuxo resultante
5. Face de apoio plana
6. Canal de vazamento
7. Eixo de vazamento
8. Dispositivo de impulsão
9. Bocal interno
10. Balancim
11. Mola
Claims (5)
1. Bocal de vazamento (1) para um dispositivo de inserção- e/ou remoção de bocal do tipo que compreende um sistema de trilhos guia para deslizar um bocal para uma posição de lingotamento e um dispositivo de impulsão para aplicar uma força de empuxo no bocal de modo a assegurar o aperto com o elemento a montante (9) do canal de vazamento, onde o bocal é constituído por uma parte tubular (3) definindo um canal de vazamento (6) e, na sua extremidade superior, uma placa (2) provida de um orifício definindo um canal de vazamento (6), a placa (2) compreendendo uma superfície superior em contato com o elemento a montante (9) do canal de vazamento e uma superfície inferior formando a interface com a parte superior da parte tubular (3) do bocal; a placa (2) compreendendo duas superfícies de apoio planas (5) localizadas em dois lados opostos do canal de vazamento (6), e adequada para ser recebida no sistema de trilhos guia para a inserção de um novo bocal de vazamento na posição de lingotamento, caracterizado pelo fato das duas superfícies de apoio (5) formarem com o eixo (7) do canal de vazamento um ângulo β de 20° a 80°.
2. Bocal de vazamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as duas superfícies de apoio mencionadas (5) são paralelas à direção de queima do bocal.
compreende um bocal de vazamento (1) como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, montado em um dispositivo como definido em
3. Bocal de vazamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as duas superfícies mencionadas (5) formam com o eixo (7) do canal de vazamento um ângulo β de 30° a 60°.
4. Bocal de vazamento de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as superfícies mencionadas (5) formam com o eixo (7) do canal de vazamento um ângulo β de 45°.
5. Bocal de vazamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a placa (2) é assimétrica *·< „ . ·τ em relação ao plano perpendicular às superfícies de apoio (5) da placa do;-.;e(cV’ bocal (2) e compreendendo o eixo (7) do canal de vazamento.
6. Dispositivo de inserção e/ou remoção para um bocal de vazamento (1), caracterizado pelo fato de compreender:
(a) um sistema de trilhos guia para receber as duas superfícies de apoio de um bocal de vazamento como definido na reivindicação 1, para inserir o bocal de vazamento em uma posição de lingotamento, e para expelir o bocal de vazamento desgastado para além da posição de lingotamento, o sistema de trilhos guia compreendendo uma superfície de apoio formando com o eixo (7) do canal de vazamento um ângulo β de 20° a 80°, que é substancialmente igual ao ângulo β formado pelas superfícies de apoio da placa do bocal de vazamento com o eixo do canal de vazamento; e (b) um dispositivo de impulsão (8) para aplicar uma força de empuxo em ambas às superfícies de apoio planas (5) da placa do bocal de vazamento, para assegurar o aperto entre a superfície superior da placa do bocal e o elemento a montante (9) do canal de vazamento, quando o bocal de vazamento estiver na posição de lingotamento, em que a força de empuxo resultante é a aplicada segundo uma direção formando com o eixo (7) do canal de vazamento um ângulo oc de 10° a 70°.
7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a força de empuxo resultante (4) é aplicada segundo uma direção formando com o eixo (7) do canal de vazamento um ângulo oc de 30° a 60°.
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a força de empuxo resultante (4) é aplicada segundo uma direção formando com o eixo (7) do canal de vazamento um ângulo oc de 45°.
9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que a força de empuxo (4) é aplicada diretamente contra a superfície de apoio (5) por molas (11).
5 qualquer uma das reivindicações de 6 a 9.
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