BRPI0613508A2

BRPI0613508A2 - método e aparelho para teste das caracterìsticas de um metal fundido em forno

Info

Publication number: BRPI0613508A2
Application number: BRPI0613508-0A
Authority: BR
Inventors: Valery G Shver
Original assignee: Process Technology International Inc
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2011-01-11
Also published as: WO2007005428A1; CA2613851A1; US20070001352A1; CA2613851C; MX2008000005A; US7704444B2

Abstract

MéTODO E APARELHO PARA TESTE DAS CARACTERìSTICAS DE UM METAL FUNDIDO EM FORNO. Trata-se de um método e aparelho para teste das características de um metal fundido em forno. De preferência, o método e aparelho possibilitam o teste seguro e eficiente da temperatura e da composição do metal fundido durante o ciclo de fusão do metal. De acordo com um aspecto da invenção, usado em um processo de produção de aço em um forno a arco elétrico, uma sonda do forno é reciprocada através de uma abertura do bujão da sonda do forno, a sonda do forno é retraida da abertura do bujão da sonda do forno, uma sonda do forno é inserida através da abertura do bujão da sonda do forno, a sonda do forno é retraida da abertura e o bujão da abertura da sonda do forno é inserido na abertura do bujão da sonda do forno.

Description

Relatório descritivo da Patente de Invençãopara "MÉTODO E APARELHO PARA TESTE DASCARACTERÍSTICAS DE UM METAL FUNDIDO EM FORNO".

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se, em geral, a ummétodo e aparelho usados para a fusão, refinação e processamentode metais, e, mais especificamente, a um método e aparelho parateste das características do metal fundido em uma fundição.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

O forno a arco elétrico (EAF) produz açousando um arco elétrico para fundir uma ou mais cargas desucatas de metal, gusa líquido, materiais à base de ferro ou outrosmateriais fundíveis, que são colocadas dentro do forno. Os EAFsmodernos também são capazes de produzir aço pela fusão do DIR(ferro-esponja) combinada com o gusa líquido proveniente de umalto-forno. Além da energia elétrica do arco, queimadoresauxiliares fornecem energia química usando combustível e umgás oxidante para produzir produtos de combustão com elevadoteor calorífico para auxiliar ao arco.

Se o EAF for usado como um fundidor desucata, a carga de sucata é carregada despej ando-a no fornoatravés da abertura de teto a partir de caçambas, que também podeincluir carbono carregado e materiais de formação de escória. Ummétodo de carregamento similar, usando uma concha para o gusalíquido de um alto-forno, pode ser usado junto com a injeção doDRI por uma lança para produzir a carga. Além disso, essesmateriais podem ser adicionados através de outras aberturas noforno.

Na fase de fusão, o arco elétrico e osqueimadores fundem a carga, transformando-a em uma poça demetal fundido, chamada de metal fundido de ferro-carbono, quese acumula no fundo ou soleira do forno. Normalmente, após umbanho uniforme ter se formado pela fusão de toda a cargaintroduzida, o forno a arco elétrico entra na fase de refinação e/oudescarbonação. Nesta fase, o metal continua a ser aquecido peloarco até que os materiais de formação de escória se combinemcom as impurezas no metal fundido de ferro-carbono e subam atéa superfície na forma de escória. Durante o aquecimento do metalfundido de ferro-carbono, ele chega à temperatura e às condiçõesem que o carbono no metal fundido se combina com o oxigêniopresente no banho, formando bolhas de monóxido de carbono.

Geralmente, os fluxos de oxigênio são soprados para o banho pormeio de lanças, ou queimadores/lanças, para produzir umadescarbonação do banho pela oxidação do carbono contido nobanho.

A descarbonação resultante reduz o teor decarbono do banho a um nível determinado. Se um metal fundidode ferro-carbono tiver teor de carbono inferior a 2%, ele se tornaaço. Com exceção das operações que usam o gusa líquido dosalto-fornos, os processos de produção de aço em EAFnormalmente começam com cargas contendo menos de 1% decarbono. O carbono no banho de aço é reduzido continuamenteaté atingir o teor desejado para a produção de uma classeespecífica de aço, caindo até menos de 0,1% para aços de baixoteor de carbono.

Assim que o banho de aço atinge umatemperatura e grau desejado, ele pode ser removido do forno.

Com a necessidade de se diminuir os tempos de produção de açonos fornos a arco elétrico, é desejável identificar quando o açoestá pronto para remoção assim que ele atingir a temperatura e ascondições desejadas. Infelizmente, há diversas barreiras quedevem ser ultrapassadas a fim de determinar se o metal fundidoestá pronto para o vazamento.

O forno deve atingir temperaturas elevadíssimaspara fundir a carga, transformando-a em metal fundido. Porexemplo, sucatas de metal se fundem a aproximadamente 2768 0F(1.520 0C). Para atingir tais temperaturas elevadas, os fornos deprodução de aço geralmente são totalmente fechados, com omínimo de aberturas. Em virtude das pressões negativas no EAF,as aberturas do forno podem deixar o ar ambiente entrar no fornoe criar pontos frios. Além disso, muitas vezes se deseja elevar atemperatura do metal fundido a um nível suficiente acima doponto de fusão (geralmente, de 1.621,11 0C a 1.676,67 0C (29500F - 3050 0F)) para permitir que o metal fundido seja transferidodo forno para o local desejado e recebe processamento adicionalsem que ocorra solidificação prematura.Além disso, em vista da temperatura elevada,não é muito prático instalar um medidor fixo de temperatura noforno para monitorar a temperatura do banho de metal fundido.

Por essa razão, os produtores de aço costumam usar termoparesdescartáveis para verificar a temperatura do banho líquido.

Normalmente, montam-se sondas descartáveis em mangas depapelão que deslizam sobre um pólo da sonda de aço, o qualpossui contatos elétricos internos. A sonda descartável transmiteum sinal elétrico para o pólo de aço, que, por sua vez, transmite osinal para uma unidade eletrônica, que o interpreta. Podem serusadas sondas adicionais para determinar o teor de carbono e osníveis de oxigênio dissolvido no metal fundido. Várias sondas detemperatura e teor químico descartáveis são conhecidas natécnica.

Geralmente, as sondas descartáveis sãoinseridas no forno através da porta de escória. Infelizmente,muitas são as desvantagens ao se medir a temperatura pela portade escória aberta. Por exemplo, quando a porta está abertura, umagrande quantidade de calor pode escapar do forno. Se, nessemomento, o banho de metal fundido estiver abaixo da temperaturadesejada, as várias sondas de temperatura terão ser feitas, casoeste em que o forno terá de compensar pelo calor perdido duranteesse processo, consumindo mais energia.

Outra desvantagem em medir os parâmetros dobanho de aço através da porta de escória está envolvida noprocesso de inserir a sonda no banho líquido. Há muitos anos, aúnica forma de introduzir as sondas no metal fundido eramanualmente. Essa operação manual colocava o operador sujeitoa grande risco de lesões. Hoje em dia, algumas usinas de aço efundições ainda usam esse procedimento manual, pois o custo damaioria dos sistemas alternativos é proibitivo. A cada ano, muitosoperadores sofrem graves lesões, e até morrem, ao realizarmanualmente a operação de medição do forno. Essas lesõescostumam ocorrer quando o volume de escória aumentarapidamente no forno e transborda, provocando assim lesões nooperador.

O transbordamento de escória é geralmentecausado pela rápida reação do oxigênio e do carbono no forno. Ooxigênio é injetado no banho de aço com o objetivo de removerou equilibrar os elementos, como por exemplo, mas sem a isto selimitar, enxofre, fósforo, manganês, silício e carbono. Embora ocarbono reaja rapidamente com o oxigênio, à medida que aconcentração de carbono no banho de aço cai abaixo de 0,10% empeso, a reação entre o oxigênio e o carbono desaceleraconsideravelmente. De modo a reduzir o carbono a menos de0,05% no banho de aço, o nível de oxigênio ativo ou livre no açodeve ser de aproximadamente 500 ppm. Se qualquer material,como escória ou sucata, caísse das paredes do forno para o banhode aço, ocorreria uma erupção. Os elementos oxidáveis na escóriaou no aço reagiriam com o oxigênio ativo no banho de aço, ecriariam, numa rapidez extrema, grande quantidade de gasesinflamáveis. Esses gases podem explodir subitamente, com forçasuficiente para arremessar a escória e o aço a uma grandedistância. Além disso, quando os gases inflamáveis criados nestareação estiverem saindo do forno através da porta de escória, elesentram imediatamente em combustão com o ar fora do forno, comisso aumentando a intensidade da reação.

Tais reações ocorrem com tanta rapidez que secria um efeito explosivo. Tragicamente, se tais reações ocorreremenquanto a porta de escória estiver aberta para medição manual, afervura da escória pode transbordar o forno e provocar graveslesões no operador. Atualmente, muitos operadores de forno usamum dispositivo móvel grande e caro para inserir as sondas noforno. Uma vez que a porta de escória deve permanecer limpapara remover a escória do forno, não é possível instalar umaferramenta especializada para inserção de sonda de temperaturaadjacente à porta de escória. Em vez disso, o dispositivo precisater ou um braço longuíssimo para atravessar a porta de escória echegar ao banho, ou deve ser móvel para que possa ser movidopara fora do caminho da porta para outros processos.

Quando a porta de escória é aberta, toda aescória e metal retido na abertura da porta devem ser limpos parapermitir a inserção da sonda de medição. A limpeza da porta podeser feita com um grande êmbolo, que empurra a escória e a sucatapara fora da abertura da porta, em direção ao metal fundido. Vistoque qualquer sucata presa na abertura é empurrada para o metalfundido adjacente à porta, a sonda inserida através da porta nãoconsegue medir a temperatura do metal fundido com facilidade. Eprática comum, na indústria, aguardar até que essa sucata sejafundida antes de tirar uma medição. Essa prática agrega tempoextra à fase de fusão, e, portanto, despesas adicionais no processode produção de aço.

Há outras possíveis opções disponíveis para ainserção da sonda de temperatura, mas elas sofrem dedesvantagens significativas, e não costumam ser usadas naindústria. Em primeiro lugar, poderia ser feita uma abertura naparede lateral do forno, e depois uma sonda de temperatura seriainserida através dela. Infelizmente, não há um local adequadopara tal abertura. Se a abertura fosse disposta na parte de baixo doforno, próximo ao metal fundido, ela ficaria entupida com escória.Dessa forma, a escória teria de ser removida antes da inserção dasonda. Antes da presente invenção, não havia um dispositivodisponível para limpar a escória de tal abertura com facilidade eeficiência. A limpeza da escória da abertura é uma tarefa onerosa,pois a escória se solidifica nas paredes do forno, podendo setornar bastante espessa. Assim, seria difícil limpar a escória daabertura e inserir a sonda de temperatura de maneira eficiente.

Como alternativa, a abertura poderia serdisposta bem no alto da parede lateral do forno, onde ela teriamenos chances de se tornar obstruída com escória. Essa soluçãotambém não é desejável, uma vez que a abertura de acesso ficariadistante do metal fundido. Desse modo, seria necessário um pólode sonda excepcionalmente longo para alcançar o metal fundido.Portanto, seria vantajoso oferecer um método eaparelho para medir a temperatura de um banho de metal fundidoatravés de uma abertura no forno, que não seja a porta de escória.

Além disso, seria vantajoso oferecer um métodoe aparelho para medir a temperatura de um banho de metalfundido através de uma abertura especial para a sonda detemperatura.

Além disso, seria vantajoso oferecer um métodoe aparelho para remover a escória de uma abertura especial para asonda de temperatura.

Além disso, seria vantajoso oferecer um métodoe aparelho para medir características do banho de metal fundidoatravés de uma abertura especial para a sonda, próxima ao banho.

Além disso, seria vantajoso oferecer um métodoe aparelho para amostrar um banho de metal fundido usando umasonda metalúrgica para realizar análise química no metal.

Além disso, seria vantajoso oferecer um fornocom uma abertura especial para a sonda.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção oferece um método eaparelho para teste das características do metal fundido em umforno. De preferência, o método e aparelho possibilitam o testeseguro e eficiente da temperatura e da composição do metalfundido durante o ciclo de fusão do metal.

De acordo com um aspecto da invenção, umbujão de sonda do forno é reciprocado através de uma abertura dobujão da sonda do forno, o bujão da sonda do forno é retraído daabertura do bujão da sonda do forno, uma sonda do forno éinserida através da abertura do bujão da sonda do forno, a sondado forno é retraída da abertura e o bujão da abertura da sonda doforno é inserido na abertura do bujão da sonda do forno.

De acordo com outro aspecto da presenteinvenção, o aparelho de sonda do forno inclui um invólucro demontagem para proteger o aparelho de sonda do forno e montá-lono forno.

De acordo com outro aspecto da presenteinvenção, o bujão da abertura da sonda do forno pode serreciprocado mais de uma vez durante um ciclo de fusão de metal.

Além disso, o bujão da abertura da sonda doforno pode ser reciprocado periodicamente durante o ciclo defusão de metal.

De acordo com outro aspecto da presenteinvenção, o bujão da abertura da sonda do forno é reciprocadopara remover a escória da abertura da sonda do forno. Depreferência, a reciprocação do bujão da abertura da sonda doforno através da abertura do bujão de sonda do forno remove pelomenos uma parte do acúmulo de escória próximo à abertura dasonda do forno. Além disso, quando o bujão da abertura da sondado forno é reciprocado através da abertura da sonda do forno, eleé estendido através da abertura, passa pela parede do invólucro dasonda do forno, e então se retrai para sua posição originalfechada.De acordo com outro aspecto da presenteinvenção, o aparelho de sonda do forno para uso em um forno aarco elétrico compreende um bujão da abertura da sonda do fornoadaptado para inserção em uma abertura da sonda do forno e umreciprocador do bujão da abertura da sonda do forno para mover obujão da abertura da sonda do forno. De preferência, oreciprocador do bujão da abertura da sonda do forno é acopladoao bujão da abertura da sonda do forno e adaptado para mover obujão entre uma posição retraída e uma posição inserida emrelação à abertura da sonda do forno. Quando o bujão da aberturada sonda do forno está na posição inserida, ele fecha a abertura dasonda do forno e impede a entrada de escória, e outros resíduos,no aparelho de sonda de forno. Quando o bujão da abertura dasonda do forno está na posição retraída, ele permite a passagemde uma sonda do forno através da abertura da sonda do forno.

De acordo com outro aspecto da presenteinvenção, o reciprocador do bujão da abertura da sonda do forno éum braço telescópico adaptado para avançar e retrair o bujão daabertura da sonda do forno.

De acordo com outro aspecto da presenteinvenção, o invólucro de montagem do aparelho de sonda doforno é resfriado a fluido e adaptado para proteger o bujão daabertura da sonda do forno e a sonda do forno contra o ambientehostil do forno.

De acordo com outro aspecto da presenteinvenção, o aparelho de sonda do forno é montado na etaparefratária do forno e é acessado através de um painel lateral daparede do forno.

De acordo com ainda outro aspecto da presenteinvenção, o invólucro de montagem inclui um defletor paradesviar a sucata carregada no forno para longe da sonda do fornoe do bujão da abertura. De preferência, o defletor é um pórticoinclinado em direção ao interior do forno. Além disso, o invólucrode montagem pode incluir enrugamentos para reter a escória. Aescória ajuda a isolar o dispositivo de montagem do calor doforno.

Esses e outros aspectos, bem como vantagens,que caracterizam as várias concretizações preferidas da presenteinvenção, transparecem quando da leitura da descrição detalhadaa seguir e quando do exame dos desenhos associados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIG. 1 é uma vista lateral em seçãotransversal de uma concretização ilustrativa de um aparelho desonda de forno montado em um forno a arco elétrico, e que éconstruído de acordo com uma concretização exemplificativa dapresente invenção.

A FIG. 2 é uma vista lateral em seçãotransversal do aparelho de sonda de forno ilustrado na FIG. 1,ilustrando o bujão da abertura da sonda do forno em uma posiçãoretraída e uma sonda inserida através da abertura da sonda doforno.A FIG. 3 é uma vista lateral em seçãotransversal do aparelho de sonda de forno ilustrado na FIG. 1,ilustrando o bujão da abertura da sonda do forno em uma posiçãoinserida.

A FIG. 4 é uma vista lateral em seçãotransversal do aparelho de sonda de forno ilustrado na FIG. 1,ilustrando o bujão da abertura da sonda tanto na posição retraídacomo na posição inserida.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS

Referindo-se agora aos desenhos, nos quaisnúmeros similares representam elementos similares, asconcretizações exemplificativas da presente invenção sãodescritas neste documento.

A FIG. 1 é uma vista lateral em seçãotransversal de uma concretização ilustrativa de um aparelho desonda de forno montado em um forno a arco elétrico ("EAF"), eque é construído de acordo com uma concretizaçãoexemplificativa da invenção. Em uma concretizaçãoexemplificativa, o EAF 100 funde sucata ferrosa, ou outrosmateriais à base de ferro, por meio de um arco elétrico produzidopor um ou mais eletrodos para coletar um banho de metal fundidoou metal fundido 150 em sua soleira. O nível do banho de metalvaria significativamente durante o processo de fusão. O nível dobanho geralmente começa com um nível de resíduo quente, que éo metal fundido de ferro remanescente do aquecimento anterior.À medida que cargas de sucata ou de outros materiais à base deferro são fundidas, o nível aumenta. O forno é normalmentepreenchido até um nível de aproximadamente 18 polegadas (45,72cm) para baixo a partir da linha de soleira 155. Outros processosde produção de aço, como a fusão do DRI e o processo ConSteel,produzem mudanças de nível do banho similares. Normalmente, asoleira do EAF tem em geral forma esférica, e é feita de materialrefratário capaz de suportar a elevada temperatura do metalfundida. A soleira do EAF 100 é normalmente circundada poruma carcaça superior composta de uma série de painéis resfriadosa fluido. Sabe-se que os painéis resfriados a fluido que formam aparede lateral 160 do forno 100 podem ser de vários tiposconvencionais. Esses painéis são normalmente alimentados comfluido refrigerante por condutos de alimentação circunferencial,que são conectados de forma que o fluido circule através dospainéis e depois saia para expulsar o calor.

Como alternativa, podem ser usados painéisresfriados a pulverização em vez de painéis resfriados a fluido.Em um típico sistema resfriado a pulverização, usam-se duascarcaças de chapa concêntricas separadas por um vão. Entre asduas carcaças, estão instalados numerosos bicos pulverizadoresadaptados para pulverizarem a parte externa da carcaça interna (acarcaça adjacente ao interior do forno). O fluido pulverizadosobre a carcaça resfria o material da carcaça.

O metal fundido 150, geralmente composto deferro e carbono, geralmente é coberto com várias quantidades deescória, produzida pelas reações químicas entre o metal fundido eos materiais de formação de escória adicionados ao forno antes oudurante o processo de fusão do metal. Assim que a sucata demetal ou outra carga tiver sido fundida, o banho de metal 150 égeralmente refinado por aditivos e descarbonizado porlançamento de oxigênio. Isso produz a química necessária para afusão e reduz o teor calorífico do metal para a classe de açodesejada.

Após os eletrodos serem ligados, pode-sedesenvolver uma escória espumosa injetando carbono particuladopara proteger os componentes do forno contra a radiação do arco.

Durante a refinação e depois dela, o banho de metal 150 égeralmente aquecido, pelo arco elétrico, acima de sua temperaturade fusão. O superaquecimento é usado para permitir que o banhode metal 150 permanece a uma temperatura suficientementeelevada enquanto é transportado em uma concha e enquantooutras etapas do processo são consumadas. Caso o metal fundido150 não contenha um nível de carbono adequado à classe de açodesejada, então ele deve ser carbonado novamente pela adição decarbono ao banho, ou à concha, durante ou após o vazamento dometal fundido. O metal fundido 150 pode carecer de um níveladequado de carbono devido aos materiais que foram fundidospara formar o banho ou devido ao fato de o lançamento deoxigênio ter diminuído o teor de carbono a um limiar abaixo dodesejado.Antes de remover o metal fundido 150 do forno100, é importante verificar se o metal fundido 150 atingiu atemperatura apropriada e se ele tem as características desejadas.Em uma concretização exemplificativa da presente invenção, atemperatura e as características químicas do metal fundido 150são medidas usando uma sonda. Os versados na técnica estãofamiliarizados com as diversas sondas disponíveis para mediçãoda temperatura e da composição química do metal fundido 150.

A FIG. 2 é uma vista lateral em seçãotransversal do aparelho de sonda de forno ilustrado na FIG. 1,ilustrando o bujão da abertura da sonda em uma posição retraída.Conforme ilustrado na FIG. 2, o aparelho de sonda de forno 200de acordo com uma concretização exemplificativa da presenteinvenção geralmente inclui, sem a isto se limitar, um invólucro doaparelho de sonda de forno 115, um bujão da sonda de forno 105,um reciprocador da sonda de forno 110 e um receptáculo da sonda120.

Referindo-se novamente à FIG. 1, o aparelho desonda de forno 200 é, de preferência, montado através de umaabertura no painel da parede lateral de resfriamento de fluido 160do forno 100. Na concretização ilustrada, o invólucro demontagem 115 repousa, de preferência, sobre o degrau 130formado entre os painéis da parede lateral 160 da carcaça superiordo forno 100 e a parede refratária da soleira 135. Comoalternativa, o aparelho de sonda de forno 200 poderia sersuportado ou suspenso por outro membro estrutural adequado doforno 100.

O bujão da sonda do forno 105 e o receptáculoda sonda do forno 120 podem ser montados no invólucro doaparelho de sonda de forno 115. O invólucro do aparelho desonda de forno 115 é montado, de preferência, na parte inferior daparede lateral 160 do forno ou no degrau refratário 130 paraoferecer acesso à sonda próximo à superfície do metal fundido150. O invólucro de montagem 115 também oferece proteção parao bujão da sonda do forno 105 e para o receptáculo da sonda doforno 120 contra o calor intenso do forno 100 e contra danosmecânicos causados pela queda de sucata. Em operação normal,uma cobertura de escória se forma sobre o invólucro demontagem 115. A cobertura de escória ajuda a isolar o invólucrode montagem 115 contra o calor no forno.

O receptáculo da sonda do forno 120 é,geralmente, inclinada para baixo em um ângulo de sondagem, depreferência entre 30 e 30 graus, para direcionar a inserção de umasonda 125 através da abertura da sonda do forno 140 em direçãoao metal fundido de metal 150 na soleira do forno 100. Parafacilitar as medições pela parede lateral 160, é preferível que asonda 125 seja inserida em um ângulo que não seja nem muitofechado nem muito pronunciado. Se o ângulo for muitopronunciado, a sonda pode entrar em contato com a soleira doforno 100 na extremidade inferior, produzindo mediçõesimprecisas, ou interferir nos elementos resfriados a fluido daparede lateral na carcaça superior na extremidade superior. Se oângulo for muito pequeno, pode-se tornar necessária uma sondaexcepcionalmente longa para alcançar o metal fundido 150. Maispreferivelmente, usa-se um ângulo de aproximadamente 45 graus(+/- 15 graus).

Em uma concretização exemplificativa dapresente invenção, o receptáculo da sonda do forno 120 tem, depreferência, forma cilíndrica, com uma abertura aumentada,afunilada, para direcionar a sonda do forno 125 através daabertura da sonda do forno 140. Além disso, como ilustrado naFIG. 2, o receptáculo da sonda do forno pode incluir um canal dear comprimido 210 para injetar ar comprimido através doreceptáculo da sonda do forno 120 e da abertura da sonda doforno 140. O ar comprimido pode soprar qualquer escória ouresíduo para fora da abertura da sonda do forno 140 quando obujão da abertura da sonda do forno 105 é retraído. É preferívelinjetar ar comprimido através da abertura da sonda do forno 140sempre que o bujão da abertura da sonda do forno 105 estiver naposição retraída.

Em uma concretização alternativa da presenteinvenção, o bujão da abertura da sonda do forno pode ser omitidoe um fluxo de ar comprimido pode ser injetado continuamenteatravés da abertura para manter a abertura livre de escória eresíduos. Normalmente, essa solução não é desejável, devido aocusto envolvido na injeção contínua de ar comprimido e a seuefeito de resfriamento sobre o metal fundido.Em uma concretização exemplificativa dapresente invenção, o receptáculo da sonda do forno 120 inclui umdisparador para injetar automaticamente o ar comprimido atravésda abertura da sonda do forno quando o bujão da abertura dasonda do forno 105 é retraído. Além disso, o disparador pode seradaptado para bloquear automaticamente o fluxo de arcomprimido quando o bujão da abertura da sonda do forno 105 éreinserido na abertura da sonda do forno 140.

Referindo-se novamente à FIG. 2, o aparelho desonda de forno 200 é ilustrado com o bujão da sonda de forno 105retraído da abertura da sonda do forno 140. Em uso, o bujão dasonda do forno 105 é retraído para limpar a abertura da sonda doforno 140 para a inserção de uma sonda do forno 125. Conformeilustrado na FIG. 2, o receptáculo da sonda do forno 120 direcionauma sonda do forno 125 através da abertura da sonda do forno140. Assim, a sonda do forno 125, via o receptáculo da sonda doforno 120, e o bujão do receptáculo da sonda do forno 105, sãoinseridos pela mesma abertura. A FIG. 2 mostra que a sonda doforno 125 e o receptáculo da sonda do forno 120 possuemcaminhos que se cruzam. De modo que a sonda 125 seja inseridaatravés da abertura da sonda do forno 140, o bujão da abertura dasonda do forno 105 é retraído o suficiente para permitir apassagem da sonda 125. A FIG. 2 ilustra esta relação à medidaque o bujão da abertura da sonda do forno 105 é retraído,limpando o caminho da sonda 125.Conforme ilustrado na Fig. 2, umaconcretização exemplificativa do invólucro da sonda do forno 115compreende um painel superior resfriado a fluido 240, um painelfrontal resfriado a fluido 230 e um painel inferior resfriado afluido 250. Além disso, o painel frontal resfriado a fluido 230pode compreender uma parte superior 234 que é inclinada emdireção ao centro do forno e uma parte inferior 235 que éinclinada para dentro em direção à lateral do forno. Comoalternativa, a parte inclinada 234 pode fazer parte do painelsuperior resfriado a fluido 240, ou pode ser usada no lugar dopainel superior resfriado a fluido 240. De preferência, a partesuperior 234 inclui enrugamentos para reter escória, com issoisolando o invólucro da sonda do forno 115 contra o calor intensodo forno. De preferência, a parte inferior 235 é inclinada paradentro em um ângulo de umidade. O ângulo de umidade é umângulo em que o fluido se adere à superfície, apesar de agravidade afastar o fluido da superfície. De preferência, o ângulode umidade está entre 5 a 10 graus na vertical. A inclinação paradentro da parte inferior 235 da parede frontal 230 do invólucro115 permite que a abertura da sonda do forno 140 seja protegidacontra a queda de sucatas pela parte superior 234 da superfíciefrontal 230.

Referimos-se agora à FIG. 3, que é uma vistalateral em seção transversal do invólucro da sonda do forno com obujão da abertura da sonda do forno 105 na posição à frente.Conforme ilustrado na FIG. 3, quando o bujão da abertura dasonda do forno 105 está na posição à frente (ou fechada, ouinserida), o bujão 105 preenche a abertura da sonda 140. Nestaposição, o bujão 105 impede a entrada de escória e de outrosresíduos no aparelho de sonda de forno 200. Geralmente, épreferível que o bujão 105 seja posicionado de maneiramanivelada com a parede externa do invólucro 115, ouligeiramente estendido através da abertura 140. Se o bujão daabertura da sonda do forno 105 estiver posicionado dentro daabertura de modo que fique ligeiramente retraído, o dispositivo desonda do forno ainda deve operar corretamente. Entretanto, édesejável que o bujão da abertura da sonda do forno 105 bloqueiea abertura o suficiente para minimizar a saída de escória eresíduos do forno e para minimizar a entrada de ar ambiente noforno.

Em uma concretização exemplificativa dapresente invenção, o bujão de abertura da sonda do forno 105 éresfriado a fluido para protegê-lo contra o calor intenso do forno.

De preferência, as paredes laterais e a face frontal do bujão 105incluem canais de fluido para o resfriamento das superfíciesexternas. Como alternativa, o bujão pode incluir bicospulverizadores internos para resinar a face frontal do bujão pelointerior. Conforme ilustrado na FIG. 2, o fluido pode sercanalizado através do bujão 105 usando a entrada de fluido 205 ea saída de fluido 206. Os versados na técnica de produção de açoestão familiarizados com o uso de canais de resfriamento a fluidopara o resfriamento de componentes do forno. O uso de canais deresfriamento a fluido é de particular interesse na face frontal dobujão da abertura da sonda do forno 105, pois ele é exposto aocalor do forno durante a maior parte do ciclo de fusão do forno.

Em uma concretização exemplificativa dapresente invenção, o bujão da abertura da sonda do forno 105 éretraído por um reciprocador do bujão da abertura da sonda doforno 110. Como alternativa, outro dispositivo pode ser usadopara retrair o bujão da abertura da sonda do forno 105 a partir daabertura da sonda do forno 140. Em mais uma concretizaçãoalternativa, O bujão da abertura da sonda do forno 105 pode serremovido ou retraído manualmente.

Conforme ilustrado na FIG. 2, o reciprocador dobujão da abertura da sonda do forno 110 pode ser um braçotelescópico acoplado ao bujão da abertura da sonda do forno 105.O reciprocador do bujão da abertura da sonda do forno 110 podeser acoplado ao bujão da abertura da sonda do forno 105 usandoqualquer dispositivo de acoplamento adequado, inclusive, sem aisto se limitar, um flange 215 que se estende entre o reciprocador110 e o bujão 105. Em uma concretização alternativa da presenteinvenção, o braço telescópico pode ser substituído por umdispositivo mecânico alternativo capaz de exercer uma forçasobre o bujão da abertura da sonda do forno 105 para retrair eestender o bujão 105.

De preferência, o reciprocador do bujão daabertura da sonda do forno 110 é controlado por meioseletrônicos. Além disso, o reciprocador do bujão da abertura dasonda do forno 110 pode ser controlado automaticamente em ummomento predeterminado, ou pode ser controlado via umainterface do operador. A interface do operador pode serimplementada usando um interruptor, alavanca, software ou outromecanismo de interface do operador. Como alternativa, oreciprocador do bujão da abertura da sonda do forno 110 pode sercontrolado usando vários dispositivos capazes de inserir e retrair obujão da abertura da sonda do forno 105.

De acordo com uma concretizaçãoexemplificativa da presente invenção, o reciprocador do bujão daabertura da sonda do forno 110 pode ser adaptado para mover obujão da abertura da sonda do forno 105 através da abertura dasonda do forno 140 para limpar a escória da abertura 140. Alémdisso, geralmente é preferível estender o bujão da abertura dasonda do forno 105 através da abertura da sonda do forno 140periodicamente durante um ciclo de fusão para impedir que oacúmulo substancial de escória obstrua a abertura 140, impedindoassim a inserção da sonda 125. Durante um ciclo de fusão, écriada escória no forno 100, que pode se acumular em qualquerdispositivo exposto no forno 100.

Se quantidades significativas de escória seacumularem na abertura da sonda do forno 140, pode ser difícilremover a escória rapidamente antes da inserção da sonda doforno 125. A escória pode se tornar dura ao aderir-se a umaparede lateral 160 ou a um dispositivo do forno, tal como oaparelho de sonda do forno 200. Se a escória se acumular sobre aabertura da sonda do forno 140, dependendo do nível de acúmulo,pode ser necessário limpar a escória antes de inserir a sonda 125.

Logo, é desejável evitar o acúmulo significativo de escória. Ummétodo exemplificativo para impedir o acúmulo de escória deacordo com a presente invenção envolve reciprocar o bujão daabertura da sonda do forno 105 periodicamente para limpar aabertura 140. O movimento recíproco de preferência avança obujão 140 através da abertura 140 a uma distância suficiente pararemover a escória, e depois retorna o bujão 105 para sua posiçãodentro da abertura 140. Geralmente, uma distância de uma aquatro polegadas (2,54 a 10,16 cm) é suficiente para limpar aescória. O movimento recíproco para frente e para trás do bujão105 limpa a escória da abertura 140 e impede o acúmulo esolidificação de grandes quantidades de escória em volta daabertura 140.

Em uma concretização exemplificativa dapresente invenção, o bujão 105 é reciprocado diversas vezesdurante um ciclo de fusão, de preferência ao menos duas vezes.

Se reciprocar duas vezes o bujão 105 durante o ciclo de fusão nãofor suficiente para manter limpa a abertura da sonda do forno, obujão 105 pode ser reciprocado periodicamente durante o ciclo defusão. Um período exemplificativo para reciprocação do bujão105 é de aproximadamente uma vez a cada cinco minutos. Emoperações de forno com maior acúmulo de escória, pode serdesejável reciprocar o bujão 105 a uma velocidade mais rápida.É desejável que a abertura da sonda do forno140 esteja livre de escória quando a sonda do forno 125 forinserida. Logo, pode ser desejável reciprocar o bujão da aberturada sonda do forno justamente antes da inserção da sonda 125 pararemover a escória adicional próxima à abertura da sonda do forno140.

Em uma concretização alternativa da presenteinvenção, a escória pode ser limpa da abertura da sonda do fornocom a retração do bujão da abertura da sonda do forno e a injeçãode ar comprimido através da abertura da sonda do forno 140. Ofluxo de ar pode soprar a escória para fora da abertura 140. Comoalternativa, outros gases, ou líquidos, podem ser usados no lugardo ar comprimido.

Conforme ilustrado na FIG. 3, o invólucro demontagem da sonda do forno 115 circunda e encerra oreceptáculo da sonda do forno 120 e o bujão da abertura da sondado forno 105. O invólucro de montagem da sonda do forno 115 é,de preferência, resfriado a fluido para protegê-lo contra o calor noforno. Conforme ilustrado na FIG. 3, o canal de resfriamento afluido 206 é usado para direcionar água, ou outro fluido deresfriamento, através do invólucro de montagem da sonda doforno 115.

O invólucro de montagem da sonda do forno115 também inclui, de preferência, um pórtico inclinado 234 paradirecionar as sucatas e resíduos para o centro do forno. Alémdisso, o pórtico inclinado 234 pode incluir enrugamentos paraaprisionar escória na superfície do invólucro 115 para ajudar aisolar o invólucro 115 contra o calor do forno.

A FIG. 4 é uma vista lateral em seçãotransversal do aparelho de sonda de forno, ilustrando o bujão daabertura da sonda tanto na posição retraída como na posiçãoinserida. As linhas cheias na FIG. 4 ilustram o bujão da aberturada sonda do forno 105 na posição retraída, e as linhas tracejadasilustram o movimento do bujão 105 para a posição fechada e omovimento recíproco do bujão 105. A FIG. 4 ilustra a relaçãoentre as posições do bujão da abertura da sonda do forno 105 nasFIGS. 2 e 3.

Embora as várias concretizações da presenteinvenção tenham sido descritas em detalhes com referênciaparticular a concretizações exemplificativas, os versados natécnica compreenderão que variações e modificações podem serefetuadas dentro do âmbito da invenção, conforme definido nasreivindicações anexas. Logo, o âmbito das várias concretizaçõesda presente invenção não deve se limitar às concretizaçõesdiscutidas acima, devendo ser definido apenas pelasreivindicações seguintes e pelos equivalentes aplicáveis.

Claims

1. - Método de medição das características dometal fundido em um forno de fusão de metal, caracterizado porcompreender as etapas de:reciprocar um bujão da sonda do forno atravésde uma abertura do bujão da sonda do forno;retrair o bujão da sonda do forno a partir daabertura do bujão da sonda do forno;inserir uma sonda do forno através da aberturado bujão da sonda do forno;retrair o bujão da sonda do forno a partir daabertura do bujão da sonda do forno;e inserir o bujão da sonda do forno na aberturado bujão da sonda do forno;

2. - Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de reciprocar um bujão dasonda do forno através de uma abertura do bujão da sonda doforno compreende reciprocar o bujão da abertura da sonda doforno pelo menos duas vezes durante um ciclo de fusão.

3. - Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de reciprocar um bujão dasonda do forno através de uma abertura do bujão da sonda doforno remove pelo menos uma parte do acúmulo de escóriapróximo à abertura do bujão da sonda do forno.

4. - Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de reciprocar um bujão dasonda do forno para remover o acúmulo de escória em umaabertura do bujão da sonda do forno compreende reciprocar asonda do forno periodicamente durante um ciclo de fusão.

5. - Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a etapa de reciprocar um bujão dasonda do forno para remover o acúmulo de escória em umaabertura do bujão da sonda do forno compreende reciprocar asonda do forno antes da inserção de uma sonda do forno.

6. - Aparelho de sonda de forno para uso em umforno a arco elétrico, caracterizado por compreender:um bujão da abertura da sonda do fornoadaptado para inserção em uma abertura da sonda do forno em umforno de fusão de metal;um reciprocador do bujão da abertura da sondado forno acoplado ao bujão da abertura da sonda do forno eadaptado para remover o bujão da abertura da sonda do forno apartir da abertura da sonda do forno;em que a abertura da sonda do forno é adaptadapara receber uma sonda do forno quando o bujão da abertura dasonda do forno é removido da abertura da sonda do forno.

7. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado por adicionalmente compreender uma sonda deforno.

8. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que o bujão da sonda do forno éresfriado a fluido.

9. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o fluido é um fluido compressível.

10. - Aparelho, de acordo com a reivindicação-8, caracterizado pelo fato de que o fluido é um fluido nãocompressível.

11.- Aparelho, de acordo com a reivindicação-8, caracterizado pelo fato de que o fluido é uma combinação defluidos compressíveis e não compressíveis.

12. - Aparelho, de acordo com a reivindicação-8, caracterizado pelo fato de que o aparelho está localizadopróximo a uma região de introdução de energia química no forno.

13. - Aparelho, de acordo com a reivindicação-12, caracterizado pelo fato de que a região de introdução deenergia química está próxima a uma lança de injeção de carbono.

14. - Aparelho, de acordo com a reivindicação-12, caracterizado pelo fato de que a região de introdução deenergia química está próxima a um queimador.

15. - Aparelho, de acordo com a reivindicação-12, caracterizado pelo fato de que a região de introdução deenergia química está próxima a uma lança de oxigênio.

16. - Aparelho, de acordo com a reivindicação-6, caracterizado pelo fato de que o reciprocador do bujão da sondado forno é adicionalmente adaptado para reciprocarperiodicamente o bujão da abertura da sonda do forno durante umciclo de fusão do forno a arco elétrico.

17. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o reciprocador do bujão da sondado forno é adicionalmente adaptado para reciprocar o bujão daabertura da sonda do forno pelo menos duas vezes durante umciclo de fusão.

18. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o reciprocador do bujão da sondado forno é um braço telescópico.

19. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o reciprocador do bujão da sondado forno é adaptado para mover linearmente o bujão da sonda doforno.

20. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o reciprocador do bujão da sondado forno é adaptado para mover o bujão da sonda do forno em ummovimento arqueado.

21. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o reciprocador do bujão da sondado forno move manualmente o bujão da sonda do forno.

22. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o reciprocador do bujão da sondado forno move automaticamente o bujão da sonda do forno.

23. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o reciprocador do bujão da sondado forno retorna o bujão da sonda do forno para praticamente omesmo local a partir do qual o bujão da sonda do forno foiremovido.

24. - Aparelho de sonda de forno para uso emum forno tendo uma soleira de material refratário, umamultiplicidade de painéis resfriados a fluido formando umaparede lateral, e um degrau refratário estendendo-se por umalargura entre a parede lateral e a soleira, o referido dispositivo demontagem sendo caracterizado por compreender:um invólucro de montagem tendo uma aberturada sonda do forno e adaptado para montagem no referido forno;um bujão da sonda do forno resfriado a fluido,adaptado para inserção na abertura da sonda do forno noinvólucro de montagem; eum reciprocador do bujão da sonda do forno,acoplado ao bujão da sonda do forno resfriado a fluido e adaptadopara remover o bujão da sonda do forno resfriado a fluido a partirda abertura da sonda do forno;em que a abertura da sonda do forno é adaptadapara receber uma sonda do forno quando o bujão da sonda doforno resfriado a fluido é removido da abertura da sonda do forno.

25. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado por adicionalmente compreender uma sonda deforno.

26. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o invólucro de montagem seestende por uma largura, a partir da parede lateral,aproximadamente igual à largura do degrau refratário.

27. - Aparelho, de acordo com a reivindicação-24, caracterizado pelo fato de que o invólucro de montagem temum painel traseiro adjacente a uma parede lateral do forno, opainel lateral tendo uma abertura de parede lateral adaptada paraoferecer acesso ao aparelho através da parede lateral do forno.

28. - Aparelho, de acordo com a reivindicação-24, caracterizado por adicionalmente compreender:um defletor disposto no invólucro de montagempara desviar a sucata carregada no forno para longe da abertura dasonda do forno.

29. - Aparelho, de acordo com a reivindicação-28, caracterizado pelo fato de que o defletor é um pórticoinclinado em direção ao interior do forno.

30. - Aparelho, de acordo com a reivindicação-24, caracterizado por adicionalmente compreender um retentor deescória para reter a escória próxima ao dispositivo de montagempara isolar o dispositivo de montagem do calor do forno.

31.- Aparelho, de acordo com a reivindicação-30, caracterizado pelo fato de que o retentor de escóriacompreende ondulações para reter a escória.

32. - Aparelho, de acordo com a reivindicação-24, caracterizado pelo fato de que o referido invólucro demontagem inclui uma superfície frontal voltada para o interior doforno, em que a superfície frontal é inclinada para baixo em umângulo de umidade.

33. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o ângulo de umidade está entrecinco e dez graus a partir da vertical.

34. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o reciprocador do bujão dasonda do forno é um braço telescópico.

35. - Aparelho de sonda de forno para uso emum forno a arco elétrico, caracterizado por compreender:uma primeira porta adaptada para receber umasonda do forno; euma segunda porta adaptada para receber umbujão da abertura da sonda do forno; em que a primeira porta e asegunda porta são adaptadas para se comunicarem com umaabertura comum do forno.

36. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado por adicionalmente compreender um bujão daabertura da sonda do forno adaptado para inserção na segundaporta.

37. - Aparelho, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado por adicionalmente compreender umreciprocador do bujão da abertura da sonda do forno acoplado aobujão da abertura da sonda do forno e adaptado para remover obujão da abertura da sonda do forno a partir da abertura do forno.