BRPI0711913A2 - vaso de reduÇço direta, elemento resfriador de cobre ou liga de cobre para resfriamento de material refratÁrio e elementos de resfriamento para localizaÇço em uma soleira revestida de refratÁrio de um vaso de reduÇço direta - Google Patents

Abstract

<UM>VASO DE REDUÇAO DIRETA, ELEMENTO RESFRIADOR DE COBRE OU LIGA DE COBRE PARA RESFRIAMENTO DE MATERIAL REFRATARIO E ELEMENTOS DE RESFRIAMENTO PARA LOCALIZAÇçO EM UMA SOLEIRA REVESTIDA DE REFRATÁRIO DE UM VASO DE REDUÇçO DIRETA <MV> Expãem-se um vaso de redução direta e um elemento de resfriamento de soleira. O vaso inclui uma soleira revestida de refratário. Uma superfície interna de uma parte superior da soleira estende-se ascendentemente e para fora das paredes laterais do vaso. A parte superior da soleira incorpora um resfriador de soleira disposto externamente por trás do revestimento refratário dessa parte da soleira e abaixo dos painéis de resfriamento nas paredes laterais do vaso, O resfriador de soleira compreende uma pluralidade de elementos resfriadores. Cada elemento resfriador é dotado de uma estrutura de corpo oco aberto por trás, dotada de paredes de base, de topo e laterais formadas integralmente em uma estrutura fundida e que incorpora passagens de fluxo de refrigerante.

Description

VASO DE REDUÇÃO DIRETA, ELEMENTO DE RESFRIAMENTO DE COBRE OU LIGA DE COBRE PARA RESFRIAMENTO DE MATERIAL REFRATÁRIO E ELEMENTO DE RESFRIAMENTO PARA LOCALIZAÇÃO EM UMA SOLEIRA REVESTIDA DE REFRATÁRIO DE UM VASO DE REDUÇÃO DIRETA

Campo Técnico

Refere-se a presente invenção a vasos usa- dos para a realização de redução direta a fim de produ- zir metal fundido na forma pura ou forma de liga a par- tir de um material de alimentação metallfero, tais como minérios, minérios parcialmente reduzidos e correntes de refugo que contém metal.

A presente invenção refere-se mais parti- cularmente a resfriadores que são usados como uma parte dos vasos.

Um processo de redução direta conhecido, que se baseia principalmente em um banho fundido como um meio de reação, e é de uma maneira geral chamado de processo HIsmelt, encontra-se descrito na patente US 6267799 e publicação de patente Internacional WO 96/31627 em nome da mesma requerente da presente inven- ção. O processo HIsmelt para produzir ferro fundido tal como descrito nestas publicações compreende:

(a) formar um banho de metal fundido e de escória em um vaso;

(b) injetar dentro do banho:

(i) um material de alimentação metalí- fero, tipicamente na forma de óxidos de metais; e

(ii) um material carbonáceo sólido, ti- picamente carvão, o qual funciona como um redutor dos óxidos de metais e como uma fonte de energia; e

(c) reduzir o material de alimentação meta- lífero para metal na camada de metal.

0 termo "redução" é compreendido neste contexto como significando processamento térmico em que ocorrem reações químicas as quais reduzem óxidos de me- tais para produzir metal líquido.

O processo HIsmelt também compreende a pós-combustão de gases de reação, tais como CO e H2, desprendidos do banho, no espaço acima do banho com gás que contém oxigênio e transferir o calor gerado pela pós-combustão para o banho para contribuir para a ener- gia térmica requerida para reduzir os materiais de ali- mentação metalíferos.

0 processo HIsmelt também compreende for- mar uma zona de transição acima da superfície inerte nominal do banho em que existe uma massa favorável de gotículas ou salpicos ou correntes de metal fundido e/ou escória ascendentes e depois descendentes, que proporcionam um meio efetivo de transferir para o banho a energia térmica que é gerada pelos gases de reação de pós-combustão situados acima do banho. No processo HIsmelt o material de alimen- tação metalífero e material carbonáceo sólido é injeta- do dentro da camada de metal através de um número de lanças/algaravizes que ficam inclinados em relação à vertical de maneira a estenderem-se descendentemente e para dentro através da parede lateral do vaso de redu- ção e dentro da região inferior do vaso, de modo a dis- tribuir o material sólido dentro da camada de metal no fundo do vaso. Para promover a pós-combustão dos gases de reação na parte superior do vaso, um jato de ar quente, que pode ser enriquecido por oxigênio, é inje- tado na região superior do vaso através da lança de in- jeção de ar quente que se estende descendentemente. Os gases de saída resultantes da pós-combustão dos gases de reação no vaso são retirados da parte superior do vaso através de um conduto de saída de gases.

O processo HIsmelt possibilita que grandes quantidades de metal fundido sejam produzidas por redu- ção direta em um único vaso compacto. Este vaso deve funcionar como um vaso de pressão que contém sólidos, líquidos e gases sob temperaturas muito altas através de uma operação de redução que pode ser estendida du- rante um longo período. Tal como descrito na patente dos Estados Unidos 6322745 e na publicação de patente internacional WO 00/01854 em nome da mesma requerente o vaso pode consistir de um invólucro de aço com uma so- leira contida no mesmo formada de material refratário e paredes laterais que se estendem ascendentemente a par- tir dos lados da soleira e providas de painéis refrige- rados a água. O processo HIsmelt é turbulento e isto resulta na erosão de refratário da parte superior da soleira devido ao ataque químico e possivelmente erosão física por parte da escória e metal quente que lava e respinga contra o material refratário na parte superior da soleira. Esta erosão é maior do que é experimentada tipicamente nas soleiras dos altos-fornos em que o me- tal quente e a escória se apresentam relativamente qui- escente.

A presente invenção possibilita uma redu- ção significativa dessa erosão de refratários da solei- ra.

Exposição da Invenção

De acordo com a invenção proporciona-se um vaso de redução direta que inclui uma soleira revestida de refratários, paredes laterais que se estendem ascen- dentemente a partir da soleira, e uma pluralidade de painéis de resfriamento dispostos em torno das paredes laterais de maneira a formarem um revestimento interno nessas paredes laterais, em que uma superfície interna de uma parte superior da soleira estende-se ascendente- mente e para fora das paredes laterais do vaso e dita parte superior da soleira incorpora um resfriador dis- posto exteriormente por trás do revestimento refratário dessa parte da soleira e abaixo dos painéis de resfria- mento nas paredes laterais do vaso. O vaso pode ser usado, a título de exem- plo, para produzir ferro e/ou ligas de ferro por um processo de redução direta baseado em banho fundido e poderá incluir ainda uma abóbada do vaso, dispositivos para corrida de metal fundido e escória a partir do va- so, lanças para suprimento de materiais de alimentação sólidos incluindo material ferruginoso sólido e materi- al carbonáceo para dentro do vaso e lanças para forne- cerem um gás que contém oxigênio para dentro do vaso para pós-combustão dos produtos de reação gasosos gera- dos no processo de redução direta.

O resfriador de soleira pode ter uma su- perfície de resfriamento que se estende ascendentemente e para fora imediatamente por trás do revestimento re- fratário da parte superior da soleira.

Mais especificamente, uma parte de fundo da soleira e as paredes laterais do vaso podem ser ge- ralmente cilíndricas, a superfície de resfriamento do resfriador pode estender-se ascendentemente e para fora e o revestimento refratário da parte superior da solei- ra pode sobrepor-se a essa superfície de resfriamento.

O revestimento refratário da parte superi- or da soleira pode ser formada por fileiras de tijolos refratários dispostos sobre o resfriador.

Abaixo da parte superior da soleira, o re- vestimento de soleira pode ser formado por carreiras cilíndricas de tijolos refratários. O resfriador pode ser formado por uma plu- ralidade de elementos de resfriador dispostos em uma sucessão que se estende circunferencialmente em torno da parte superior da soleira.

Os elementos de resfriador podem ser co- nectados ao invólucro externo da parede lateral do vaso e consequentemente não são dependentes de uma parte subjacente da soleira para suportar os elementos.

Cada elemento de resfriador pode ser com- preendido de uma estrutura de invólucro fundido oco, aberto por trás, dotado de paredes de base, de topo, frontal e laterais, formadas integralmente em conjunto na estrutura de invólucro fundido e incorpora passagens de fluxo de refrigerante para escoamento de refrigeran- te através das mesmas, com a parede de topo compreen- dendo uma superfície sólida formada pelo menos em parte como uma superfície inclinada.

A parede de topo de cada elemento de res- friador pode ser dotada de uma superfície que se incli- na descendentemente conforme a superfície inclinada pa- ra a parede dianteira da estrutura de invólucro fundi- do. Esta superfície inclinada e uma superfície da pare- de frontal define uma face frontal do elemento.

A extensão vertical da parede frontal de cada elemento de resfriamento pode ser menor do que a extensão vertical da superfície inclinada da parede de topo do elemento.

A parede de topo de cada elemento de res- friador ser dotada de uma seção que fica disposta para- lela à parede de base e se estende a partir da traseira do elemento de resfriador e define um cheio plano.

A dimensão do cheio de cada elemento de resfriador pode ser selecionada de forma tal que existe uma transição para a face frontal inclinada descenden- temente do elemento em um ponto que fica situado adja- cente a uma parede dianteira dos painéis de resfriamen- to que formam parte das paredes laterais do vaso. Isto é, a extensão radial do cheio pode ser igual à extensão radial dos painéis de resfriamento que assentam acima do cheio. Esta seleção reduz ao mínimo a possibilidade de se formar um degrau na base dos painéis de resfria- mento que pode permitir que acumulações formem um re- presamento que poderá interceptar metal quente adjacen- te ao painel de resfriamento, ao elemento de resfria- mento ou ao invólucro de vaso. Isto é objeto de preo- cupação particular onde os painéis de resfriamento são de um tipo formado a partir de uma disposição de tubos em serpentina com aberturas entre eles.

A parede de topo ser escalonada de forma tal que a superfície externa é dotada de uma série de superfícies dispostas em forma de arquibancada que se estendem através do elemento de resfriador para supor- tar os tijolos refratários do revestimento refratário da parte superior da soleira.

As paredes laterais de cada elemento de resfriador podem proporcionar uma superfície sólida. As paredes laterais de cada elemento de resfriador podem ser convergentes no sentido da parede frontal do elemento.

Mais especificamente, o resfriador pode ser formado como um anel, com cada um dos elementos de resfriador configurado como um segmento desse anel, com suas paredes laterais estendendo-se radialmente ao anel e suas partes frontais encurvadas de forma a estende- rem-se circunferencialmente do anel.

As paredes laterais de cada elemento de resfriador podem ser formadas com superfícies planas.

Os elementos de resfriador podem ser posi- cionados em relação lado a lado com um pequeno interva- lo entre elementos adjacentes.

O intervalo entre elementos de resfriamen- to adjacentes pode ser de 20 mm ou menor.

Preferentemente o intervalo é de 15 mm ou menor.

Com maior preferência, o intervalo encon- tra-se na faixa de 5-20 mm.

Os elementos de resfriador podem ser dota- dos de conectores de entrada e de saída para escoamento de refrigerante no sentido e proveniente das passagens de fluxo de refrigerante.

As passagens de fluxo de refrigerante po- dem ser formadas por tubos fundidos na estrutura de in- vólucro de cada elemento de resfriamento e estender-se entre as entradas e saídas na traseira aberta do invõ- lucro.

A invenção proporciona ainda um elemento de resfriador de cobre fundido ou uma liga de cobre pa- ra resfriamento de material refratário em uma soleira de um vaso de redução, que compreende uma estrutura de invólucro oco aberto por trás, dotado de paredes de ba- se, de topo, frontal e laterais, formadas integralmente em uma estrutura fundida e incorporando passagens de fluxo de refrigerante na mesma formadas por tubos fun- didos na estrutura de invólucro e que se estendem entre entradas e saídas na traseira aberta do elemento, com a parede de topo proporcionando uma superfície sólida formada pelo menos em parte como uma superfície incli- nada.

Os tubos que formam as passagens de fluxo de refrigerante ficam dispostos em um ordenamento que se estende através da base, topo, e paredes frontal e laterais do elemento de resfriador.

As passagens de fluxo de refrigerante po- dem estar na forma de pelo menos dois tubos contínuos que seguem percursos em serpentina que se estendem a- través da base, topo, paredes frontal e laterais.

Os percursos de serpentina são preferente- mente percursos de serpentina adjacentes.

Os percursos de serpentinas adjacentes po- dem ser deslocados em relação uns aos outros para pro- porcionarem uma distribuição substancialmente uniforme dos tubos através de pelo menos as paredes frontal e de base do elemento de resfriamento.

Os tubos que formam as passagens de fluxo de refrigerante podem ser estruturados de forma que não haja duplicação dos tubos na parede de base.

Cada tubo que forma uma passagem de fluxo de refrigerante pode ser estruturado de forma tal que refrigerante possa fluir em um percurso de fluxo atra- vés da parede de topo e da parede frontal e então em um percurso de fluxo de retorno através das paredes Iate- rais e da parede de base para uma saída, ou vice-versa.

Preferentemente os percursos de fluxo de cada tubo seguem um percurso em serpentina através e adjacente às paredes de topo, frontal, laterais e de base do elemento de resfriamento.

Preferentemente, o percurso de fluxo de cada tubo através da parede de base e das paredes late- rais é um percurso sucessivo entre uma frente do ele- mento de resfriamento e uma traseira do elemento de resfriamento que passa através da parede de base e das paredes laterais.

Com maior preferência, o percurso sucessi- vo é um percurso em serpentina que passa repetidamente através de cada uma das paredes de base e paredes late- rais .

De acordo com outra concretização, muito embora não seja a única, um tubo que forma uma passagem de fluxo de refrigerante pode ser estruturada de forma que refrigerante flui em um percurso em serpentina a partir de uma entrada da passagem de fluxo descendente- mente para a parede de topo e a parede frontal e então de volta à parede frontal e à parede de topo para uma saída. Além disso, outro tubo que forma outra passagem de fluxo de refrigerante pode ser estruturado de forma que o refrigerante flui em um percurso em serpentina desde uma entrada da passagem de fluxo ao longo das pa- redes laterais e parede de base para diante do elemento de resfriamento e então de volta ao longo das paredes laterais e parede de base para uma saída.

As paredes de topo e frontal podem formar uma superfície de uma maneira geral inclinada, a qual é inclinada descendentemente a partir da traseira do ele- mento resfriador para a parede de base na frente do e- lemento resfriador e que define uma face frontal do e- lemento.

A parede de topo pode ser dotada de uma seção que é paralela à parede de base e estende-se a partir da traseira do elemento de resfriador e define um cheio plano.

As entradas e saídas para as passagens de fluxo de refrigerante podem passar inicialmente através da seção paralela da parede de topo.

Podem existir conexões de entrada e saída de refrigerante para fluxo de refrigerante para e a partir dos tubos que formam as passagens de fluxo de refrigerante.

A superfície inclinada da parede de topo pode ser escalonada de forma tal que a sua superfície externa tem uma série de superfícies dispostas em forma de fileira de arquibancada que se estendem através do elemento.

As fileiras podem ser dimensionadas para receberem separadamente uma única fila de tijolos re- fratários que repousam na fileira.

A face frontal de cada degrau em uma su- perfície superior na parede de topo ser dotada de uma ranhura linear que se estende através do elemento de resfriamento.

Um lado inferior da parede de base pode ser provido de uma série de ranhuras lineares que se estendem através do elemento de resfriamento.

O elemento de resfriamento pode ser confi- gurado como um segmento de anel com paredes laterais convergentes tais que uma pluralidade destes elementos dispostos lado a lado podem formar um resfriador em a- nel circular com as bases dos elementos formando uma base de anel plana, as paredes de topo dos elementos formando uma superfície de anel inclinada ascendente- mente e para fora dotada de filas planas horizontais e as paredes laterais dos elementos estendendo-se radial- mente do anel.

A invenção proporciona ainda um elemento de resfriamento para localização em uma soleira reves- tida de refratário de um vaso de redução direta, o ele- mento de resfriamento compreendendo uma estrutura de invólucro oco de traseira aberta dotada de paredes de base, de topo, frontal e laterais resfriadas por água formadas integralmente em uma estrutura fundida, sendo o elemento de resfriamento adaptado para co-locação com outros dos elementos de resfriamento na soleira, com as paredes laterais resfriadas a água dos elementos de resfriamento proporcionando água que proporciona o res- friamento dos intervalos formados entre elementos de resfriamento adjacentes.

O uso de paredes laterais refrigeradas a água possibilita um traçado simples e robusto que uti- liza paredes laterais verticais, preferentemente pla- nas, que são substancialmente isentas de entrefechamen- to ou de outro tipo de vedação entre elementos adjacen- tes que poderiam ser de outros modos requeridos para impedir o metal fundido de penetrar em quaisquer de tais intervalos e de contactar o invólucro. Tais preo- cupações são exacerbadas em uma zona de escória de pro- cesso de redução direta com um banho agitado e bem mis- turado de metal fundido e escória.

As folgas de intervalo entre elementos de resfriamento adjacentes podem ser de 2 0 mm ou menores.

Preferentemente as folgas de intervalo são de 15 mm ou menores.

Com maior preferência as folgas de inter- valo estão na faixa de 5-2 0 mm.

A invenção proporciona ainda um elemento de resfriamento para localização em uma soleira reves- tida de refratário de um vaso de redução direta que tem painéis refrigerados a água localizados em uma parede lateral do dito vaso imediatamente acima do dito ele- mento de resfriamento, com o elemento de resfriamento compreendendo uma estrutura de invólucro oco aberto por trás que tem paredes de base, topo, frontal e laterais refrigeradas a água formadas integralmente em uma es- trutura fundida, a parede de topo compreendendo uma se- ção substancialmente horizontal que se estende a partir de uma traseira do elemento de resfriamento, a parede de topo compreendendo ainda uma superfície inclinada que se estende descendentemente a partir da seção hori- zontal para a parede frontal, a seção horizontal esten- dendo-se radialmente no sentido da parede frontal e transitando para a dita seção inclinada em um ponto que, quando instalado no referido vaso, fica localizado adjacente à face frontal de um painel refrigerado a á- gua localizado imediatamente acima da seção horizontal da parede de topo.

Descrição Breve dos Desenhos

A fim de que a invenção possa ser mais plenamente exposta será descrita em seguida com certos detalhes uma concretização particular de um vaso de re- dução direta e um elemento resfriador de um resfriador de soleira, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

A Figura 1 é uma seção vertical através de uma concretização do vaso de redução direta provido de um resfriador de soleira de acordo com a presente in- venção.

A Figura 2 é uma vista de planta do vaso ilustrado na Figura 1.

A Figura 3 é uma ampliação de uma parte inferior do vaso da Figura 1.

A Figura 4 é uma vista em perspectiva da concretização do elemento resfriador do resfriador de soleira.

A Figura 5 é uma vista de planta do ele- mento resfriador de soleira.

A Figura 6 é uma seção vertical através do elemento resfriador;

A Figura 7 é uma representação diagramáti- ca do elemento resfriador mostrando a configuração das passagens de fluxo de refrigerante formadas dentro do mesmo, quando observadas a partir da traseira do ele- mento; e

A Figura 8 é outra representação diagramá- tica do elemento resfriador mostrando a configuração das passagens de fluxo de refrigerante formadas dentro dele, quando observadas pelo lado frontal do elemento.

Descrição Detalhada da Copncretização Preferida

As Figuras 1 a 6 dos desenhos ilustram um vaso de redução direta adequado para operação do pro- cesso HIsmelt tal como descrito na patente dos Estados Unidos 6267799 e publicação de pedido internacional WO 96/31627. O vaso metalúrgico está assinalado de uma maneira geral como 11 e tem uma soleira 12 que inclui uma base 13 e lados 14 formados de tijolos refratários, uma ante-soleira 15 para descarregar metal fundido con- tinuamente e um furo de sangramento 16 para descarregar escória fundida.

A base do vaso é fixada à extremidade de fundo de um invólucro de vaso externo 17 feito de aço e que compreende uma seção de invólucro principal cilín- drica 18, uma seção de cúpula afilada para dentro 19, e uma seção cilíndrica 21 e seção de tampa 22 que definem uma câmara de gás de descarga 26. A seção cilíndrica superior 21 é provida de uma saída 23 de grande diâme- tro para gases de descarga e a tampa 22 é dotada de uma abertura 24 na qual é montada uma lança de injeção de gás que se estende descendentemente (não ilustrada), para distribuição de um jato de ar quente dentro da re- gião superior do vaso. A seção cilíndrica principal 18 do invólucro é dotada de oito guarnições tubulares es- paçadas circunferencialmente 25, através dos quais se estendem lanças de injeção de sólidos (não ilustradas) destinadas a injetarem minério de ferro, material car- bonáceo, e fundentes na parte de fundo do vaso.

Em uso, o vaso contém um banho fundido de ferro e escória e a parte superior do vaso deve conter gases quentes sob pressão e temperaturas extremamente altas da ordem de 1200°C. Portanto, é necessário que o vaso opere como um vaso de pressão durante períodos prolongados e ele deverá ser de construção robusta e completamente vedada. O acesso ao interior do vaso é extremamente limitado, ficando o acesso essencialmente restringido ao fechamento por meio da abertura de tampa passante 24 e às portas para o acesso de novo revesti- mento 27.

O invólucro de vaso 17 é revestido inter- namente com conjunto de painéis de resfriamento 31, a- través dos quais pode fazer-se circular água de refri- geração e estes painéis de resfriamento são revestidos com material refratário para proporcionarem um revesti- mento refratário interno refrigerado a água para o vaso acima da zona de redução. É importante que o revesti- mento refratário seja virtualmente contínuo e que todo o material refratário seja submetido a resfriamento, uma vez que refratário não refrigerado será rapidamente corroído. Os painéis são formados e fixados ao invólu- cro de uma maneira tal que eles podem ser instalados internamente dentro do invólucro 17 e podem ser removi- dos e substituídos individualmente na paralisação sem interferir com a integridade do invólucro. A constru- ção e instalação dos painéis 31 pode ser realizada da maneira plenamente descrita na patente US 6.267.799 e publicação de patente internacional WO 96/31627.

A base 13 da soleira 12 do vaso é formada por tijolos refratários profundos 32 e o lado 14 da so- leira é revestido com carreiras sucessivas de tijolos refratários 33. A parte superior 12a da soleira afila- se ascendentemente e para for a para a parede de vaso 18. No uso do vaso esta parte da soleira é exposta a respingos com metal fundido e escória. De acordo com a presente concretização esta parte da soleira incorpora um resfriador assinalado de uma maneira geral como 34 disposto externamente por trás dos tijolos 33a que re- vestem a parte superior da soleira e dispostos abaixo da parte mais baixa dos painéis de resfriamento 31 nas paredes laterais do vaso.

O resfriador 34 é formado por uma série de elementos de painel resfriador individuais 3 5 dispostos em uma sucessão que se estende circunferencialmente na parte superior da soleira. Ele tem uma superfície de resfriamento superior escalonado 36 que se estende as- cendentemente e para for a imediatamente por trás do revestimento refratário 33a da parte superior da solei- ra 12 e uma superfície de resfriamento plana de fundo 3 7 que repousa nos tijolos refratãrios das carreiras de tijolos 33b cilíndricas que revestem o lado da soleira 12 abaixo da parte superior da soleira.

Cada elemento de resfriador 3 5 é auto- sustentável com relação aos tijolos refratários subja- centes da soleira 12. Especificamente, cada elemento de resfriador 35 é montado ao invólucro de vaso externo 17, tal como descrito anteriormente. Observa-se que, muito embora os elementos de resfriador 35 não sejam suportados de forma significativa pelos tijolos refra- tários, os elementos de resfriador não obstante têm o efeito de auxiliar na retenção dos tijolos refratários na posição e reduzir a tendência dos tijolos flutuarem dentro do banho fundido.

Tal como ilustrado mais claramente nas Fi- guras Figures 4 a 6, cada elemento de resfriamento 35 do resfriador 34 compreende uma estrutura de invólucro fundido oco de parte de trás aberta 41 que tem uma pa- rede de base 42, uma parede de topo 43, um par de pare- des laterais 44, e uma parede frontal 45. A parede de base 42 e as paredes laterais 44 são planas com super- fícies voltadas para fora contínuas, enquanto a parede de topo 43 inclina-se descendentemente para a parede frontal 45 da estrutura de invólucro 41. A parede de topo 43 pode ser escalonada de forma tal que sua super- fície voltada para fora, que é uma superfície contínua, tem uma série de superfícies em arquibancada escalona- das 46 que se estendem através do elemento para supor- tar tijolos refratários 47 do revestimento refratário 33a da parte superior da soleira 12.

O invólucro 41 de cada elemento de resfri- ador 45 é fundido como uma estrutura unitária em vim me- tal de alta condutividade térmica tal como cobre ou uma liga de cobre. Um par de tubos de cobre ou níquel (ou liga) 48a, 48b são fundidos dentro desta estrutura de maneira a formar uma série de passagens de fluxo de re- frigerante dispostas em uma sucessão que se estende a- través de todas as paredes de base, topo e laterais 42, 43, 44, respectivamente, do elemento resfriador. O mé- todo de fundição exposto na patente US 6.280.681 é ade- quando para formar o elemento de resfriador 45.

Cada tubo 4 8a, 4 8b é formado inicialmente como uma extensão reta de tubo e então dobrada em uma disposição de serpentina requerida, discutida mais adi- ante, e posicionada em um molde no qual metal fundido é subseqüentemente vazado para formar a estrutura fundi- da. A disposição dos tubos 48a, 48b ilustrados nas Fi- guras é típica de um número de diferentes disposições que poderiam ser usadas para se conseguir um fluxo de refrigerante apropriado (de uma maneira geral, sendo que não necessariamente, água) através das paredes do elemento de resfriador 35.

Com referência às Figuras 7 e 8, os tubos 48a, 48b que formam as passagens de fluxo de refrige- rante estendem-se desde a parte superior da parte de trás aberta do elemento resfriador 35 e são equipados com conectores de entrada 61 e conectores de saída 51 para fluxo de refrigerante no sentido e proveniente das passagens de fluxo de refrigerante definida pelos 4 8a, 48b.

Especificamente, as extremidades de entra- da dos tubos 48a, 4 8b estendem-se para fora para a pa- rede lateral esquerda 44 como ilustrado nas Figuras 4, 7, e 8, e então para diante uma curta distância no pla- no da parede de topo 43 e então através da parede de topo 43 para a parede lateral direita 44 como ilustrado nas Figuras. Esta disposição básica dos tubos 48a, 48b é repetida ao longo da parede de topo 43 e para baixo para a parede frontal 45 até os tubos 48a, 48b alcança- rem a parede de base 42 na frente da estrutura de invó- lucro fundida 41. Os tubos 48a, 48b então estendem-se em um percurso de retorno para os conectores de saida 51 na parte de trás aberta do elemento de resfriamento 35. Especificamente, os tubos 48a, 48b estendem-se pa- ra trás uma curta distância no plano de uma das paredes laterais 44, através de uma parede de base 42 para a outra parede lateral 44, verticalmente para cima para a parede de topo 43, para trás uma curta distância no plano da parede lateral 44, verticalmente para baixo até uma parede de base 42, e através da parede de base 42 para a outra parede lateral. A disposição básica é então repetida sucessivamente até os tubos 48a, 4 8b al- cançarem os conectores de saida 51.

Um perno rosqueado 4 0 projeta-se para fora a partir da parte superior da traseira aberta de cada elemento de resfriador 35 entre os respectivos conecto- res de entrada e saída 51. Os elementos de resfriador são presos firmemente na posição mediante repouso das suas partes traseiras inferiores nas placas de pedestal 50 soldadas ao invólucro de aço externo 17 do vaso 11, fazendo passar os pernos rosqueados 4 0 através dos fu- ros no invólucro 17 e completando a fixação por conexão das porcas 60 aos pernos. Desta maneira, os elementos de resfriador 35 são suportados pelo invólucro de aço externo 17 em vez de pelos tijolos refratários subja- centes na soleira 12. Portanto, é possível substituir os tijolos refratários sem ter que remover também os elementos de resfriador 35.

Cada elemento de resfriador 3 5 é conforma- do como um segmento de anel com as paredes laterais 41 convergentes e o resfriador é formado por uma plurali- dade daqueles elementos dispostos lado a lado para for- marem um resfriador de anel circular 34 com as paredes de base 42 dos elementos de resfriador 3 5 formando uma base de anel plano, as paredes de topo 43 dos elementos de resfriador 35 formando uma superfície de anel incli- nada para fora e para cima e com as paredes laterais 44 dos elementos de resfriador 3 5 estendendo-se radialmen- te do anel.

As margens interna e externa de cada ele- mento de resfriador 35 são encurvadas de forma a esten- derem-se circunferencialmente do anel. Onde degraus ficam localizados na parede de topo 43 eles também po- dem ser encurvados de forma que as superfícies em forma de arquibancada plana 47 dos elementos de resfriador 3 5 formem em conjunto uma série de fileiras circulares que se estendem em torno da metade circular do vaso.

As superfícies de degrau verticais entre as superfícies em arquibancada superiores 4 6 são provi- das de ranhuras lineares 52 que se estendem através de cada elemento 35 e na linha de resfriador montado até formarem ranhuras anulares nas quais pode ser atulhado material capaz de ser fundido flexível para formar ve- dações entre a superfície escalonada do resfriador e os tijolos refratários 47. Ranhuras adicionais 53, 54 são formadas nas superfícies superior e inferior planas voltadas para fora de cada elemento de resfriador 35 de forma a estenderem-se através do elemento de resfriador 35 e receberem material de vedação suscetível de ser fundido para confinar carreiras de tijolos refratários imediatamente acima e imediatamente abaixo do resfria- dor 34.

Na concretização ilustrada da invenção o revestimento refratário da parte superior da soleira 12 é eficientemente refrigerado e suportado pelo resfria- dor 34 e isto reduz de forma significativa a velocidade de erosão do material refratário. A operação do res- friador 34 também faz com que a escória se solidifique na sua superfície na eventualidade de todo o refratário ter sido desagregado por erosão. A incorporação do resfriador na parte superior da soleira 12 impede que a escória e metal fundido seja lavado por trás ou por baixo da fileira inferior de painéis de resfriamento 31 como pode ocorrer na eventualidade de o refratário na zona de escória ser desagregado por erosão completamente.

A concretização descrita da invenção foi apresentada apenas a título de exemplo e deve ficar en- tendido que a invenção não fica limitada aos detalhes de construção desta concretização.

A título de exemplo, muito embora os ele- mentos de resfriadores 35 com paredes superiores esca- lonadas formando seções de parede aprumadas nas margens frontais de tais elementos constitua uma opção, outra opção é a de modificar esta construção de forma tal que as paredes de topo 43 encontrem as paredes de base sob um ângulo agudo ou se unam com paredes frontais apruma- das nas partes dianteiras desses elementos. A parede de topo 43 poderá ser formada sem degraus e com uma pa- rede superior de um modo geral encurvada de forma côni- ca (muito embora retendo ainda ranhuras anulares nas quais material capaz de ser fundido flexível pode ser adensado) e os tijolos refratários poderão ser deste modo conformados para confinarem suavemente com essa superfície superior. This option is schematically shown in Figure 7. It is to be understood that this and many other variations will fali within the scope of the invention.

Além disso, compreende-se que embora os elementos de resfriamento 35 sejam fundidos com uma es- trutura de invólucro aberto por trás, a adição de uma contraplaca, seja ela fixa ou de outra forma, não limi- ta a invenção.

Além disso, a presente invenção não fica confinada à disposição particular de tubos 48a, 4 8b no elemento de resfriamento 3 5 exposto nas Figuras. Em u ma alternativa, muito embora não constituindo a única

outra alternativa possível, a extremidade de entrada de um dos tubos estende-se ascendentemente para a parede lateral direita 44 como ilustrada nas Figuras 4, 7, e 8, e então verticalmente para baixo para uma parede de base 42, através da parede de base 42 para a parede la- teral esquerda 44 como ilustrado nas Figuras, vertical- mente para cima até à parede de topo 43, para diante e então verticalmente para baixo no plano da parede late- ral 44 para a parede de base 41, e então através da pa- rede de base 42 para a parede lateral direita 44 como ilustrado nas Figuras. Esta disposição básica do tubo é repetida até o tubo 48a atingir a frente da estrutura de invólucro fundido 41. A disposição básica é deste modo invertida e repetida sucessivamente até o outro tubo atingir a conexão de saída 51. Adicionalmente, a extremidade de entrada do tubo estende-se para for a para a parede lateral esquerda 44 como ilustrado nas Figuras 4, 7, e 8, e então para diante uma curta dis- tância no plano da parede de topo 4 3 e então através da parede de topo 43 para a parede lateral direita 44 como ilustrada nas Figuras. Esta disposição básica do tubo é repetida ao longo da parede de topo 43 e para baixo da parede frontal 45 até o tubo atingir a parede de ba- se 42 na frente da estrutura de invólucro fundido 41. a disposição básica é então invertida e sucessivamente repetida até o tubo alcançar o conector de saída 51.

Claims (37)

1. Vaso de redução direta que inclui uma soleira revestida de refratário, paredes laterais que se estendem ascendentemente a partir da soleira, e uma pluralidade de painéis de resfriamento dispostos em torno das paredes laterais de maneira a formarem um re- vestimento interno nessas paredes laterais, caracteri- zado por uma superfície interna de uma parte superior da soleira estender-se ascendentemente e para fora às paredes laterais do vaso e a dita parte superior da so- leira incorpora um resfriador disposto externamente por trás do revestimento refratário dessa parte da soleira e abaixo dos painéis de resfriamento nas paredes late- rais do vaso.

2. Vaso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o resfriador de soleira ser dotado de uma superfície de resfriamento que se estende ascenden- temente e para fora imediatamente por trás do revesti- mento refratário da parte superior da soleira.

3. Vaso, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por uma parte de fundo da soleira e as paredes laterais do vaso serem geralmente cilíndricas, a superfície de resfriamento do resfriador estende-se ascendentemente e para fora e o revestimento refratário da parte superior da soleira sobrepõe-se a essa super- fície de resfriamento.

4. Vaso, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o revestimento refratário da parte superior da soleira ser formada por carreiras de tijo- los refratários dispostos sobre- o resfriador.

5. Vaso, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por abaixo da parte superior da soleira, o revestimento de soleira ser formado por carreiras ci- líndricas de tijolos refratários.

6. Vaso, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o resfri- ador ser formado por uma pluralidade de elementos de resfriador dispostos em um ordenamento que se estende circunferencialmente em torno da parte superior da so- leira.

7. Vaso, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por cada elemento de resfriador ser co- nectado a um corpo externo da parede lateral do vaso e conseqüentemente, é independente de uma parte subjacen- te da soleira para suportar o elemento.

8. Vaso, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado por cada elemento de resfriador compreender uma estrutura de corpo fundido oco, aberto por trás, dotado de paredes de base, de topo, frontal e laterais formadas integralmente em conjunto na estrutu- ra de corpo fundido e incorporando passagens de fluxo de refrigerante para escoamento de refrigerante através das mesmas, com a parede de topo compreendendo uma su- perfície sólida voltada para fora formada pelo menos em parte de uma superfície inclinada.

9. Vaso, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a parede de topo de cada elemento de resfriador ser dotada de uma superfície que se inclina descendentemente conforme a superfície inclinada para a parede dianteira da estrutura de corpo fundido.

10. Vaso, de acordo com a reivindicação -9, caracterizado por a parede de topo de cada elemento de resfriador ser dotada de uma seção que é paralela à parede de base e se estende a partir da traseira do e- lemento de resfriador e define um cheio plano.

11. Vaso, de acordo com a reivindicação -10, caracterizado por a dimensão do cheio de cada ele- mento de resfriador ser selecionada de forma tal que existe uma transição para a face frontal inclinada des- cendentemente do elemento em um ponto que fica situado adjacente a uma parede dianteira dos painéis de resfri- amento que formam parte das paredes laterais do vaso.

12. Vaso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado por a parede de topo ser escalonada de forma tal que a superfície ex- terna é dotada de uma série de superfícies dispostas em forma de arquibancada que se estendem através do ele- mento de resfriador para suportar os tijolos refratá- rios do revestimento refratário da parte superior da soleira.

13. Vaso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado por as paredes la- terais de cada elemento de resfriador serem convergen- tes no sentido da frente do elemento.

14. Vaso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado por o resfriador ser formado como um anel, com cada um dos elementos de resfriador configurado como um segmento desse anel com suas paredes laterais estendendo-se radialmente ao anel e suas partes frontais encurvadas de forma a estende- rem-se circunferencialmente do anel.

15. Vaso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 14, caracterizado por as paredes Ia- terais de cada elemento de resfriador serem formadas com superfícies planas voltadas para fora.

16. Vaso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 15, caracterizado por os elementos de resfriador serem posicionados em relação lado a lado com um pequeno intervalo entre elementos adjacentes.

17. Vaso, de acordo com a reivindicação -16, caracterizado por o intervalo entre elementos de resfriamento adjacentes ser de 20 mm ou menor.

18. Vaso, de acordo com a reivindicação -16, caracterizado por o intervalo ser 15 mm ou menor.

19. Vaso, de acordo com a reivindicação -16, caracterizado por o intervalo estar na faixa de 5- mm.

20. Vaso, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 19, caracterizado por os elementos de resfriador terem conectores de entrada e de saida para escoamento de refrigerante no sentido e provenien- te das passagens de fluxo de refrigerante.

21. Vaso, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por as passagens de fluxo de refrige- rante serem formadas por tubos fundidos na estrutura de corpo de cada elemento de resfriamento e que se esten- dem entre as entradas e saídas na traseira aberta do corpo.

22. Elemento resfriador de cobre ou liga de cobre para resfriamento de material refratário em uma soleira de um vaso de redução, caracterizado por compreender uma estrutura de corpo oco aberto por trás, dotado de paredes de base, de topo, frontal e laterais formadas integralmente em uma estrutura fundida e in- corporando passagens de fluxo de refrigerante na mesma formadas por tubos fundidos na estrutura de corpo e que se estendem entre entradas e saídas na traseira aberta do elemento, com a parede de topo proporcionando uma superfície uma superfície sólida voltada para fora for- mada pelo menos em parte como uma superfície inclinada.

23. Elemento resfriador, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por os tubos que formam as passagens de fluxo de refrigerante serem dispostos em um ordenamento que se estende através da base, topo, paredes frontal e laterais do elemento de resfriador.

24. Elemento resfriador, de acordo com a reivindicação 22 ou reivindicação 23, caracterizado por as passagens de fluxo de refrigerante estarem na forma de pelo menos dois tubos contínuos que seguem percursos em serpentina que se estendem através da base, topo, paredes frontal e laterais.

25. Elemento resfriador, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado por os percursos de serpentina serem percursos de serpentina adjacentes.

26. Elemento resfriador, de acordo com a reivindicação 24 ou reivindicação 25, caracterizado por cada um dos tubos ser estruturado de forma tal que re- frigerante pode fluir em um percurso de fluxo através da parede de topo e da parede frontal e então em um percurso de fluxo de retorno através das paredes late- rais e da parede de base para uma saida, ou vice-versa.

27. Elemento resfriador, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado por os percursos de fluxo de cada tubo seguirem um percurso em serpentina através e adjacente às paredes de topo, frontal, late- rais e de base do elemento de resfriamento.

28. Elemento resfriador, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por o percurso de fluxo de cada tubo através da parede de base e das paredes laterais ser um percurso sucessivo entre uma frente do elemento de resfriamento e uma traseira do elemento de resfriamento que passa através da parede de base e das paredes laterais.

29. Elemento resfriador, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado por o percurso sucessi- vo ser um percurso em serpentina que passa repetidamen- te através de cada uma das paredes de base e paredes laterais.

30. Elemento resfriador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 a 29, caracterizado por as paredes de topo e frontal formarem uma superfí- cie voltada para fora de uma maneira geral inclinada, a qual é inclinada descendentemente a partir da traseira do elemento resfriador para a parede de base na frente do elemento resfriador e define uma face frontal do e- lemento.

31. Elemento resfriador, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado por a parede de topo ser dotada de uma seção que é paralela à parede de base e estende-se a partir da traseira do elemento de res- friador e define um cheio plano.

32. Elemento resfriador, de acordo com a reivindicação 30 ou reivindicação 31, caracterizado por a superfície inclinada da parede de topo ser escalonada de forma tal que a sua superfície externa tem uma série de superfícies dispostas em forma de fileira de arqui- bancada que se estendem através do elemento.

33. Elemento resfriador, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado por as fileiras serem dimensionadas para receberem separadamente uma única fila de tijolos refratários que repousam na fileira.

34. Elemento resfriador, de acordo com a reivindicação 32 ou reivindicação 33, caracterizado por a face frontal de cada degrau na superfície superior na parede de topo ser dotada de uma ranhura linear que se estende através do elemento de resfriamento.

35. Elemento resfriador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 a 34, caracterizado por o elemento de resfriamento ser configurado como um segmento de anel com paredes laterais convergentes tais que uma pluralidade destes elementos dispostos lado a lado podem formar um resfriador em anel circular com as bases dos elementos formando uma base de anel plana, as paredes de topo dos elementos formando uma superfície de anel inclinada ascendentemente e para fora dotada de filas planas horizontais e as paredes laterais dos ele- mentos estendendo-se radialmente do anel.

36. Elemento de resfriamento para locali- zação em uma soleira revestida de refratário de um vaso de redução direta, caracterizado por o elemento de res- friamento compreender uma estrutura de corpo oco de traseira aberta dotada de paredes de base, de topo, frontais e laterais resfriadas por água formadas inte- gralmente em uma estrutura fundida, sendo o elemento de resfriamento adaptado para colocação com outros dos elementos de resfriamento na soleira, com as paredes laterais resfriadas a água dos elementos de resfriamen- to proporcionando água que proporciona o resfriamento dos intervalos formados entre elementos de resfriamento adj acentes.

37. Elemento de resfriamento para locali- zação em uma soleira revestida de refratário de um vaso de redução direta que é dotada de painéis resfriadas a água localizados em uma parede lateral do dito vaso imediatamente acima do dito elemento de resfriamento, caracterizado por o elemento de resfriamento compre- ender uma estrutura de corpo oco aberto na traseira que é dotado de paredes de base, de topo, frontal e lat- erais resfriadas a água, formadas integralmente em uma estrutura fundida, sendo que a parede de topo compre- ende uma seção substancialmente horizontal que se estende a partir da traseira do elemento de resfria- mento, a parede de topo compreendendo ainda uma super- ficie inclinada que se estende descendentemente a par- tir da seção horizontal para a parede frontal, com a seção horizontal estendendo-se radialmente no sentido da parede frontal e proporcionando a transição na dita seção inclinada em um ponto que, quando instalada no dito vaso, fica localizada adjacente a uma face frontal de um painel refrigerado a água imediatamente acima da seção horizontal da parede de topo.