BRPI0712853A2 - bocal de aspersço assistido por cone de ar pleno para resfriamento de fundiÇço de metal contÍnua - Google Patents
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Abstract
BOCAL DE ASPERSçO ASSISTIDO POR CONE DE AR PLENO PARA RESFRIAMENTO DE FUNDIÇçO DE METAL CONTÍNUA. Um bocal de aspersão de líquido de cone pleno é provido. O bocal de aspersão inclui um corpo de bocal que tem um orifício de descarga em uma extremidade a jusante e uma entrada em uma extremidade a montante para conexão a um suprimento de líquido. Uma passagem de fluxo de líquido se estende através do corpo de bocal em comunicação entre a entrada e o orifício de descarga. Uma palheta é disposta na passagem de fluxo de líquido a montante do orifício de descarga. A palheta tem uma pluralidade de passagens em formato de V ali. Cada passagem em formato de V se estende para dentro em um ângulo com respeito a um eixo geométrico longitudinal da palheta entre uma face a montante e uma face a jusante da palheta. Uma câmara de turbilhonamento e de mistura definida pela passagem de fluxo de líquido é disposta entre a palheta e o orifício de descarga.
Description
BOCAL DE ASPERSÃO ASSISTIDO POR CONE DE AR PLENO PARA RESFRIAMENTO DE FUNDIÇÃO DE METAL CONTÍNUA
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
Este pedido de patente reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisória U.S. N° 60/811.059, depositado em 5 de junho de 2006, o qual é incorporado como referência.
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere geralmente a conjuntos de bocal de aspersão assistidos por ar pressurizado e, mais particularmente, a um conjunto de bocal de aspersão assistido por ar adaptado para aspersão de um líquido de resfriamento em sistemas de fundição de metal contínua.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Os conjuntos de bocal de aspersão assistidos por ar pressurizado são conhecidos para a aspersão de líquidos de resfriamento em sistemas de fundição de metal contínua, tal como mostrado na Patente U.S. N0 6.726.127 cedida à mesma cessionária que o presente pedido. Esses sistemas de aspersão tipicamente pré-atomizam líquido e dirigem as partículas de líquido para um padrão de aspersão plano. Uma pluralidade desses bocais de aspersão é alinhada ao longo do percurso do movimento da chapa grossa fundida contínua.
Na fundição contínua de tarugos, os quais são de seção transversal substancialmente quadrada, pode ser desejável dirigir um padrão de aspersão arredondado para uma cobertura mais completa e efetiva. Até agora, contudo, tem sido difícil gerar de forma confiável uma descarga de aspersão de líquido pré-atomizado de cone pleno com uma distribuição de partícula de líquido uniforme. Esses bocais de aspersão comumente requerem uma palheta de impressão de turbilhonamento, a qual é de tamanho relativamente pequeno, pode ser difícil e dispendiosa de fabricar e pode estar sujeita a um entupimento.
OBJETOS E SUMÁRIO DA INVENÇÃO
É um objetivo da presente invenção prover um conjunto de bocal de aspersão assistido por ar adaptado para o direcionamento mais confiável de um padrão de aspersão de líquido de cone pleno para uso em sistemas de resfriamento de fundição de metal contínua.
Um outro objetivo é prover um conjunto de bocal de aspersão assistido por ar, conforme caracterizado acima, o qual é efetivo para a produção de um padrão de aspersão de líquido de cone pleno com uma distribuição de partícula de líquido substancialmente uniforme para um resfriamento eficiente e completo da fundição dos tarugos.
Um objetivo adicional é prover um conjunto de bocal de aspersão assistido por ar do tipo acima, o qual inclui uma palheta de direcionamento de turbilhonamento adaptada para uma distribuição de partícula de líquido melhorada e mistura, e a qual inclui passagens de tamanho relativamente grande que são menos suscetíveis a um entupimento.
Um outro objetivo é prover um conjunto de bocal de aspersão assistido por ar como esse que possa ser fabricado de forma precisa e econômica.
Outros objetivos e vantagens da invenção tornar-se-ão evidentes mediante uma leitura da descrição detalhada a seguir e mediante uma referência aos desenhos, nos quais:
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 é um corte vertical de um conjunto de bocal de aspersão ilustrativo de acordo com a invenção;
a FIG. 2 é um corte longitudinal aumentado do bocal de aspersão do conjunto de bocal de aspersão ilustrado;
a FIG. 3 é uma vista final a montante do bocal de aspersão mostrado na FIG. 2;
a FIG. 4 é uma vista plana de uma extremidade a jusante de uma palheta de impressão de turbilhonamento do bocal de aspersão mostrado na FIG. 2;
as FIG. 5 e 6 são vistas laterais da palheta de impressão de turbilhonamento ilustrativa, tomadas nos planos das linhas 5-5 e 6-6 na FIG. 4, respectivamente;
a FIG. 7 é um corte vertical da palheta de impressão de turbilhonamento ilustrativa, tomado no plano da linha 7- 7 na FIG. 4;
a FIG. 8 é uma vista plana de uma extremidade a montante da palheta de impressão de turbilhonamento ilustrada; e
as FIG. 9 e 10 são perspectivas da palheta de impressão de turbilhonamento ilustrativa tomada em uma relação substancialmente perpendicular com uma das passagens de liquido em formato de V na palheta.
Embora a invenção seja suscetível a várias modificações e construções alternativas, uma certa modalidade ilustrativa da mesma foi mostrada nos desenhos e será descrita abaixo em detalhes. Deve ser entendido, contudo, que não há intenção de limitar a invenção à forma específica mostrada, mas, ao contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, construções alternativas e equivalentes que caiam no espírito e no escopo da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA Com referência, agora, mais particularmente à Figura 1 dos desenhos, é mostrado um conjunto de bocal de aspersão assistido por ar ilustrado 10 de acordo com a invenção. Será entendido que uma pluralidade desses conjuntos de bocal de aspersão pode ser utilizada em um sistema de resfriamento para um aparelho de fundição de metal continua, tal como mostrado na Patente U.S. N0 6.726.127 mencionada anteriormente, cuja exposição é incorporada aqui como referência.
O conjunto de bocal de aspersão ilustrado 10 basicamente compreende um cabeçote de atomização de liquido preliminar ou seção 20, um cano tubular alongado 21 conectado em sua extremidade a montante ao cabeçote de atomização 20 e um bocal de aspersão 22 conectado à extremidade a jusante do cano 21. O cabeçote de atomização 20 compreende um corpo oco 24 que tem uma câmara de expansão alongada 25 que se estende axialmente dali, uma entrada de ar pressurizado 26 definida por uma conexão de orifício 28 em um encaixe roscado em um furo axial 29 em uma extremidade a montante do corpo 24, e uma entrada de resfriante líquido 30 em comunicação transversalmente com a câmara de expansão definida por uma conexão de orifício 31 em um encaixe roscado com um furo radial 32 que se estende através de uma parede lateral do corpo 24. A conexão de orifício de entrada de ar 28 é conectada a uma linha de suprimento de ar pressurizado 34, e a conexão de orifício de entrada de líquido 31 é acoplada a uma linha de suprimento de resfriante líquido, preferencialmente água 35. 0 cabeçote de atomização 20 ainda inclui um pino de impingidela 38 fixado, tal como por um ajuste com pressão, em um furo radial 3 9 em uma relação diametralmente oposta com a entrada de líquido 30. 0 pino de impingidela 38 se estende para a câmara 25 com uma extremidade externa 40 aproximadamente no eixo geométrico longitudinal do corpo 24 formado com um recesso central 41. As correntes de ar pressurizado e de ar e de líquido introduzidas através das entradas de líquido e de ar 26, 30, respectivamente, convergem no cabeçote de atomização com a assistência do pino de impingidela 38, pré-atomizando o líquido para direcionamento através do cano 21 e descarga a partir do bocal de aspersão 22. O cano 21 neste caso é preso de forma removível ao corpo oco 24 por um tampão retentor anular roscado 42, consistente com a exposição da patente referenciada acima 6.726.127.
O bocal de aspersão 22 compreende um corpo oco alongado 44 que tem uma extremidade a montante roscada externamente 45 para conexão à extremidade do cano 21 por um membro de retenção anular roscado 46 suportado na extremidade a jusante do cano 21 para movimento rotativo e axial. 0 encaixe roscado do membro retentor 46 com a extremidade de bocal de aspersão 45, através da rotação do retentor 46, leva a extremidade a montante do bocal de aspersão 22 para um encaixe fixo com a extremidade a jusante do cano 21.
0 corpo de bocal 44 tem uma passagem de líquido axial 48 em comunicação com o cano 21 e um orifício de descarga circular 50 em uma extremidade a jusante do corpo de bocal. O orifício de descarga 50 neste caso é configurado de forma cilíndrica com uma seção de entrada troncônica convergindo para dentro 51 e uma seção troncônica alargada para foira relativamente pequena 52 na extremidade de saída.
Para a impressão de um movimento de rodamoinho ao líquido passando através do corpo de bocal 44 e para uma ruptura adicional das partículas de líquido para uma distribuição completa de um padrão de aspersão de líquido de cone pleno emitido a partir do orifício de descarga 50, uma palheta 55 é provida na passagem 48 intermediária à extremidade a montante do corpo de bocal e do orifício de descarga 50. A palheta 55 neste caso é um membro separado ou é ajustada com pressão e inserida dentro da passagem de líquido 48. Conforme será evidente abaixo, a palheta 55 pode ser formada a partir de um cartucho básico tendo uma seção a montagem cilíndrica 56 a qual define uma face de extremidade a montante de diâmetro relativamente grande 57 e uma seção troncônica afunilada para dentro 58, a qual define uma face de extremidade a jusante de diâmetro relativamente menor 59. Para se garantir um posicionamento longitudinal predeterminado da palheta 55 a montante do orifício de descarga 50, de modo que a passagem 48 defina uma câmara de turbilhonamento e de mistura substancialmente cilíndrica 60 entre a palheta 55 e o orifício de descarga 50, a passagem 48 seja formada com um escareado pequeno que defina uma sede de localização 61 contra a qual a palheta 55 é posicionada. Para se evitar um deslocamento acidental da palheta 55 do corpo de bocal 44, no caso de ela poder se tornar solta, o corpo de bocal 44 é formado com raios radiais dirigidos para dentro 62 em torno da extremidade a montante da passagem de entrada 48.
De acordo com a presente invenção, a palheta de bocal tem uma construção de passagem única, a qual facilita uma ruptura adicional de líquido pré-atomizado e uma distribuição substancialmente uniforme de partículas de líquido por todo um padrão de aspersão de cone pleno de descarga para uma aplicação uniforme melhorada, tal como no resfriamento de formatos de metal móveis em operações de fundição de metal contínua. Para esta finalidade, a palheta de impressão de turbilhonamento 55 é formada com uma pluralidade de passagens de líquido 65 que procedem em um ângulo com um eixo geométrico longitudinal 66 da palheta e são definidas por cortes em formato de V. As passagens 65, as quais têm paredes laterais 65a, 65b em um ângulo agudo com cada outra, estendem-se através da face de extremidade de diâmetro relativamente grande de montante 57 da palheta e da face de extremidade a jusante relativamente menor 59. De acordo com uma modalidade preferida, uma palheta com uma performance particularmente boa pode ser produzida a partir de um cartucho tendo uma seção cilíndrica 56 com um diâmetro que seja de 7 vezes seu comprimento axial e uma seção troncônica a jusante 58 tendo um diâmetro de face de extremidade a jusante 59 de 4 vezes seu comprimento axial. Mais ainda, naquela modalidade preferida, a palheta pode ser posicionada no bocal 22 de modo que a face de extremidade esteja a uma distância l do orifício de descarga 50 que seja de em torno de 7 vezes o comprimento y do orifício e o orifício de descarga 50 tenha um diâmetro de 5,5 vezes seu comprimento de orifício y.
Um vértice 65c de cada passagem em formato de V 65 está em um ângulo β com o eixo geométrico longitudinal da palheta e se estende através da face de extremidade a jusante 59 próxima do centro axial 66 da palheta. Na modalidade ilustrada, a palheta 55 tem quatro passagens em formato de V 65 espaçadas uniformemente em torno da circunferência da palheta. Cada passagem em formato de V 65 tem um vértice 65c que forma um ângulo β de em torno de 55° para o eixo geométrico longitudinal da palheta. Mais ainda, os lados 65a, 65b das passagens em formato de V 65 preferencialmente definem um ângulo agudo α entre aproximadamente 40° e aproximadamente 50° e, mais preferencialmente, um ângulo de em torno de 46°. Neste caso, a face de extremidade a montante 57 da palheta 55 tem uma aparência geralmente retangular definida pelos lados 65a, 65b dos cortes em formato de V e quatro segmentos de sede espaçados em geral circunferencialmente 54a da seção cilíndrica a montante 56 da palheta 55, o que pode ser ajustado com pressão dentro do corpo de bocal para retenção segura. Os cortes os quais definem as passagens em formato de V 65 neste caso ainda definem uma saliência pequena 69 na seção cilíndrica a montante 56 da palheta oposta ao vértice 65c da passagem.
Considerando-se a invenção, os cortes os quais definem as passagens em formato de V 65 se estendem aproximadamente até um centro da face de extremidade a jusante 59 da palheta. Mais particularmente, os vértices 65c das passagens 65 se interceptam na face de extremidade a jusante 59, de modo a se definir uma superfície de face de extremidade circular relativamente pequena 70 definida por um círculo através dos vértices 65c das passagens 65. Os vértices 65c preferencialmente se estendem até em torno de 0,015 polegadas (0,381 mm) do eixo geométrico de palheta, de modo a se definir uma superfície de face de extremidade circular 70 tendo um diâmetro não maior do que em torno de 1/8 do diâmetro da face de extremidade a jusante 59 da seção de extremidade troncônica da palheta 55. As quatro passagens em formato de V 65 neste caso definem um padrão de superfície de extremidade em formato de cruz relativamente pequeno definido pela superfície de extremidade central circular 70 e quatro pernas de área superficial relativamente pequena 71 que se estendem em uma relação que se estende ligeiramente para fora a partir da superfície de face de extremidade central 70, conforme visto a partir da uma extremidade a jusante da palheta (FIG. 4). A palheta 55 assim sendo tem uma aparência trevo de quatro folhas em geral. As passagens em formato de V preferencialmente têm uma, profundidade de modo que a maior largura w do padrão em cruz tenha 1A do diâmetro 59 da face de extremidade.
Em uma operação do conjunto de bocal de aspersão 10, será visto que em correntes de líquido e de ar pressurizado dirigidas para o cabeçote de pré-atomização 20, ele pré- atomizará o líquido com a assistência da corrente de líquido impingindo sobre a face de extremidade em recesso do pino de impingidela 38. As partículas de líquido pré- atomizadas são dirigidas forçosamente através do cano 21 para o bocal de aspersão 22. Conforme as partículas de líquido pré-atomizadas passam através da pluralidade de passagens inclinadas 65 na palheta 55, as partículas são mais rompidas e dirigidas para a câmara de mistura a jusante 60 em forma de turbilhonamento. Isto faz com que o líquido se rompa mais e intermisture para uma descarga subseqüente através do orifício de descarga 50 em um padrão de aspersão de líquido de cone pleno com um líquido atomizado de forma substancialmente uniforme por todo o padrão de aspersão de cone pleno. O bocal de aspersão ilustrado é efetivo para manutenção de um ângulo de aspersão relativamente constante por uma faixa de pressão grande, tal como entre 10 psi (68,95 kPa) e 100 psi (689,48 kPa), com as passagens em formato de V da palheta e a área de ponta aberta grande impedindo um entupimento.
A partir do precedente, pode ser visto que um conjunto de bocal de aspersão assistido por ar é provido, que é adaptado para direcionamento confiável de um padrão de aspersão de cone pleno com uma distribuição de partícula uniforme, particularmente efetivo para aplicação em sistemas de fundição de metal contínua. 0 conjunto de bocal de aspersão inclui uma palheta de direcionamento de turbilhonamento adaptada para uma distribuição de partícula de líquido melhorada e mistura com passagens de tamanho relativamente grande que são menos suscetíveis a um entupimento. A palheta ainda se presta a uma fabricação com precisão, embora econômica.
Todas as referências, incluindo publicações, pedidos de patentes e patentes, citadas aqui são desse modo incorporadas como referência até a mesma extensão como se cada referência fosse individual e especificamente indicada para ser incorporada como referência e fosse estabelecida em sua totalidade aqui.
O uso de termos "um" e "uma" e "o(a)(s)" e referentes similares no contexto de descrição da invenção (especialmente no contexto das reivindicações a seguir) são para serem construídos para cobrirem o singular e o plural. a menos que indicado de outra forma aqui ou claramente contradito pelo contexto. Os termos "compreendendo", "tendo", "incluindo" e "contendo" devem ser construídos como termos de extremidade aberta (isto é, significando "incluindo, mas não limitado a"), a menos que citado de outra forma. Uma recitação de faixas de valores aqui é meramente pretendida para servir como um método resumido de referência individualmente a cada valor em separado caindo na faixa, a menos que indicado de outra forma aqui, e cada valor em separado é incorporado no relatório descritivo como se fosse individualmente recitado aqui. Todos os métodos descritos aqui podem ser realizados em qualquer ordem adequada, a menos que indicado de outra forma aqui ou claramente contradito pelo contexto. 0 uso de todos e quaisquer exemplos ou de uma linguagem de exemplo (por exemplo, "tal como") provida aqui é pretendido para meramente mais bem iluminar a invenção e não impõe uma limitação ao escopo da invenção, a menos que reivindicado de outra forma. Nenhuma linguagem no relatório descritivo deve ser construída como indicando qualquer elemento não reivindicado como essencial para a prática da invenção.
As modalidades preferidas desta invenção são descritas aqui, incluindo o melhor modo conhecido para a invenção para a realização da invenção. Variações daquelas modalidades preferidas podem se tornar evidentes para aqueles de conhecimento comum na técnica, mediante uma leitura da descrição precedente. Os inventores esperam que técnicos versados empreguem essas variações conforme apropriado, e os inventores pretendem que a invenção seja praticada de outra forma além daquela especificamente descrita aqui. Assim sendo, esta invenção inclui todas as modificações e os equivalentes do assunto recitado nas reivindicações em apenso a isto, conforme permitido pela lei aplicável. Mais ainda, qualquer combinação dos elementos descritos acima em todas as variações possíveis da mesma está englobada pela invenção, a menos que indicado de outra forma aqui ou claramente contradito de outra forma pelo contexto.
Claims (16)
1. Bocal de aspersão de líquido de cone pleno, caracterizado pelo fato de compreender: um corpo de bocal que tem um orifício de descarga em uma extremidade a jusante e uma entrada em uma extremidade a montante para conexão a um suprimento de líquido, uma passagem de fluxo de líquido que se estende através do corpo de bocal em comunicação entre a entrada e o orifício de descarga; uma palheta disposta na passagem de fluxo de líquido a montante do orifício de descarga, a palheta tendo uma pluralidade de passagens em formato de V ali, cada passagem em formato de V se estendendo para dentro em um ângulo com respeito a um eixo geométrico longitudinal da palheta entre uma face a montante e uma face a jusante da palheta; e uma câmara de turbilhonamento e de mistura definida pela passagem de fluxo de líquido entre a palheta e o orifício de descarga.
2. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a palheta incluir uma seção cilíndrica a montante e uma seção troncônica a jusante.
3. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de as passagens em formato de V serem dispostas e configuradas de modo a definirem uma pluralidade de segmentos de sede na seção cilíndrica da palheta, os quais se encaixam em uma parede interna da passagem de fluido no corpo de bocal, de modo a reterem a palheta na passagem de fluido.
4. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a pluralidade de passagens em formato de V ser espaçada uniformemente em torno da circunferência da palheta.
5. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um vértice de cada uma das passagens em formato de V interceptar a face a jusante da palheta em uma posição deslocada de um centro axial da palheta.
6. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a interseção das passagens em formato de V com a face a jusante da palheta ser de modo a formar uma superfície de face de extremidade geralmente circular que é definida por um círculo através dos vértices das passagens em formato de V.
7. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a superfície de face de extremidade geralmente circular ter um diâmetro não maior do que 1/8 de um diâmetro da face a jusante da palheta.
8. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de as passagens em formato de V serem dispostas e configuradas de modo a definirem uma pluralidade de pernas de área superficial que se estendem para fora a partir da superfície de face de extremidade circular, quando vistas em direção à face a jusante da palheta.
9. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a largura de cada perna de área superficial ter uma largura maior que é de aproximadamente 1/4 do diâmetro da face a jusante da palheta.
10. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a seção cilíndrica da palheta ter um diâmetro de aproximadamente sete vezes um comprimento axial da seção cilíndrica.
11. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a seção troncônica ter um diâmetro na face a jusante da palheta que é de aproximadamente quatro vezes o comprimento axial da seção troncônica.
12. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a palheta ser posicionada na passagem de fluxo de líquido de modo que a face a jusante da palheta esteja a uma distância do orifício de descarga que é de aproximadamente sete vezes um comprimento do orifício de descarga.
13. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de o orifício de descarga ter um diâmetro de aproximadamente cinco vezes e meia o comprimento do orifício de descarga.
14. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada passagem em formato de V incluir um par de paredes laterais em um ângulo agudo uma com a outra.
15. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de as paredes laterais de cada passagem em formato de V da palheta definirem um ângulo entre aproximadamente 40° e 50°.
16. Bocal de aspersão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada passagem em formato de V ter um vértice que define um ângulo de aproximadamente 55° com o eixo geométrico longitudinal da palheta.
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