BRPI0713657A2

BRPI0713657A2 - processo e dispositivo para a colocação de pós em uma fusão de metal de uma instalação pirometalúrgica

Info

Publication number: BRPI0713657A2
Application number: BRPI0713657-9A
Authority: BR
Inventors: Thomas Matschullat; Werner Hartmann; Guenter Lins
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2012-10-23
Also published as: WO2008000586A8; ES2425177T3; RU2009102661A; BRPI0713657B1; DE102006029725B4; US20110167959A1; DE102006029725A1; US20110291333A1; EP2032724B1; US8524145B2; PL2032724T3; WO2008000586A1; CN101479393A; CN101479393B; US8029594B2; RU2447384C2; EP2032724A1; MX2009000193A

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A COLOCAçãO DE PóS EM UMA FUSãO DE METAL DE UMA INSTALAçãO PIROMETALúRGICA. A presente invenção refere-se a um processo para a introdução de pós em uma fusão de metal de uma instalação pirometalúrgica, no qual um gás de suporte contendo partículas de pó é conduzido através de uma zona de aquecimento de um queimador de plasma sem eletrodo, no qual ele é transformado em uma plasma através de aquecimento indutivo, antes que, em seguida, ele seja soprado em uma área de uma instalação que recebe a fusão de metal.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A COLOCAÇÃO DE PÓS EM UMA FUSÃO DE METAL DE UMA INSTALAÇÃO PIROMETALÚRGICA".

Descrição

A presente invenção refere-se a um processo e a um dispositivo

para o assopramento de pós em uma fusão de metal de uma instalação pi- rometalúrgica. No caso dos pós trata-se, sobretudo, de pós que ocorrem, por exemplo, durante a fabricação de aço na indústria metalúrgica, contendo componentes metálicos e outros, por exemplo, óxidos. Esses pós são depo- sitados em parte em depósitos, muitas vezes, porém, também são empre- gados na fabricação de metal. Para isso, em diversos processos é conheci- do empregar os pós em forma de briquete. Em um processo de Thyssen Krupp (processo de oxycup) pós são processados para formar pedras simi- lares ao cimento, que são empregadas em um forno de cuba. Além disso, os pós também são soprados, por exemplo, durante a fundição de sucata de aço em fornos de arco voltaico. Isso, porém, na maioria das vezes leva a uma piora do processo, em particular, a instabilidades do arco voltaico. De modo bem generalizado, o pó tem um efeito de resfriamento sobre a escó- ria, pelo que a formação de espuma necessária da escória é reduzida ou totalmente eliminada. Por isso, os pós com freqüência podem ser conduzi- dos somente em quantidade limitada.

Partindo daí, é tarefa da invenção sugerir um processo e um dispositivo para a introdução de pós em uma fusão de metal de uma instala- ção pirometalúrgica, que consiga criar auxílio com vistas aos problemas a- presentados.

Essa tarefa é solucionada por um processo de acordo com a reivindicação 1 e por um dispositivo de acordo com a reivindicação 7.

Em um processo de acordo com a invenção, um gás de suporte contendo partículas de pó é conduzido através do plasma produzido na zo- na de aquecimento de um queimador de plasma sem eletrodo, acoplado indutivamente, antes que, em seguida, ele seja soprado em uma área de uma instalação contendo a fusão de metal. No plasma o gás de suporte, por sua vez, é transformado para o estado de plasma. Devido ao efeito de troca com o plasma que envolve o efeito, as partículas de pó introduzidas com o gás de suporte são aquecidas a uma temperatura, que é maior ou igual à temperatura da fusão de metal ou escória. Em virtude da falta de eletrodos para a produção do plasma são obtidos longos tempos de operação, uma vez que nem uma queima de eletrodo nem um dano mecânico dos eletrodos ocorrem através das partículas de pó que passam através do queimador de plasma. Além disso, é vantajoso que, gases reativos como, por exemplo, oxigênio, sejam soprados para dentro sem que exista o perigo do dano quí- mico de eletrodos. Também é vantajoso o fato de que, devido ao aqueci- mento exclusivamente indutivo do plasma, a área metalúrgica de fusão de uma instalação e a chama do plasma sejam desacopladas eletricamente uma da outra, de tal modo que possa ser obtido um controle consideravel- mente melhor das etapas do processo individuais. Uma vez que, o gás de processamento e as partículas de pó contidas nele são aquecidos pratica- mente à temperatura do processo, é evitado um resfriamento da escória. Em oposição a processos de arco voltaico, além disso, é evitada a ocorrência de instabilidades do arco voltaico.

Em uma variante do processo preferida, o plasma é regulado de tal modo que, as partículas de pó passem para o estado fluido ou em forma de gás. Com isso, é assegurada uma mistura bastante homogênea com a fusão de metal. Através da liquefação ou vaporização de partículas de pó oxidadas, através da adição de meios de redução como, por exemplo, pó de carvão, essas partículas podem ser reduzidas a metal, sendo que, nas altas temperaturas predominantes pode-se contar com uma boa cinética de rea- ção. Assim, por exemplo, para a finalidade de uma aplicação aumentada de cromo, por motivos de proteção ao meio-ambiente, pós contendo cromo ou Cr-Vl e Cr2O3 podem ser reduzidos. A redução de pós também é de grande vantagem na fabricação de aço inoxidável. Um outro exemplo de aplicação é a redução de raspas de Al e Zn, que são óxidos de Al e de Zn, que ocor- rem durante a respectiva fabricação.

De preferência, o gás de suporte contendo pó é conduzido axi- almente através da bobina de carga que envolve a zona de aquecimento do queimador de plasma. Em uma variante do processo particularmente prefe- rida, através de um tubo de injeção coaxial, à zona de aquecimento é con- duzido um gás de suporte carregado com partículas de pó, e através de um tubo de condução de gás que envolve o tubo de injeção coaxial é conduzido um gás livre de partículas de pó necessárias para a produção de plasma. Com isso, as correntes de gás e de partículas podem ser controladas sepa- radamente e, dessa forma, pode ser produzido um plasma estável.

Em uma outra variante do processo preferida, o gás de suporte é conduzido através de uma zona de preaquecimento formada por uma bo- bina de preaquecimento de potência mais fraca, ligada antes da zona de aquecimento. Na zona de preaquecimento, o gás de suporte é pré-ionizado, e as partículas de pó transportadas nele são preaquecidas, de tal modo que seja evitado um resfriamento muito forte ou uma extinção do plasma na zo- na de aquecimento da bobina de carga. Dessa forma, é assegurado que, oscilações de impedância da bobina de carga cheia de plasma permaneçam pequenas, e um gerador de alta freqüência de alta potência operado nessa bobina sempre possa ser operado em uma faixa de potência favorável. Sem zona de preaquecimento existe o perigo que, na zona de aquecimento exista um plasma muito pouco ionizado, ou que o plasma existente se extinga, de tal modo que ali predomine uma alta impedância terminal com correspon- dente de alta reflexão de potência, o que pode levar a comportamentos ins- táveis do circuito de alta freqüência até seu dano. O gerador de alta fre- qüência mencionado, por conseguinte, pode ser projetado para a área otimi- zada com grau de eficiência máximo. A área de operação desfavorável, que é necessária para uma ignição do plasma, com isso, é evitada.

Um dispositivo apropriado para a realização do processo descri- to, que pode ser empregado, de forma vantajosa, em particular, para a fabri- cação de aço e para o processamento de aço, compreende um queimador de plasma sem eletrodo, com uma carcaça, em essência, em formato de tubo que serve para a condução de um gás de suporte contendo partículas de pó, que é envolvida coaxialmente por uma bobina de carga indutiva que forma uma zona de aquecimento. Como já foi mencionado acima, os eletro- dos não são necessários para a produção de um arco voltaico, de tal modo que o dispositivo seja executado de modo correspondente simples, e exige um dispêndio de manutenção pequeno.

De preferência, no lado de entrada existe um tubo de injeção coaxial, que se projeta para dentro da carcaça. Através desse tubo, um gás de suporte contendo partículas de pó pode ser conduzido à zona de aque- cimento do queimador de plasma, sendo que, o tubo de condução se esten- de, de forma apropriada, quase até a zona de aquecimento. O tubo de inje- ção é envolvido coaxialmente por um tubo de condução de gás, sendo que, entre o tubo de injeção e o tubo encapado ou a carcaça, existe, respectiva- mente, um canal anular cilíndrico oco. Através do canal anular, adjacente ao tubo de injeção, é conduzido o gás designado, a seguir, como gás de plas- ma, que é necessário para a produção de plasma na zona de aquecimento da bobina de carga. O canal anular que fica radialmente externo é revestido com um gás denominado, a seguir, como gás de revestimento, que serve para o resfriamento da carcaça e, ao mesmo tempo, contribui para a produ- ção de plasma na zona de aquecimento da bobina de carga.

A zona de preaquecimento, já descrita mais acima, é formada, de preferência, por uma bobina de preaquecimento que envolve o tubo de injeção coaxial.

A invenção será esclarecida agora, em mais detalhes, com refe- rência às representações esquemáticas anexas. São mostrados:

na figura 1 um primeiro exemplo de execução de um dispositivo, que apresenta somente uma zona de aquecimento e

na figura 2 um dispositivo em uma representação corresponden- te na figura 1, que apresenta uma zona de aquecimento adicional, ou seja, uma zona de preaquecimento.

Os dispositivos mostrados de forma recortada nas figuras com- preendem, um queimador de plasma 5 sem eletrodo, com uma carcaça 1 constituída, em essência, como seção de tubo, de um material cerâmico, por exemplo, nitreto de silício. Essa carcaça apresenta uma abertura de entrada .2 e uma abertura de saída 3. Próximo à abertura de saída 3 a carcaça 1 é envolvida coaxialmente por uma bobina de carga 4, que está ligada com um gerador de alta freqüência de alta potência (não mostrado) para a produção de um campo de troca magnético. A bobina de carga forma uma zona de aquecimento 6, na qual um gás de suporte contendo partículas de pó, bem como, o gás de plasma que entra através do canal anular entre o tubo de injeção 7 e o tubo de condução de gás 8 e, além disso, o gás de revestimen- to que passa entre o tubo de condução de gás 8 e a carcaça 1 são trans- formados para o estado de plasma. Neste caso, são obtidas temperaturas, que correspondem, pelo menos, àquelas de um arco voltaico de queimado- res de plasma tradicionais. A alimentação de potência elétrica é realizada através de um gerador de alta freqüência de alta potência com uma potência permanente que se situa na faixa de, tipicamente 10 kW até 50 MW e, em uma freqüência de oscilação, que tipicamente se situa na faixa de 100 kHz até 5 MHz. Através do campo de troca magnético da bobina de carga 4, na zona de aquecimento 6 é induzido um campo elétrico com uma intensidade de campo tão alta que pode vir a ocorrer uma passagem de gás com uma ionização seguinte do gás de suporte, do gás de plasma, bem como, do gás de revestimento. Assim que a zona de aquecimento 6 for preenchida com um plasma de condutibilidade suficientemente alta, o campo de troca elétri- co de alta freqüência induz no plasma uma corrente de alta freqüência, que leva a um aquecimento intenso do plasma. Neste caso, graus de eficiência elétrica acima de 50% para o aquecimento do plasma podem ser obtidos, com potências até alguns 100 kW. De acordo com a potência elétrica ali- mentada, o plasma na zona de aquecimento 6 pode atingir temperaturas, que possibilitam uma fusão de materiais de alta fusão como, por exemplo, óxidos de metal e nitretos.

No lado de entrada, para dentro da carcaça 1 se projeta um tubo de injeção 7 central que se estende até a zona de aquecimento 6 e que de- semboca dentro do mesmo. Esse tubo tem um diâmetro ou uma seção transversal de corrente substancialmente menor que a carcaça 1. Através do tubo de injeção 7 um gás de suporte contendo partículas de pó é alimentado em uma área central da zona de aquecimento 6. O tubo de injeção 7 é coa- xial, e está envolvido, com intervalo radial, por um tubo de condução de gás 8, sendo que, entre o tubo de injeção 7 e o tubo de condução de gás 8 per- manece livre um canal anular 9. Através desse canal é conduzido um gás livre de pó (gás de plasma), que serve para a produção de gás. O diâmetro do tubo de condução de gás 8 é dimensionado de tal modo que, também entre ele e a carcaça 1 permaneça livre um canal anular 10. Esse canal ser- ve para a condução de um gás de resfriamento, por exemplo, ar, a fim de proteger a carcaça 1 cerâmica de uma influência térmica forte demais.

O dispositivo representado esquematicamente na figura 2 se

diferencia daquele de acordo com a figura 1, em essência, pelo fato de que, à zona de aquecimento 6 está ligada uma zona de preaquecimento 12. Esta é formada por uma bobina de preaquecimento 13, que envolve o tubo de injeção 7 em uma área disposta dentro do tubo de condução de gás 8. A

bobina de preaquecimento apresenta uma potência substancialmente menor que a bobina de carga 4. Em conseqüência disso, ela produz um plasma com uma espessura de íons menor que, todavia, quando é conduzida à área central da zona de aquecimento 6, impede oscilações de impedância maio- res da bobina de carga 4, como já foi esclarecido mais acima.

Claims

1. Processo para a introdução de pós em uma fusão de metal de uma instalação pirometalúrgica, no qual um gás de suporte contendo partí- culas de pó é conduzido através de uma zona de aquecimento (6) de um queimador de plasma (5) sem eletrodo, na qual ele é transformado em um plasma através de aquecimento indutivo, antes que, em seguida, ele seja soprado em uma área de uma instalação que receba a fusão de metal.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, no qual o plasma é aquecido de tal modo que, o material das partículas de pó passe para um estado fundido ou em forma de vapor.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, no qual, o gás de suporte contendo partículas de pó é conduzido axialmente através de uma bobina de carga (4) que forma a zona de aquecimento (6).

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, no qual, através de um tubo de injeção (7) central, à zona de aquecimento é conduzido um gás de suporte carregado com partículas de pó, e através de um tubo de condução de gás (8) que compreende o tubo de injeção (7) coaxial é condu- zido um gás livre de partículas de pó.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, no qual o gás de suporte é conduzido através de uma zona de preaqueci- mento (12) formada por uma bobina de preaquecimento (13) de potência mais fraca, ligada antes da zona de aquecimento (6).

6. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, empregado para a fabricação de aço e para o processamento de aço.

7. Dispositivo para o assopramento de pós a serem introduzidos em uma fusão de metal de uma instalação pirometalúrgica, compreendendo um queimador de plasma (5) sem eletrodo, com uma carcaça (1), em es- sência, em formato de tubo que serve para a condução de um gás de supor- te contendo partículas de pó, que é envolvida coaxialmente por uma bobina de carga (4) indutiva que forma uma zona de aquecimento (6).

8. Dispositivo como definido em uma das reivindicações anterio- res, com um tubo de injeção (7), que se projeta centralmente para dentro da carcaça (1), no lado de entrada.

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, no qual o tubo de injeção (7) se estende quase até a zona de aquecimento (6).

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, no qual o tubo de injeção é envolvido coaxialmente por um tubo de condução de gás (8), sendo que, entre o tubo de injeção (7) e o tubo de condução de gás (8) ou a carcaça (1), existe, respectivamente, um canal anular (9, 10).

11. Dispositivo como definido em uma das reivindicações anteri- ores, que apresenta uma zona de preaquecimento (12) indutiva.

12.

Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, em ligação com a reivindicação 8 ou 9, no qual a zona de preaquecimento é formada por uma bobina de preaquecimento (13) que envolve o tubo de injeção (7) coaxialmente.