PT87874B - Metodo para a proteccao da tampa de vasos de aquecimento para cargas de vidro em fusao - Google Patents

Description

presente invento re£ere-se a um método para a protecção da tampa de vasos de aquecimento para cargas de vidro em fus^o.

presente invento re£ere-se a vasos de mento a alta temperatura e, em particular, A técnica longar a duração em serviço duma tampa para um forno de cargas de vidro, protegendo a superfície interior da tampa. 0 sistente ao dro.

aquecipara pr de fus^ exposta presente invento refere-se também a uma tampa calor e ao desgaste para um £orno de fus^o de revia de

Alimentação

Um tipo de processo de £us”o de vidro requer dos materiais da carga de vidro a um depósito vidro fundido contido num forno de fusêlo do tipo de tanque e aplicar energia térmico para fundir os materiais para dentro do depósito de vidro fundido, o tanque de fus^o contém convencionaimente um volume relativamente grande de vidro fundi, do de maneira a proporcionar um tempo de estadia dos matéria is no vidro fundido, que permite efectuar um certo grau de homogeneização antes de o vidro ser descarregado para uma operação de formação.

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 ^Λ Patente Norte-Americana ns. 4 381 934, concedida a Kunkle e Matesa, cujas indicações se incorporam na presente memória descritiva a título de referência, refere um tipo aj. ternativo de dispositivo de fus?lo de vidro e mais particular mente um processo de liquefacç?io de cargas intensificado em que grandes volumes de materiais de cargos de vidro s^o efic: entemente liquefeitos num vaso de liquefacçíio relativamente pequeno. Este tipo de processo , particul³rmente quando se usam foçtes de calor intensificadas, como por exemplo queimadores de chama alimentados com oxigénio, produz relativamente pequenos volumes de gases de escape a elevada temperatura

Durante o processo de aquecimento e de fus^o , admite-se que certos componentes do material de carga se vaporizam. Estes vapores podem ser corrosivos p^ara as superfícies de metais e de refractários a eles expostos e, quando combinados com =⁵ corrente de gases de escape quentes que circulam através dos vasos do tipo descrito na patente Norte-Americana ns . 4 381 934, corroem a_s superfícies interiores expostas e, em particular, a tampa do vaso. Aiém disso, o gAs de descarga pode arrastar partículas de materiais papa dentro do vaso que podem actuar como abrasivo sobre a superfície expo_s ta. Esta corrente gasosa abrasiva e corrosiva reduz grandemente a duração em serviço da tampa do vaso, o que pode ter como resultado aumentos do custo e do tempo adicionai fora de serviço para reparação e substituição da tampa.

Devido a_Os efeitos corrosivos da corrente de gás de escape no interior do vaso que $ acelerada pelas elevadas temperaturas, bem a_ssim como pelos efeitos abrasivos ouerosi das partículas arrastadas, as superfícies expostas e, em par ticuiap a tampa do vaso, devem ser projectadas para resistirem a estas condições perniciosas de maneira a reduzir a con servaç^o e/ou a substituição da tampa que se torna necessária por causa do excessivo desgaste d³ sua superfície interior .

^A elevada temperatura no interior do vaso pode tam2 .976

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 bém pôr outros problemas de processamento . Por exemplo, a per d* de calor afectA a eficiência d* operação. Quanto mais caio: se perde durante a operação de liquef³cção através das superfícies interiores não isól^d^s e/ou expostas do vaso, menos eficiente se torna o processo de liquefAcção. Isso pode exigir um’ entrada *dicion^al de calor para o v?so a fim de contrabalançar a qu^ntid^de de c’lor perdida , Em particular, a eliminação de calor por arrefecimento da tampa do v^?so a Fim de reduzir a degradação térmica e prolongar a duração em serviço, reduz a eficiência global de Aquecimento da operação. Se esta perda de c^lor pudesse ser controlada e reduzida, a eficiência global d³ operação seria melhorada .

SeriA vantajoso ter uma tampa do vaso de aquecimento com um revestimento de protecção n³ sua superfície in terior exposta que simultaneamente isolasse a tampa reduzindo Assim a perdA de calor do vaso de aquecimento e protegesse a superfície interior exposta, da corrente gasosa corrosiva, a alta temperAtura e qúe arrasta partículas abrasivas, de forma a aumentar a sua duração em serviço e diminuir os custos globais de funcionamento. Aiém disso, seri®· vantajoso ter um desenho de tampa resistente ao desgaste que pudesse resistir a ess’s condições de funcionamento e proporcionar um’ duração de funcionamento prolongada.

A patente Norte-Americana n . 3 165 301 concedidA * Riviere refere-se a um método e dispositivo para proteger paredes refrAct^rias . Um queimador colocado no tecto dum forno horizontal aiongAdo origina um^a suspensão gasosa de par tícuias de carbono a_o longo do tecto para proteger este contr^a o calor que radia da chama formada pelos queimadores no interior do forno. ^A suspensão de partículas de carbono circula dentro do forno paralelamente ao tecto e no sentido οροί, to Αθ da chamA do queimAdor principal. 0 arranjo necessita que se Adicione g^fts ao sistema de aquecimento. Aiém disso, as partículas de carbono constituem um contaminante adicionAi n^a operAção de aquecimento.

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87

A patente Norte-Americana N°. 4 021 603 concedid? a Nanjyo e col., refere-se ³ um conjunto de tecto metálico ar-, refecido p^?r^a um forno de arco, com um revestimento refr³ct^Ario ρ’τ* proteger a superfície interior do tecto contra o calor elevado. Tijolo resistente ao calor ou outro material refr^ctArio é proporcionado dentro de entalhes formados na superfície interior do tecto papa aumentar a resistência ao c* lor do conjunto do tecto do forno. 0 material refractário tem de ser substituído periodicamente ³ fim de garantir o isolamento térmico Apropriado. Aiém disso, a posição centrai da t^ampa é uma sub-estrutur³ consumível que inclui três furos pApa a pa_SSAg_efn dos eléctrodos. N^o h^ protecção proporcionada a esta parte da tampa .

a Patente Norte-Americana N? 4 182 610, concedidA a Mizuno e col., refere-se ³ uma t³mpa de metal arrefecidA com ^Agu* parA fornos de fabricação ou fus^o de aço. Aqhetas com uma estrutura em quadricula prolongam-se a partir du ma papte anelar da tampa, papa proporcionar uma superfície ã qual a escória resultante de salpicos no interior do forno pode aderir. Os salpicos de escória que aderem *s aihetas isolam a superfície inferior d^a camisa de arrefecimento d^a tampa. A parte centrai d³ tampa que inclui furos par³ a passagem dos eléctrodos não tem a estrutura quadrícula para acumular a escória, de maneira que não se proporciona protecção a esta parte da tampa. Aiém disso, a formação de salpicos es cória ao acaso não proporciona uma acumulação uniforme de mÇ teriai isolador sobre toda a superfície d* tampa.

A patente Norte-Americana ns 4 434 495, concedida a Tomizawa _e col., refere-se a uma estrutura de tubo de Arrefecimento papa fornos de *rco, em que os tubos de arrefecimento s*o embebidos dentro de blocos de refractária. 0s tubos est^o posicionados adjacentes ã superfície do bloco en frente do interior do forno papa intensificar o aprefecimen to da superfície . A escória salpicada de encontro ã superfi cie solificarâ e Aderir^ Ό bloco p^r^ formar uma película .976

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 isoiante .

A patente Norte-Americana N9 3 765 858 concedida a Settino apresenta um método de formação de uma fita de vidro por rolamento a elevadas temperaturas fazendo contactar o vidro, enquanto aind³ se encontra no estado fundido, com um rolo cuja face estA revestida com uma liga ã base de ferro que, entre outros componentes, contém 5,0 a 5,8 por cento em peso de crómio, a patente refere-se a outras configurações de role em que os rolos s’o dot^ados com uma superfície de ^aço inoxidável do tipo ^AISI 410 ou 420.

A patente Norte-Americana N9 4 216 348 concedida ~ Greenberger.refere-se a um com junto de painéis do tecto arrefecidos com Agua pa_ra um forno eléctrico de arco .Chapas de cobre s*o soldadas a um suporte de aço que tem condutas integrais para fa_Zer circular fluído de arrefecimento através do painel. Um a_ro exterior em volta do conjunto do tecto, actua simultaneamente como uma fonte de água e como drenagem dos painéis.

A_s patentes Norte-Americanas N9 4 182 610 concedida a Mizuno e col., e N° 4 197 422 concedida a Fuchs e col., refere-se a uma tampa de forno arrefecid³ com Agua que tem uma pluralidade de c^ix^s ou camisas de arrefecimento, que proporciona um dispositivo de condutas de tai maneira, que permite a circulação do fluido de arrefecimento atr^svés das caixag dg arrefecimento para arrefecer a tampa do forno. Na patente concedida a Mizuno e col., membros em forma de aiheta prolongam-se a pa_rtir da superfície inferior da tampa do forno', de modo que uma c^mad* de escória possa aderir As aihe tas pa_ra formar uma camad³ isoladora do calor. Na patente con cedida a Fuchs e col., coloca-se uma cvd³ de protecçAo de material refractArio na parte inferior das caixas de arrefecimento para proporcionar protecçAo térmica adicionai para a tampa .

A Patente Norte-Americana N° 4 45 3 253 concedida a Lauria e col. refere-se a uma construção da parede e do tec .976

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 to p³ra fornos eléctricos de arco, que é feito de blocos de grafite com painéis Arrefecidos por liquido ligados removível mente. Os painéis contêm condutas para circulação de um liqui do de A_rref_ecimento ao longo dA superfície exterior do bloco, pArA o Arrefer.

a técnic^a anterior ensinA a formA de construção de fornos com t^ampaf mAs rfo refere o controlo do arrefecimerj to d³ tAmpA p*rA permitir que os mAteriAis ArrAst^dos nos gA-l ses quentes, que circulam dentro do forno, se depositem na 10 superfície interior dA tampa formAndo uma c³m³d³ isolAdorA e protectorA relAtivAmente uniforme e contínu³, em que a espe_s sur³ d³ cAmAdA e *s su^as propriedAdes isolAdorAs AssociAdAs podem ser ajustadas, vAriAndo-se o arrefecimento da tampa. A técnica anterior também não refere uma tampa de um vaso resis 15 tente ao calor e a_o desgaste que seja submetida a condições de alta temperatura, corrosão e abrasoo.

Um objectivo do presente invento é proporcionar um³ c³m³d³ de protecção sobre uma superfície interior exposta de um v³so de aquecimento. 0 gás de descarga, quente, que 20 circula no interior do vaso, inclui partículas arrastadas é materiais fundidos que podem corroer e degradar termicamente as superfícies expostas do interior do vaso. A_s superfícies s®o arrefecidas de tal maneira que as partículas e o material fundido que contacta com a superfície se condensam e ade25 rem a superfície . Material arrastado adicionai acumula-se so bre o material anteriormente depositado, de modo a aumentar a espessura d³ camada de material. Esta camada não sõ isola a superfície como também a protege contra a corrosão provocjq r d^a pelos materiais contidos na corrente gasosa circulante 30 de descarga. Quando a espessura da camada aumenta, o mesmo acontece com as propriedades isoladoras. Quando a temperatura no interior do vaso de aquecimento é suficientemente alta] o material recentemente depositado fundirá e saíra de manei-Ί r* a manter uma espessura reiativamente constante da camada 35 sobre a superfície. ^A velocid^ade de arrefecimento da tampa

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 ou a velocidade de aquecimento no interior do vaso de aquecimento pode ser variada a Fim de se modiFicar a espessura da camada acumulada.

Outro objectivo do presente invento é proporcionar uma tampa de vaso de aquecimento com um conjunto de arreFecimento controlado que permite que os materiais arrastados pelos gases de escape, que circulam dentro do vaso, se depositem numa superFície interior da tampa e Formem uma camada iso ladora de proteção.

presente invento também proporciona uma tampa, resistente ao calor e ao desgaste, para um vaso de aquecimento, cuja superFície interior se encontra submetida a condições corrosivas e abrasivas e a alta temperatura durante a operação de aquecimento. Uma placa de suporte principal, construída, por exemplo, de aço de baixo teor de carbono, é coberta com um elemento de protecção de superFície, para aumentar a duração de Funcionamento útil da tampa. A tampa pode ser arre Fecida de Forma a reduzir mais o eFeito deletério acelerativo que a elevada temperatura exerce quanto à corrosão da tampa.

De acordo com uma particular Forma de realização do presente invento, o elemento de protecção é Feito de uma liga contendo crómio que tem aproximadamente 10 a 25 por cento em peso de crómio. 0 elemento de protecção pode ser uma chapa de aço recoberta por aço de crómio ou uma camada sobreposta soldada. A tampa é arreFecida de maneira a manter-se uma temperatura desse elemento entre aproximadamente 482° C e 649°C (900°F a 1200°F) de maneira que os materiais arrastados pelos gases de descarga em circulação, adiram e se acumulem na superFície exposta do elemento e Formem uma camada de isolamento e de protecção. Usa-se liga de aço-crómio para a construção do elemento de protecção por causa das suas características de resistência à alta temperatura e à abrasão assim como a sua resistência à oxidação e à sulFuração.

presente inento também se reFere a um módulo de tampa para uma unidade de aquecimento que tem uma placa de .976

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Mod. 71 - 10 000 ax - 4-87 suporte rígida, um elemento de protecção superficial que recobre a placa de suporte e um conjunto para suportar independentemente cada módulo, interligar o módulo com os módulos adjacentes e arrefecer cada módulo. 0 elemento de protecção é de uma liga que contém crómio e pode incluir uma pluralidads de elementos sobrepostos.

presente invento proporciona ainda um método para proteger uma superfície interior exposta de um vaso de aqueci mento contra os gases corrosivos. A superfície exposta, tal como é proporcionada com o elemento de protecção, encontra-se a uma temperatura cujo valor se mantém dentro de limites de temperatura entre os quais não se formam fendas .

A Figura 1 é uma vista em secção transversal de um vaso de liquefacção, com uma tampa que tem as características especificas do presente invento, que inclui uma tampa com uma camada protectora de isolamento.

A Figura 2 ê um gráfico que representa as propriedades de isolamento de uma tampa de metal arrefecida, num vaso de liquefacção, quando material de carga adere à superfície interior da tampa.

A s Figuras 3,4 e 5 são vistas em secção de formas de realização alternativas do presente invento.

A Figura 6 é uma vista em planta do metal expandido representado na forma de realização da Figura 5.

A Figura 7é uma secção transversal de uma forma de realização do vaso de liquefacção que tem as características do presente invento, incluindo uma tampa resistente ao calor e A abrasão.

A Figura 8 é uma vista em planta, ampliada, de um módulo da tampa, para a tampa do vaso de aquecimento represer tado na Figura 7, com algumas partes retiradas para maior clareza.

A Figura 9 é uma vista em secção transversal através da linha 9 - 9 da Figura 8, que representa os elemento de protecção superficial, a camada de acumulação da carga, as .976

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Mod. 71 - 10 000 ex - 4-87 âncoras de metal expandido, as condutas de arrefecimento e o conjunto de suporte .

A Figura 10 é uma vista em secção transversal através da linha 10 - 10 da Figura 8 que ilustra o arranjo de interligação dos módulos da tampa com algumas partes removidas para maior clareza.

A Figura 12 representa uma vista, ao longo da linha 12-12 da Figura 11, que mostra a superfície exposta da tampa do vaso de aquecimento ilustrado na Figura 7.

presente invento é apropriado para filtração num processo em que um ambiente hostil afecta adversamente a superfície interior exposta de um vaso de aquecimento. Ê particularmente apropriado para uos num processo de aquecimento em que a presença de altas temperaturas e as condições adicionais no interior do vaso de aquecimento, como por exemplo a circulação de materiais corrosivos e abrasivos, aceleram o desgaste de partes da tampa ou tecto do vaso de aquecimento. 0 invento é apresentado em ligação com um processo de fusão de vi dro do tipo mencionado na Patente Norte-Americana N9 .4 381934 concedida a Heithoff, mas deve ter-se presente que o invento pode ser usado em qualquer processo relacionado com altas tem peraturas em que se pretenda reduzir a perda de calor ou em que as superfícies expostas, tais como paredes de vasos de aquecimento, necessitem um revestimento de isolamento e/ou de protecção.

Com referência à Figura 1, o vaso de fusão (10) é de um tipo semelhante ao descrito na Patente Norte-Americana Ne . 4 381 934 que se considera incorporada na presente memória descritiva a título de referência. 0 vaso (10) inclui um tambor de aço (12) suportado numa estrutura circular (14) que, por sua vez, pode rodar em torno de um eixo geralmente vertical que corresponde à linha de centros do tambor (12) numa pluralidade de rolos de suporte (16) e de rolos de alinhamento (18). Um conjunto de saída (20) por baixo do tambor (22) inclui uma bucha (22) com um furo central (24) que conduz a

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-β7 um vaso de recolha (26) . Uma tampa (28) estâ equipada com um suporte estacionário por meio duma estrutura circular (30) que inclui os blocos de suporte da tampa (31). A tampa (28) inclu:. pelo menos uma abertura (32) para inserir um queimador (34). 0 queimador (34) é preferivelmente um queimador de entradas múltiplas e de preferência é alimentado com oxigénio e combus-tível gasoso, como por exemplo metano, mas ,pode ser qualquer tipo de fonte calorífica que produz gases quentes para aquecer o material da carga (36) no interior do vaso (10), por exemplo, maçaricos de plasma.

Dentro do vaso (10), é mantida uma camada de material não fundido (36) nas paredes do tambor (12) que rodeia uma cavidade central dentro da qual se realiza a combustão e fusão 0 calor produzido pela chama dos queimadores (34) faz com que uma parte (38) da carga (36), funda e escorra para baixo atra vés da abertura existente no fundo (24). A carga que fundiu (38) escorre para fora do vaso de fusão (10) e pode ser recolhida no vaso (26) situado por baixo do vaso de fusão(lO) para posterior processamento, quando necessário. Os gases de descarga escapam-se para cima, através de uma abertura (40) existente na tampa (26), passando para uma conduta de descarga (não representada) ou através de uma abertura no fundo do vaso de aquecimento ( não representada) .

Durante o processo de fusão no vaso (lo), vários materiais são arrastados pelos gases de escape quentes saídos dos queimadores (34) . Por exemplo, os materiais arrastados, no caso da carga de um banho típico de carbinato de sódio-cal-sílica, podem incluir vapores tais como hidróxido de sódio, mas não se limitam a este composto e partículas tais como sulfato de sódio ou carbonato de sódio, não se limitando apenas a estes compostos, que são todos muito corrosivos para o metal e materiais refractários . As temperaturas elevadas existentes no interior do vaso de aquecimento (10), o ataque químico às superfícies interiores expostas do vaso (10) é ace lerado. Além disso, as partículas abrasivas no interior do .976

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 vaso (10) podem combinar-se com o gás de descarga quente para formarem uma corrente gasosa corrosiva e abrasiva, que circula no interior do vaso (10). A superfície interior (42) da tampa(28) apresenta uma grande superfície exposta no interior do vaso (lo) que é susceptível a este ataque a alta temperatu ra.

Geralmente, a superfície (42) é feita de um aço resistente à corrosáo tal como liga de aço-crômio, mas n3o se limitando a esta. Muito embora n3o olimitando, na forma de realizaçSo preferida do presente invento, a tampa (28) é, pre ferivelmente, uma tampa de metal arrefecida por fluido comfor me se encontra representado na Figura 1. Um fluido de arrefecimento, por exemplo, ar ou água, entra na tampa (28) através da entrada (44) e passa para dentro do corpo da tampa (46). 0 fluido passa então através da chapa perfurada (48) para distribuir o fluido de arrefecimento por toda a superfície interna (50) da tampa (28). O fluido circula ao longo da superfície (50) e sai da tampa (28) através da saída (52). As setas da Figura 1 mostram a circulaçSo do fluido de arrefecimer to através da tampa (28). Quando o fluido circula através da tampa (28), extrai calor da superfície interior (42) de maneira a manter a temperatura da superfície (4 2) igual a um valor inferior à temperatura do interior do vaso (10) . A eliminação do excesso de calor através da tampa (28) a fim de amnter uma temperatura relativamente baixa da tampa (28) reduzindo a degradaçSo do calor e prolongando a sua duraçSo em serviço, pode ter como resultado uma operaçSo de quecimento inef iciente, visto que se tem de adicionar mais calor ao sistema a fim de compensar a quantidade de calor perdida ou eliminada .

Na forma de reaiizaçSo do presente invento representada na Figura 1, a superfície (42) é arrefecida até uma temperatura tal que o material circulado pelos gases de descarga quentes no interior do vaso (10) começam a aderir a ela. Nos momentos iniciais de aquecimento do vaso (10), o gás de des11 .976

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MIS88 carga dentro do vaso (10), pode incluir, mas sem se limitar a elas, partículas arrastadas em suspensão, tais como grãos de areia, de dolomite e de calcário, carbonato de sódio fundido e partículas de sucata de vidro fundidas. A uma temperatura suficientemente baixa da superfície da tampa (42), material tal como sucata de vidroe carbonato de sódio condensa e soli10

Mod. 71 - 10 000 ax - 4-87 difica na superfície da tampa (42), acumulando-se sobre ele uma quantidade adicional de sucata de vidro e de carbonato de sódio bem assim como outros materiais sólidos, em partículas e vapores condensados. Esta camada acumulada (54) tem um coeficiente de condutibilidade térmica duma ordem de grandeza pelo menos inferior à da tampa de metal (28) e, por consequência, proporciona um efeito de isolamento, de forma que maia: quantidade de calor fica dentro do vaso (10) e menor quantida de de calor é retirada através da tampa arrefecida (28). Como a temperatura dentro do vaso (10) aumenta devido à perda de calor, partículas adicionais contidas dentro da corrente de gãs de escape começam a amolecer e aderem também à carga anteriormente depositada (54), aumentando as priedades de isolamento. Isso, por seu lado, reduz a perda de calor através da tampa e faz aumentar a ra dentro do vaso (10). Além disso, partículas não camada de suas proainda mais temperatuamolecidas são capturadas pela camada amolecida pelo calor, aumentando a respectiva espessura e propriedades isoladoras. A uma temperatura suficientemente alta no interior do vaso (10), o material depositado na camada (54) começa a fundir na superfície exposta virada para o interior do vaso (10) e escorre de volta para dentro do vaso (10), limitando assim a espessura da camada da carga (54) que se forma, com uma correspondentemente reduzida perda de calor. Nestas condiçóes estacionárias a espessura final da camada de carga (54) está directai^ente relacionada com os tipos de material que está a ser aquecido e com a temperatura no interior do vaso (10). Como consequência, é evidente que a relação entre a concepção do vaso e o tipo de material dentro do vaso (10) necessita que se equili12 .976

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M1S88

Mod. 71 - 1OOOO βχ - 4-87 bre o arrefecimento da tampa (28) e a temperatura no interior do vaso (10) de modo a desenvolver-se a espessura da camada (54) necessária para um processo de aquecimento especifico.

Deve notar-se que a superfície (42) deve ser de um material que náo se oxida fácilmente porque o óxido metálico pode combinar-se com o material presenta na camada (54) para formar uma camada de interface que tenha um ponto de fusáo inferior ao da camada (54). Como consequência, a camada de interface soltar-se-á da tampa (28) e a camada (54) cairá para dentro do vaso (10) expondo a superfície da tampa (42) . Além dÊso, se o metal ficar oxidado, deve ter-se o cuidado necessário para que quaisquer óxidos formados na superfície da tampa (42) n3o venham acrescentar qualquer cor ou outros contaminantes prejudiciais ao vidro resultante, se tais óxidos forem incorporados no vidro.

A espessura da camada da carga (54) pode ser alterada modificando-se a taxa de aquecimento no interior do vaso (10) ou a taxa de arrefecimento da tampa (28) . Por exemplo, se a quantidade de calor fornecida pelos queimadores (34) foi diminuída, a espessura da camada aumentará porque a temperati ra no interior do vaso (10) será menor, permitindo assim que a espessura da camada aumente antes que as propriedades de isolamento da camada façam aumentar a temperatura do vaso (10) para o necessário para fundir a superfície exterior exposta da camada (54). Inversamente, aumentando a quantidade de calor libertada pelos queimadores (34) pode diminuir-se a espessura da camada (54). Como se mencionou, a espessura da camada (54) pode também ser modificada modificando-se a taxa de arrefecimento da tampa (28). Muito embora esse facto não seja limitado pelo presente invento, uma válvula (55) montada na entrada (44) pode controlar o caudal de fluido de arrefecimento que passa através da tampa (28), como se mostra na Figura 1. De maneira particular, aumentando-se a taxa de arrefecimento, a quantidade de calor retirada do sistema através da camada de isolamento aumenta, arrefecendo assim a ca13 .976

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 mada (54) e permitindo que a sua espessura aumente até que o efeito de isolamento aumentado da camada faça aumentar a temperatura interna do vaso até atingir o valor necessário para fundir a superfície exposta da camada (54).

A camada de carga (54) desempenha diversas funções interligadas. A camada (54) protege a superfície contra as partículas abrasivas que circulam no interior do vaso. Pretende-se que algumas partículas fiquem agarradas à camada e façam parte da própria camada (54). A camada (54) funciona ainda com um isolamento que, simultaneamente reduz a perda de calor dentro do vaso de aquecimento (10) através da tampa (28) e baixa a temperatura da superfície da tampa (42), reduzindo assim os efeitos da degradação térmica. A camada (54) também veda a superfície da tampa (42) e protege-a contra o ataque químico. Especificamente, a camada (54) proporciona uma barreira entre a superfície (42) da tampa (28) e o oxigénio, humidade e gases vaporizados corrosivos que circulam no interior do vaso (10), como por exemplo ( e sem se limitar a ele ) o sulfato de sódio, que atacam e corroem a superfície da tampa (42) . Além disso, com as reacções químicas são geralmente aceleradas a altas temperaturas, a temperatura redu zida da superfície (42) da tampa (28) devida à camada isolamento (54). Diminui a velocidade de qualquer ataque químico à superfície da tampa (42) por materiais corrosivos e assim prolonga a duração da tampa.

A Figura 2 representa os efeitos produzidos sobre uma tampa por uma formação de uma camada de carga de vidro (54), em função da temperatura e da utilização de queimador de gás, para um vaso de fusão semelhante ao representado na Figura 1. Neste exemplo, o gás de arrefecimento era o ar. Deve notar-se que a redução na utilização do queimador de gás, a intervalos de tempo de 30 e de 70 minutos, foi feita para se manter uma temperatura interna geralmente constcinte dentro do vaso (10) quando a camada isoladora (54) começou a formar-se na tampa. Fazendo agora referência à Figura 2,

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2S JUN. Ctítí

Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 antes de a camada de carga se ter começado a formar sobre a tampa, a temperatura do metal era aproximadamente igual a 616°C ( 1140°F), a entalpia do gâs de arrefecimento era aproximadamente igual a 115 x 103 BTU por hora, a temperatura de saída do ar de arrefecimento era aproximadamente igual a 291° C (55O°F) e a utilização de gás do queimador foi aproximadamente 2,5 metros cúbicos por hora,(90 pés cúbicos por hora) (CFH) a aproximadamente 29°C (85°F) de temperatura ambiente. Depois de deixar formar-se a camada de carga sobre a tampa durante cerca de 100 minutos, estes valores eram 441oC (825° F), 6,5 x 10³ BTU por hora, menos que 204°C (400°F) e 2,76 metros cúbicos por hora (80 CFH), respectivamente. Como se pode ver, a temperatura do metal da tampa, a entalpia do gâs de arrefecimento e a tamperatura de saída do gás de arrefecimento eram todos significativamente reduzidas devido à formação da camada de carga sobre a taippa. Admiti-se que os dois picos da temperatura do metal ao fim dos tempos de 55 minutos e 85 minutos como se mostra na Figura 2, podem ter sido devidos a duas porções da camada formada que tenham caído da superfície da tampa (42) e à subsequente re-estabilização da temperatura da tampa. Em geral, espera-se que, mantendo a temperatura da superfície da tampa (42) aproximadamente igual a 482°C + 83°C (900°F + 150°F)num vaso de fusão (10) com uma temperatura interna do vaso suficiente para liquefazer uma carga de vidro de carbonato de sôdio-cal-sílica típica, forme, uma camada isoladora e protectora com uma espessura compreendida entre 0,32 e 1,91 cm (1/8 de polegada a 3/4 de polegada^ dependendo das condições de aquecimento e de arrefecimento e da formulação do banho de vidro.

Quando a espessura da camada (54) aumenta, é possível que uma parte da camada (54) possa cair expondo uma área da superfície interior da tampa (28). Como resultado, pode haver uma perda temporária do efeito de isolamento que requer uma rápida alteração das necessidades de aquecimento e de arrefecimento. Isso pode originar dificuldades no contro- 15 59 .976

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Mod. 71 . 10 000 βχ - 4-87 lo da temperatura interna do vaso e da quantidade de fluido de arrefecimento necessário para a tampa (28). Se assim se pretender, a superfície (42) da tampa pode incluir dispositivos de fixação tais como entalhes (56) ( mas sem se limitar a eles) para acomodar e conservar o banho. Os entalhes podem ter uma profundidade da ordem de grandeza de 0, 24 cm (3/32 polegada). Fazendo referência à Figura 3, muito embora esse facto não limite o invento, os entalhes podem ser em forma de cauda de andorinha com uma forma que ajuda a segurar acamada do banho de vidro (54) na superfície (42). Os entalhes (56) também proporcionam uma área superffcial adicional para a camada inicial (54) formada e podem distribuir e reduzir as forças de corte superficie-a—superfície entre a camada (54) e a superfície da tampa (42), devido à alteração de temperatura no vaso (10) . Rzendo referência à Figura 4, a aderência inicial da tampa (54) à superfície (42) pode ser melhorada revestindo-se a superfície (42), quer seja lisa quer tenha entalhes, com um cimento refractário (58) que proporciona um isolamento inicial no vaso (10) e melhor aderência da camada (54) devido à formação das temperaturas altas resultantes das porçties iniciais da camada (54).

As Figuras 5 e 6 representam uma outra forma de realização do presente invento. A fim de fixar melhor a camada (54) à tampa (28), elementos foraminosos (62) tais como metal expandido, chapas perfuradas ou reticuladas, são fixados 3 superfície (42) da tampa (28). Os elementos foraminosos (62) devem ser resistentes à acção do calor e adequadamente ligados à tempe (28) para ajudar a apoiar a camada quando se forma na superfície da tampa (28). Muito embora não limite o presente invento, a Figura 6 representa uma configuração sob a forma de metal expandido, que pode ser usada. Numa foi ma de realização do presente invento, metal expandido N2 .16 fabricado a partir de aço inoxidável 410 é soldado no rebordo a aproximadamente 5,08 a 7,62 cm ( 2 a 3 polegadas) de distância da tampa (28).

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87

É evidente para os técnicos do ramo que os benefícios atribuíveis à camada do banho de vidro (54) presente na tampa de metal arrefecido (28) são igualmente atribuíveis a uma tam pa de qualquer construção, por exemplo, blocos refractários. A camada (54) ajuda a vedar e a isolar a tampa, manter uma perda de calor menor dentro do vaso (10), proporcionar protec ção contra o ataque químico e abrasivo acelerado e conservar a superfície do refractário a uma temperatura inferior e assir aumentar a sua duração em serviço efectivo. Além disso, o pre sente invento pode ser usado para proteger uma porção expostc do interior deste vaso (10) que não seja a tampa (28) . Por exemplo, o presente invento pode ser usado para proporcionar uma camada de protecção na superfície interna (60) de blocos de suporte da tampa (31). Além disso, os blocos (31) podem ser construídos de uma maneira semelhante à da tampa (28) representada na Figura 1, isto é, construção metálica, arrefecida com fluido de maneira que a taxa de arrefecimento dos blocos (31) possa ser controlada para variar a espessura duma camada de protecção formada.

A Figura 7 representa um vaso de fusão (110) alternativo, semelhante ao tipo descrito na Patente Norte-AmericanaN5, 4 668 272, concedida a Newcamp e col cujas indicações se incorporam na presente memória descritiva a titulo de referência. Um tambor de aço (112) está suspenso de uma moldura circular, (114) por meio de apoios (116), a qual está montada numa pluralidade de rolos de suporte (118) e de rolos de alinhamento (120) que lhe permitem rodar em torno de um eixo geralmente vertical que corresponde à linha de centros do tambor (112) . Uma saida (L22) na parte inferior do tambor (112) inclui uma bucha (124) com uma abertura central (126). A tampa (128), que é o objecto do presente inven to, possui um suporte estacionário por meio de uma armação (130) que está montada independentemente por cima do tambor rotativo (112), como se mostra na Figura 7. A tampa (128) inclui uma ou mais aberturas (132) para inserir um queimador .976

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JIO8B

Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 de alta temperatura (134) dentro do vaso (110)

Dentro do vaso de Fusão (110), mantém-se uma camada estável de carga não Fundida (136) sobre as paredes do tambor e rodeando a cavidade central dentro da qual se realiza a combustão e a Fusão. 0 calor dos queimadores Faz com que uma porção superFicial (138) da carga, Funda e escorra para baixe em direcção e através da abertura do Fundo (126). A carga no estado de Fusão escorre para Fora do vaso de Fusão (110) e pode ser recolhida num vaso (140), colocado por baixo do vasc de Fusão (110), para posterior processamento, quando necessáriocomo, por exemplo, se descreve na patente Norte-Americana N9 . 4 381 934 concedida a Kunkle e col., cujas indicações se incorporam na presente memória descritiva a titulo de reFerência. Os gases de descarga escapam-se, ou por cima, através duma abertura existente na tampa (128) e para uma saída de descarga (142), ou para baixo, através da abertura do Fundo (126) existente na bucha (124).

Durante o processo de Fusão no vaso de liqueFacção (110), vários materiais são arrastados pela corrente de gases quentes de descarga. Por exemplo, numa carga típica de vidro de carbonato de sódio-cal-sílica, estes materiais arrastados incluem vapores tais como óxido de sódio e partículas sólidas tais como de sulFato de sódio ou carbonato de só dio (sem no entanto se limitarem a essas) que são todos Fortemente corrosivos. Os vapores e as partículas combinam-se com o gás quente de escape para Formarem uma corrente de gás corrosivo e abrasivo, que corrói a superFície interna (144) da tampa (128) exposta ao gás. De maneira particular, a superFicie interior (144) é submetida a oxidação e sulFuração no ambiente de alta temperatura. A alta temperatura no interior do vaso de Fusão (110), que tipicamente está compreendida dentro dos limites situados entre 1316 e 1427°C (2400° F e 2600°F) perto da superFície da tampa (144), acelera esta corrosão e abrasão. Além disso, as partículas arrastadas pela corrente gasosa também provocam a erosão da superFície

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 (144) . Observou-se que este ataque mecânico e químico pode desgastar o refractário de alumina/zircónio/síl ica com uma taxa de corrosão superior a 0,64 centímetros ( um quarto de polegada) em cada periodo de 24 horas.

Um método para reduzir a acção de abrasão do gás de descarga sobre as partes expostas do vaso (110) e, de maneira particular, sobre a tampa (128), consiste em dirigir cás a alta velocidade, sob a forma de um jacto de gás , para o espaço entre o gás de descarga e a porção exposta, como se indica na Patente Norte-Americana N2. 4.675 041 concedida a Tsai, cujas indicações se incorporam na presente memória descritiva a titulo de referência. 0 gás sob alta velocidade minimiza o contacto entre o gás de descarga e as porções expostas do vaso, de maneira a reduzir o desgaste devido à degradação corrosiva .

presente invento refere-se a uma outra maneira de se proteger as porções expostas do vaso contra a acção do gás de descarga em circulação. Fazendo referência às Figuras 8 a 10, a tampa (128) de acordo com o presente invento, é construída a partir duma pluralidade de módulos da tampa (146) que incluem cada um uma chapa de base principal (148) e uma camada (150) resistente ao desgaste (150), aplicada sobre a face quente (144) da tampa (128). A expressão resistente ao desgaste, tal como é usado na presente memória descritiva, inclui, mas não se limita, a resistência à corrosão, à abrasão, à oxidação ou a qualquer outro mecanismo de deterioração superficial que reduza a duração em funcionamento efectivo da tampa (128). 0 revestimento (150) é, preferivelmente, uma placa ou uma camada soldada, como se refere mais adiante. Embora não limitado no presente invento, na forma de realização preferida do mesmo, o revestimento (150) é constituído por um aço inoxidável com crómio como elemento de liga. A superfície da liga de aço de crómio oxida-se originando uma película de óxido de crómio que protege e resguarda o aço que fica por baixo contra a posterior oxidação e ataque químico.

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JUN. ;98ó

Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87

Os aços de liga de crómio são também resistentes à abrasão.

Na área da Fusão do vidro, preFere-se o aço inoxidável Ferrítico em vez do aço inoxidável austenítico, por aquele ter muito pouco ou nenhum níquel. Se o níquel da tampa (128) passa para o vidro Fundido, no vidro Final aparece o deFeito designado como pedra de sulFureto de níquel. Na discussão que se segue, quando se Faz reFerência às propriedades do aço de crómio, trata-se de aço Ferrítico mas deve apreciar-se que problemas semelhantes podem ocorrer com aços inoxidáveis austeníticos.

Geralmente, quanto maior For o teor de crómio do aço, maior será a sua resistência à oxidação e à corrosão mas o uso de aços de crómio também apresenta problemas adicionais. Por exemplo, os aços de crómio contendo mais do que cerca de 15% em peso de crómio, expostos durante muito tempo a temperatura da ordem de cerca de 399°C a 566°C ( 7 5O°F a 1050°F), podem aumentar de durezacom uma correspondente diminuição de ductilidade. Esta Fragilidade aumenta com o aumento do teor de crómio e com o tempo a uma determinada temperatura. Como consequência, mesmo que a superFície da tampa (144), exposta directamente a um calor intenso com uma temperatura superior a 538°C ( 1000°F), seja Peita de aço de crómio com um alto teor de crómio, se o gradiente de temperatura através da espessura da camada For tal que partes da camada sejam mantidas dentro duma gama de temperaturas pré-determinada, a tampa (128) pode desenvolver Fendas internas.

Para prolongar a duração útil da tampa (128), a temperatura da tampa (128) e, mais particularmente, da camada de revestimento (150), é controlada para se evitar a Fragili dade . Na particular Forma de realização do invento, represen tada nas Figuras 8 a 10, cada módulo (146) da tampa (128) é arreFecido por Fluido de arrePecimento, prePerivelmente água que circula através de uma série de condutas ( 152) Formadas por exemplo, por partes de tubos divididos ao longo do seu eixo longitudinal e soldados à Face Fria (154) da chapa da

PO .976

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base (148) . Este arranjo de arrefecimento é facilmente fabricado e evita a necessidade de se formar a chapa de base (148) com condutas integrais. Entradas (156) e saídas (158) individuais permitem que a quantidade de fluido de arrefecimento ₅ que circula através das condutas (152) posea variar de maneira a conseguir-se caso se pretenda o controlo individual de temperatura de cada módulo (146) da tampa (128) . Além disso, as entradas ( 156) e as saídas (158) permitem que um módulo (146 seja retirado da tampa (128), como se refere mais adiante, sen se afectar a circulação do fluido de arrefecimento através dos odros módulos.

Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87

A vida útil da tampa (128) pode ainda ser prolongada, proporcionando uma camada de protecção ao revestimento (150) . Na forma de realizaçao preferida do presente invento, a tampa (128) é arrefecida até uma temperatura tal que o material cir culado pelo gás de escape quente dentro do vaso (110), começa a aderir a ela de uma maneira semelhante à referida no pedido de patente Norte-Americana com oN5. de Série 68 375, depositado por Kunkle e col . em 27 de Junho de 1987 e cujas indicações sáo incorporadas na presente memória descritiva como referência. Na fase inicial de aquecimento do vaso (110), o gás de descarga dentro do vaso (110) pode incluir sem a eles se limitar, partículas arrastadas pelo ar, tais como gráos de areia, dolomite e calcário, carbonato de sódio fundido e partículas de sucata de vidro fundido. A uma temperatura da face (144) suficientemente baixa, material tal como a sucata de vidro fundido e o carbonato de sódio, condensa e solidifica na face quente (144), com quantidades adicionais de sucata de vidro e de carbonato de sódio, bem assim como de materiais constituídos por partículas e vapores condensados que se acumulam aí. Esta camada (160) assim formada tem um coeficiente de condutibilidade térmica pelo menos uma ordem de grandeza menor que o metal da tampa (128) e, por consequência, proporciona um efeito de isolamento de maneira que uma maior quantidade de calor se conserva dentro do vaso (110) e uma menor

JUN..J83 .97 6

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Mod. 71 - 10 000 ex - 4-87 quantidade de calor é retirada através da tampa (128). A medida que a temperatura- dentro do vaso (110) aumenta devido à menor perda de calor, mais partículas, dentro da corrente de gás de descarga, começam a amolecer e também aderem à camada da carga (160) anteriormente depositada, aumentando as suas qualidades de isolamento. Isso por sua vez reduz a perda de calor através da tampa (128) e aumenta a temperatura no interior do vaso (110). Além disso, partículas não amaciadas são capturadas pela camada amaciada pelo calor, aumentando ainda mais a sua espessura e as suas propriedades isoladoras . Com uma temperatura suficientemente alta no interior do vaso (110), o material depositado na camada (160) começa a fundir na superfície exposta do vaso (110) e pinga para dentro do vaso (110) limitando assim a espessura da camada de carga (160) que se forma e mantendo uma espessura geralmente constante com uma correspondentemente reduzida perda de calor. Nestas condições de estado estacionário, a espessura da camada de carga de vidro final (160) está directamente relacionada com os tipos de material que está a ser aquecido e com a temperatura interior dentro do vaso (110).

A camada de carga (160) desempenha diversas funções inter-relacionadas. A camada (160) protege a superfície contra a acção das partículas abrasivas que circulam no interior do vaso. Prevê-se que algumas partículas adiram à camada se tornem parte da própria camada (160) . A camada (160) funciona ainda como isolador térmico, que náo só reduz a perda de calor de dentro do vaso de aquecimento (110) através da tampa (128) como faz baixar a temperatura da face quente (144), reduzindo assim os efeitos de degradação térmica. A camada (160) também veda a face (144) e protege-a contra o ataque químico. Especificamente, a camada (160) proporciona uma barreira entre a face (144) da tampa (128) e o oxigénio, humidade e vapores gasosos corrosivos que circulam no interior do vaso (110) que todos eles atacam e corroem a face quente da tampa (144) . Como as reacções químicas são geralmente acele22 59 .976

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 radas a temperaturas elevadas, a temperatura reduzida da face quente (144) da tampa (128), devido à camada isoladora (160), reduz o ritmo de qualquer ataque químico à face (144) por materiais corrosivos e assim prolonga a duração da tampa. Deve no entanto notar-se que a camada de carga (160), em si própria, é corrosiva, por causa, por exemplo, do teor de enxofre existente na camada (160), que provoca o ataque por sulfuração, de maneira que a face quente (144) da tampa (128), deve ainda ser resistente ao ataque químico.

Quando a camada (160) aumenta de espessura, é possível que uma parte da camada (160) possa cair, expondo uma área da face quente (144) da tampa (128) . Como resultado pode haver uma perda temporária de efeito isolador que necessita uma alteração súbita das necessidades de aquecimento e arrefe cimento. Isto pode originar dificuldades no controlo da temperatura interna do vaso e da quantidade de fluido de arrefecimento requerida pela tampa (128) . Caso se pretenda, a face quente (144) da tampa pode incluir dispositivos de fixação tais como elementos foraminosos (162) mas sem se limitar a eles, tais como metal expandido, chapas perfuradas ou redes ficados na face (144) da tampa (128) para segurar a camada (160), como se mostra nas Figuras 7, 9 e 10. Os membros foraminosos devem ser resistentes ao calor e adequadamente ligados à tampa (128) para se conseguir um arrefecimento suficiente e para ajudar a suportar a camada (160) quando se forma sobre a face quente (144) .

Na particular forma de realização do invento, representada nas Figuras 8 a 10, a tampa (128) é fabricada de uma chapa de base com 3,81 cm ( 1 1/2 polegadas) (148) de espessura de aço de baixo teor de carbono, por exemplo, de aço AISI 1010, com uma chapa intermédia (164) com a espessura de 0,64 cm (1/4 de polegada) de aço de crómio tendo aproximadamente 10 a 16 por cento em peso de teor de crómio e uma chapa interior (166) exposta com uma espessura compreendida entre 0,64 e 0,95 cm (1/4 de polegada a 3/8 de polegada) de aço > S · -Z f

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JUN.;£83

Mod. 71 - 10 000 βχ . 4-87 de crómio com aproximadamente 16 a 27 por cento em peso de teor de crómio. 0 Fluido de arreFecimento preFerido é água, que é Feita circular através das condutas (152) para manter a superFície da tampa (144) a uma temperatura compreendida entre 482°C e 649°C (900°F e 1200°F). Caso se pretenda, podem-se adicionar chapas laterais de aço de crómio (168) para proteger as Faces laterais da chapa de base (148), como se representa nas Figuras 8 a 10. Malha metálica expandida n2. 16 Fabricada de aço inóxidavel 410 é soldada a pontos com centros a aproximadamente 5,08 a 7,62 cm (2 a 3 polegadas) de distância à chapa (166) da tampa (128).

ConForme acima se mencionou, se a chapa (166) For demasiadamente espessa, uma parte da chapa pode ser arreFecida por uma combinação do arreFecimento com âgua e/ou com a Formação da camada (160) até limites de temperatura, dentro da qual pode ocorrer a Formação de Fendas, devido ao gradien te de temperatura atarvés da espessura da chapa . Por exemplo se a chapa For Feita de aço de crómio, isto é, 12,5 por cento em peso de crómio e a chapa (166) For arreFecida de tal ,

2q maneira que o gradiente de temperatura, desde a superFície (144) e através da chapa (166) tiver como resultado que uma parte da espessura da chapa seja mantida a uma temperatura compreendida entre os limites de Fragilização, hâ a possibilidade de poder ocorrer a Formação de Fendas internas na cha pa interior (166) . Incluindo uma chapa intermédia (164) de aço de crómio que tem um teor de crómio inFerior ao da chapa interior exposta e escolhendo as espessuras das chapas (164) e (166) de tal maneira que, sob um conjunto pré-determinado de parâmetros de Funcionamento, o gradiente de temperatura através do revestimento (150) é tal que a espessura total da chapa (166) é mantida a uma temperatura superior aos limites de temperatura de Fragilização do aço de crómio, com um teorj de crómio igual a 25%, a chapa (166) não apresenta Fendas devida à Fragilização. 0 aço com menor teor de crómio pode ser mantido dentro do intervalo de temperatura do gradiente .976

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 de temperatura que provoca a fragilização do aço de crómio que contém 25% de crómio porque, devido ao seu menor teor de crómio, o limite de temperatura de fragilização é menor. Come resultado, a chapa intermédia (164) não experimenta os mesmos efeitos adversos dentro dos limites de temperatura de fragilização do aço de crómio que contém 25% de crómio, de maneire que o risco de frágilização de qualquer chapa do revestimente (150) seja reduzido.

Deve apreciar-se que se pode usar uma única chapa de aço de crómio que tem um limite de temperatura de frágilização fora do limite de temperatura do gradiente de temperatura através da camada de protecção (150), de forma a eliminar a formação de fendas devida à fragilização. Um aço de crómio de baixo teor de crómio pode ter um limite de temperatura de fragilização inferior ao intervalo de temperatura, do gradiente de temperatura, de maneira que a formação de fendas devido à fragilização não ocorra, mas o aço de crómio com um baixo teor de crómio é menos resistente à abrasão do que o aço com maiores teores de crómio. Por outro lado, um aço de elevado teor de crómio, com um limite de fragilização acima do limite de temperatura do gradiente de temperatura, pode proporcionar adequada resistência à abrasão, mas é mais caro do que o aço de crómio com menor teor de crómio.

Como variante, o revestimento superior (150) da face quente (144), pode ser feito de camadas múltiplas de aço de crómio com o mesmoteor de crómio. Com este arianjo, usando-se um aço de elevado teor de crómio, as chapas de aço posiciona das entre a chapa principal (148) e a chapa de aço de crómio mais exterior, podem abrir fendas sem a propagação das fendas através do revestimento (150) para a face quente (144) da tampa (128) . Se se usar aço de crómio de menor teor a chapa exterior exposta pode abrir fendas, mas as chapas interiores não abrirão fendas, de maneira que a chapa principal (148) é protegida.

As chapas (164) e (166) podem ser fixadas à chapa

yy .y/b

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Mod. 71 - 10 000 ex - 4-07 principal (148) de um certo número de maneiras bem conhecidas da técnica, tais como soldadura convencional, soldadura por explosão e ligação por laminagem. Deve notar-se que a integridade de um sistema soldado é convencionalmente limitada pelos defeitos que são inerentes ao processo de soldadura por exemplo, formação de microfendas, vazios, etc. Além disso a soldadura convencional pode não proporcionar o grau de trens ferência de calor que é necessário para um funcionamento a alta temperatura. Para as aplicações a alta temperatura, a soldadura por explosão é o método preferido, visto que proporciona o contacto íntimo contínuo entre as chapas, que é necessário para se conseguir uma boa condutibilidade térmica através da tampa. Se se usa a soldadura por explosão para a fabricação, deve ter-se o cuidado de se garantir que a resistência ao impacto dos materiais de chapa seja suficientemente grande para resistir às técnicas de soldadura por explosão.

Deve apreciar-se que, muito embora na forma de realização preferida do presente invento, o revestimento (150) seja aço de crómio, é possível usar-se outras ligas, por exemplo, Alfa IV que é uma liga de alumínio e crómio fornecido pela firma Allegheny Lundlum Corporation, Pennsylvania, Estados Unidos da América e Stellite 6 que é uma liga de cobalto e crómio disponível na firma Cabot Stellite Division, Indiana, Estados Unidos da América.

Como variante, o revestimento (150) pode ser um revestimento soldado, isto é, uma série de cordões de soldadura, depositados lado a lado, que cobrem toda a face quente (144) da tampa (128) . Na forma de realização particular do invento, representada nas Figuras 11 e 12, os cordões de soldadura de aço de crómio ( 170) são aplicados na chapa de base (148) por qualquer uma de um certo número de técnicas de soldadura bem conhecidas tais como soldadura por arco submerso, que é a preferida, e soldadura a gás por enxertos metálicos . A área de soldadura (17 2) é preferivelmente, conservada pequena para diminuir a distorção da chapa de base (148), que .976

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Mod. 71 - 10 000 βχ - 4-87 pode empenar ou dobrar-se se se utilizam cordões de soldadura (170) compridos. Depois de se ter aplicado uma camada de soldadura (174), podem-se adicionar camadas de soldadura subsequentes (176), tendo as camadas adicionais um teor de crómio diferente, caso seja necessário, para evitar a fragilização como já se referiu.

Uma camada de soldadura proporciona a ligação intime com a chapa de base ( 148), que é necessária para se conseguir uma boa condutibilidade térmica entre a chapa de base (148) e a camada (174), mas a soldadura necessita outros cuidados especiais que precisam de ser atendidos. Quando um cordão de soldadura de liga de crómio é aplicado a uma chapa de base (148), os dois metais combinam-se e o teor de crómio no cordão de soldadura resultante é diluído, isto é, o teor de crómio é aproximadamente a média dos teores de crómio do material de base e do material de cobertura. Por exemplo, se o material de base não tem crómio e o mateiral de revestimento de soldadura tem 20% em peso de crómio, o cordão de soldadura resultante terá aproximadamente 10% de crómio, isto é, (0% de crómio do metal da chapa de base + 20% de crómio no material de revest imento): 2. Deve notar-se que sucessivos passagens de materialde revestimento de crómio, para formar espessura da cobertura (150), têm como resultado uma menor diminuição, visto que o material que fica por baixo contém já crómio. Continuando o exemplo anterior, se uma segunda camada do mesmo material de sobreposição por soldadura for adicionada por cima da primeira camada, oteor de crómio resultante da segunda camada será aproximadamente igual a 15% isto é, (10% na primeira camada + 20% na segunda camada):2. Ê óbvio que, quanto maior for o número de passagens de solda dura, menor é a redução do teor de crómio e assim tanto maior será o teor de crómio resultante .

Além disso, o tipo do material da chapa de base (148) pode incluenciar a eficácia da camada de soldadura. Verificou-se que, quando o teor de carbono da placa de base

- 27 1 .9/b

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Mod. 71 - 10 000 ex - 4-87 (148) é demasiadamente elevado, por exemplo, como no ferro fundido, o crómio do material de revestimento combina-se com o carbono para formar carboneto de crómio. Esta combinação reduz ou elimina o crómio disponível para Formar a camada de protecção de óxido de crómio como se referiu acima. Para evitar esta situação devem usar-se materiais com teor de carbono baixo e/ou com teor de crómio baixo na chapa de aço de base . Como variante, se o teor de carbono da chapa de base for demasidamente alto, pode colocar-se entre a chapa de base (148) e o aço de crómio, uma camada que actue como tampão e diminua o esgotamento de crómio da camada soldada.

Na forma de realização particular representada nas Figuras 11 e 12, aplicam-se cordões de soldadura (170) com a espessura igual a 0,32 cm(l/8 de polegada) de aço contendo 25% de crómio em áreas com 15,24 cm por 15,24 cm (6 polegadas por 6 polegada( (172) para cobrir uma chapa de base (148) de aço de carbono com a espessura de 6,35 cm (2 1/2 polegadas). Duas camadas com a espessura de 0,32 cm (1/8 de polegada (178) protegem os lados da chapa de base (148). Pode usar-se metal de aço inoxidável expandido (180) para cobrir a face quente (144) e suportar a camada da carga (182) que pode formar-se como se mencionou anteriormente .

A espessura da chapa de base (148) e da camada de recobrimento (150) e o arranjo de arrefecimento, em qualquer Forma de realização do presente invento, estão inter-relacionados e dependem das condições de fundionamento do vaso (110). A temperatura da face quente (144) da tampa (128) depende da temperatura no interior do vaso (110) e da proporção de arrefecimento na tampa (128) . 0 arrefecimento, por sua vez, depende da espessura da chapa de base (148) e da respectiva camada de revestimento (150) e dos seus coeficientes de condutibilidade térmica e do espaçamento das condutas de arrefecimento (152) na face fria (154) da chapa de base (148) assim como da temperatura desejada para a face quente (144) . Como se mencionou anteriormente, a fragilização da camada de co28 .976

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2SJUXC88

Mod. 71 - 10 000 ex - 4-87 bertura da liga de crómio (150) determina a espessura da camada .

Na forma de realização preferida do presente invento, cada módulo individual (146) é suportado de tal maneira que pode ser retirado, sem afectar o funcionamento dos restantes módulos (146), de uma maneira semelhante à descrita no Pedido de Patente NOrte-Americana com o Número de Série 873 003 depositado por Matesa e col. em 11 de Junho de 1986, cujas indicações se incorporam na presente memória descritiva a título de referência. Na forma de realização particular do presente invento, representada nas Figuras 7 e 9, os módulos (146) estão dependentes da viga (184) da estrutura de suporte (130) por meio de escoras (186) e do suporte (188) . 0 órgão de forquilha (190) da barra (186) é fixado por meio de pernos no suporte (188) enquanto a extremidade superior da barra (186) é removívelmente fixada na viga (184).

Cada módulo (146) estâ, preferilvelmente, com os módulos adjacentes, para formarem uma estrutura da tampa unitária. Na forma de realização particular do presente invento representado na Figura 10, o parafuso (192) prolonga-se através das extremidades opostas da chapa de ligação (194) e para dentro do furo para parafuso (196) da chapa principal (184). Golas (198) mantêm a chapa de fixação (194) em relação distanciada da chapa principal (148) .

Chapas de posicionamento (200), de construção semelhante à do suporte (188), podem ser proporcionadas para manipular o módulo (146) quando se desloca para a posição e para fora de posição, na tampa (128), por um mecanismo de elevação, por exemplo, um guincho superior ( não representado) . 0 guincho pode baixar um conjunto ( não representado) para ligar às chapas de posicionamento (100) . 0 cabo do guin cho é em seguida submetido a tensão de modo a suportar o módulo (146) quando a barra (186) e as chapas de ligação (194) são desligadas e a entrada (156) e saída (158) são desligadas do abastecimento de fluido de arrefecimento (não repre/ Ο

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Mod. 71 - 10 OOO βχ - 4-87 sentado). 0 guincho levanta então o módulo (146) para fora da tampa (128), transfere-o para um local de descarga e coloca um novo módulo da tampa (146) na abertura da tampa (128). Como variante, os módulos (146) podem ser levantados directamente pela barra (186) .

Deve assinalar-se que, muito embora as formas de realização do presente invento representadas nas Figuras 7 a 12 representem uma tampa plana com módulos removíveis rectangulares, podem usar-se outras configurações da tampa e/ou do módulo. Por exemplo, a tampa (128) pode ter a forma de cúpula e/ou os módulos (146) podem ter a forma de cunha como se descreve no pedido de Patente Norte-Americana com ο N9. de Série 87 3 003 .

A construção modular da tampa (128) permite o uso de módulos com diferentes espessuras de revestimento (150) em posições diferentes. Por exemplo, o revestimento (150) de módulos (146) em áreas de problemas potenciais, tais como, por exemplo, na vizinhança de uma calha de alimentação de material (não representada) ou duma saída de descarga (142), pod« ser mais espesso do que noutras partes da tampa.

Além disso, o desenho da tampa de acordo com o presente invento pode combinar-se com outras configurações da tampa ou do tecto em que só partes seleccionadas do tecto necessitam de controlo continuo e a substituição devida à temperatura e/ou às condições corrosivas e/ou abrasivas dentro do vaso de quecimento. Por exemplo, o tecto pode ter a forma de uma estrutura contínua de uma única peça sobre a maior parte do vaso, com módulos substituíveis (146), em áreas de problemas potenciais.

As formas do presente invento representadas e descri tas na presente memória constituem formas de realização representativas e entende-se que são possíveis várias modificações sem afastamento do âmbito do presente invento.

59 .976

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depósito dos correspondentes pedidos para o invento acima descrito foram efectuados nos Estados Unidos da América em 1 de Julho de 1987 sob o n° . 68. 375 e em 16 de Novembro

Claims (7)

15. - Método para protecção de uma superfície interia exposta de um vaso de aquecimento em que o material dentro do vaso por baixo da superfície exposta é aquecido para levar o material a um estado fundido, se estabelece um modelo de circulação de gás de escape, incluindo partículas e material fundido arrastados, no interior do vaso e o mecanismo gás se move de encontro à mencionada superfície interior exposta, caracterizado por compreender o arrefecimento da citada super fície exposta até uma temperatura tal que as referidas partículas e material fundido que contactam com a mencionada super fície arrefecida aderem à superfície e formam uma camada de protecção na superfície e por o material arrastado adicional aderir ao mateiral arrastado previamente depositado de maneira a aumentar a espessura da camada.

25. - Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a camada de protecção isolar termicamente a superfície interior, sendo a espessura da camada, aumentada até à temperatura no interior do vaso ser suficiente para fundir o material arrastado depositado recentemente sobre a camada de maneira a manter relativamente constante a espessura da camada na superfície e por a temperatura de aquecimento ser relativamente constante dentro do vaso.

3^. - Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por se variar a quantidade de calor no vaso de manei ra a variar a espessura da camada.

45 . - Método de acordo com as reivindicações .2 ou 3 caracterizado por se variar o arrefecimento da superfície ex31 .y/&

Case F/8489/8547

Mod. 71 - 10 000 βχ -

4-87 posta para variar a espessura da camada.

5^ . - Método de acordo com qualquer das reivindica ções anteriores, caracterizado por o material ser uma carga de vidro e a superfície ser a superfície exposta duma tampa do vaso de aquecimento.

65 . - Método de acordo com qualquer das reivindica ções anteriores, caracterizado por a superfície exposta ser revestida com um cimento refractário.

7^ã . - Método de acordo com qualquer das reivindica ções anteriores, caracterizado por a referida camada ser anco rada na referida superfície exposta.

85 . - Método de acordo com qualquer das reivindica ções anteriores, caracterizado por a superfície exposta ser constituída por material poroso nela fixado para ajudar a fixar a camada da superfície .

9^ . - Tampa para um vaso de aquecimento de uma car ga de material em que os gases de escape resultantes do aquecimento da carga de material dentro de uma cavidade do vaso circulam no seu interior, as partículas e o material fundido são arrastados pelo gás de escape, caracterizado por compreen der um corpo principal com uma superfície interior exposta à cavidade, que compreende uma camada de protecção, incluindo porções do material em partículas e fundido, proporcionada na superfície interior para a proteger e isolar e meios para controlar o arrefecimento da superfície interior de modo a variar a espessura da camada de protecção.

10?.- Tampa de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender meios para aumentar a área superficial da superfície interior.

115 . - Tampa de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por os meios para aumentar a área superficial ancorarem a camada à superfície interior.

125. - Tampa de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por a superfície interior incluir porções superficiais renhuradas.