PT946320E

PT946320E - Instalacao de transferencia de metal no estado liquido metodo de funcionamento e sistemas refratarios

Info

Publication number: PT946320E
Application number: PT97943090T
Authority: PT
Inventors: Francois-Noel Richard; Jose Simoes
Original assignee: Vesuvius Crucible Co
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 2002-01-30
Also published as: US6450376B1; BR9711940A; CA2268185C; PL332961A1; CN1089043C; NZ335199A; PL185612B1; AU4469697A; NZ335200A; BR9711929A; ATE204218T1; CZ130299A3; DE69705233D1; DE932463T1; DK0946320T3; US20010015360A1; KR100523968B1; PL332940A1; EA199900371A1; JP2001502244A

Description

DESCRIÇÃO "INSTALAÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DE METAL NO ESTADO LÍQUIDO, MÉTODO DE FUNCIONAMENTO, E SISTEMAS REFRACTÁRIOS" O presente invento diz respeito a instalações de transferência de metal em estado líquido de um recipiente de montante para um recipiente de jusante, compreendendo: um recipiente de montante; um recipiente de jusante; um bico de vazamento; um regulador de caudal próprio para regular o caudal da corrente de escoamento de metal em estado líquido através do furo de vazamento; um jogo de conjuntos refractários que são colocados entre o recipiente de montante e o recipiente de jusante no prolongamento do furo de vazamento e que delimitam o bico de vazamento através do qual o metal se escoa do recipiente de montante para o recipiente de jusante, tendo cada um dos conjuntos refractários do bico de vazamento pelo menos uma superfície de acoplamento que forma uma junta com uma correspondente superfície de um conjunto refractário adjacente; um canal de protecção colocado em tomo do bico de vazamento ao nível de pelo menos uma superfície de acoplamento entre conjuntos refractários. 0 termo conjunto refractário quer dizer um componente monolítico constituído por um ou mais tipos de material refractário, possivelmente compreendendo outros componentes, por exemplo um invólucro metálico. O termo regulador de caudal quer dizer qualquer tipo de dispositivo utilizado neste campo da técnica, como por exemplo uma haste obturadora, uma válvula de corrediça, c também um simples estrangulamento.

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Numa instalação deste tipo, a presença de um regulador no bico de vazamento significa que existe uma perda de pressão quando o metal em estado líquido se está a escoar. Se o bico de vazamento não estiver perfeitamente vedado pode ser aspirado ar para o interior do bico de vazamento devido à sua pressão reduzida. Isto é normalmente o que acontece, em particular nas superfícies de acoplamento entre os vários conjuntos refractários que formam o bico de vazamento, cuja vedação é difícil de conseguir e de manter. Por isso é aspirado ar, o que resulta numa degradação da qualidade do metal. A fim de se resolver este problema é conhecido o processo que consiste em criar-se, por meio de um canal de protecção, uma sobrepressão de um gás inerte em tomo do bico de vazamento, ao nível de cada superfície de acoplamento crítica. Neste caso o termo gás inerte quer dizer um gás que não vá prejudicar a qualidade do metal vazado. Entre os gases normalmente utilizados podem encontrar-se os gases raros, como por exemplo o árgon, mas também gases tais como o azoto ou o dióxido de carbono.

De acordo com um modo de realização conhecido, é formada uma ranhura em pelo menos uma das superfícies de acoplamento entre dois conjuntos refractários adjacentes. Esta ranhura é alimentada com gás inerte pressurizado e portanto vai formar um canal de protecção anular fechado colocado de maneira a envolver o bico de vazamento. Este tipo de modo de realização é conhecido, por exemplo, através da US 4.555.050 ou da EP 0 048 641.

No caso particular em que sucessivos conjuntos refractários são capazes de se mover uns em relação aos outros, também é conhecida a utilização de um canal de protecção. No pedido de patente francesa FR 2 227 073 é descrita uma válvula de corrediça dotada de duas placas, encontrando-se em cada placa formado um furo através do qual vai passar o metal em estado líquido, indo o -3-

7 movimento de deslizamento de uma placa em relação à outra permitir que o caudal da corrente de metal em estado líquido possa ser regulado. Em cada uma destas duas placas encontra-se formada, ao longo do seu plano de acoplamento comum, uma ranhura em forma de "U", encontrando-se as duas ranhuras situadas uma no seguimento da outra de maneira que os braços de um dos "U's" se vão sobrepor aos braços do outro "U", e portanto vão produzir um canal de protecção anular fechado qualquer que seja a posição das duas placas uma em relação à outra.

De acordo com outra forma de construção conhecida, é proporcionada a existência de uma câmara fechada que circunda a parte exterior das superfícies de acoplamento, e a câmara é alimentada com gás inerte pressurizado. Uma tal forma de construção é conhecida, por exemplo, através da patente US 4.949.885.

Todos estes sistemas conhecidos são utilizados para substituir a admissão de ar pela admissão de um gás inerte, indo desse modo eliminar-se o problema químico associado ao contacto entre o metal em estado líquido e o ar.

No entanto, estas soluções conhecidas têm vários inconvenientes. Não é eliminada a introdução de gás no interior do bico de vazamento. Pelo contrário, ela até é aumentada porque a ranhura ou a câmara se encontra em sobrepressão. Isto é um inconveniente, particularmente no caso da transferência de metal entre um cadinho de vazamento e um molde de vazamento contínuo. O gás introduzido no interior do bico de vazamento vai desembocar no interior do molde, indo aí provocar perturbações tais como turbulência, -4-

movimentaçáo do pó de cobertura e a retenção deste pó no seio do metal em estado líquido. Além disso, o gás arrastado para dentro do molde pode dissolver-se no seio do metal em estado líquido e subsequentemente criar defeitos no metal em estado sólido.

Além disso, a fim de se reduzir a velocidade do metal quando este entra no interior do molde, e portanto para se reduzir a turbulência no interior deste mesmo molde, muitos tipos de tubos de protecção do jacto têm uma secção de saída maior do que a sua secção de entrada. A velocidade do escoamento do metal em estado líquido irá então diminuir gradualmente. A presença de uma quantidade significativa de gás no interior do tubo pode impedir o correcto funcionamento deste tipo de tubos: o escoamento pode separar-se das paredes do tubo e o metal em estado líquido irá então cair sob a forma de um jacto no interior do molde. A qualidade de uma superfície de acoplamento entre dois conjuntos reffactários pode variar de uma maneira incerta ao longo do tempo durante o qual o bico de vazamento estiver a ser utilizado. Podem aparecer defeitos. Em particular no caso de conjuntos refractários que se podem mover um em relação ao outro, o desgaste da superfície de acoplamento pode dar origem a uma quantidade significativa de fugas. Nas instalações dotadas de conjuntos reffactários móveis é possível encontrar válvulas de corrediça de regulação e dispositivos para alterar um tubo de protecção do jacto. A fim de se limitar a quantidade de gás introduzido no interior do bico de vazamento, uma possibilidade consiste em regular o caudal de gás inerte injectado no interior do canal de protecção. Nesse caso, se o defeito de vedação se tomar significativo, pode acontecer que o caudal de gás inerte já não seja suficientemente elevado para que através do bico de vazamento vá entrar apenas -5- i/,,η ^ gás inerte. Nesse caso, a pressão no interior do canal de prulecção torna-se negativa, e para o interior do bico de vazamento pode ser aspirado ar ambiente. Por outro lado, se a vedação for boa, o caudal de gás inerte introduzido no interior do bico de vazamento irá ter um valor fixo, a pressão no interior do bico de vazamento irá aumentar e no interior do bico de vazamento irá entrar gás inerte sem que isso seja realmente necessário.

Outra possibilidade consiste em regular a pressão do gás inerte à medida que este for sendo introduzido no interior do canal de protecção. Nesse caso, se o defeito de vedação se tomar significativo, o caudal de gás inerte que entra no bico de vazamento irá ser bastante elevado, dando origem aos defeitos anteriormente referidos.

Na prática, quando a percentagem de fugas se toma muito elevada é necessário utilizar estes dois modos de regulação em alternância, mesmo que isso signifique aceitar que seja aspirada uma certa quantidade de ar, a fim de se evitar que seja aspirado gás inerte em excesso. Por conseguinte, a gestão da regulação é complexa e inclui necessariamente a adopção de compromissos entre estes dois tipos de inconvenientes. O gás inerte utilizado é geralmente o árgon. A utilização de árgon acarreta a necessidade de um forte revestimento, uma vez que o canal de protecção precisa de ser permanentemente alimentado e que as fugas podem ser consideráveis. Isto é particularmente verdadeiro se o canal de protecção for constituído por uma câmara externa que não pode ser vedada com facilidade e que requer um elevado caudal de gás, a fim de fazer com que nela se mantenha uma sobrepressão. Este inconveniente é particularmente importante em . aplicações de vazamento contínuo entre colher e cadinho.

Através da FR 2 529 493 é conhecida uma válvula de corrediça compreendendo meios próprios para a introdução de um fluido lubrificante entre duas placas.

Além disso, através da FR 2 560 085 são conhecidas umas peças de desgaste que fazem com que seja possível introduzir no próprio material refractário uma substância de impregnação que obtura os poros do material refractário. Esta técnica impede a infiltração de líquido nos poros do material refractário. No entanto, apesar de poderem contribuir para melhorar um pouco o grau de estanqueidade de uma junta entre conjuntos refractários, em nenhum dos dois anteriormente referidos documentos são descritos processos próprios para impedir a entrada de ar para o interior do bico de vazamento. O objecto do presente invento consiste especificamente numa instalação de transferência de metal em estado líquido que não tem os inconvenientes anteriormente referidos. O objecto do presente invento também consiste num método de aperfeiçoamento da vedação das superfícies de acoplamento entre conjuntos refractários durante a utilização do bico de vazamento. O invento diz respeito a uma instalação de transferência de metal em estado líquido, em particular aço, de um recipiente de montante para um recipiente de jusante. Uma instalação deste tipo compreende geralmente um bico de vazamento através do qual o metal em estado líquido se vai escoar do recipiente de montante para o interior do recipiente de jusante, sendo esse bico de vazamento definido por um jogo de conjuntos refractários. Cada conjunto refractário tem pelo menos uma superfície de acoplamento que forma uma junta com uma correspondente superfície de acoplamento de um conjunto refractário -7 {Μη /, / ϋ Ί adjacente. Em tomo do bico de vazamento encontra-se situado um canal de protecção, pelo menos parcialmente ao nível de pelo menos uma superfície de acoplamento. Este canal de protecção encontra-se dotado de uma entrada capaz de permitir a entrada de materiais. O invento é caracterizado por a instalação compreender meios próprios para introduzir no canal de protecção um agente de vedação contido no seio de um fluido portador. Num modo de realização particular, o fluido portador compreende um gás inerte.

Numa variante preferida do invento, os meios próprios para a introdução de um agente de vedação compreendem um cartucho montado numa conduta ligada à entrada do canal de protecção. Vantajosamente, estes meios permitem que predeterminadas doses de agente de vedação possam ser introduzidas no canal de protecção.

De preferência, o canal de protecção compreende uma saída capaz de permitir que um excesso de agente de vedação e/ou de um fluido, por exemplo o gás inerte, se possa escapar. O canal de protecção compreende vantajosamente uma entrada numa extremidade e uma saída na outra extremidade. O referido canal é de preferência linear e contínuo. A saída permite que qualquer excesso de agente de vedação possa ser descarregado para o lado de fora da instalação.

Num modo de realização do invento, à saída do canal de protecção encontram-se ligados uns meios capazes de manter uma pressão na saída do canal de protecção, ao mesmo tempo que permitem que um excesso de agente de vedação se possa escapar. Estes meios podem ser uma perda de carga calibrada. Esta perda de carga calibrada encontra-se em contacto com a atmosfera. A função desempenhada por esta perda de carga calibrada será explicada mais adiante. -8-

i O invento também diz respeito a um método de funcionamento de uma instalação de transferência do metal em estado líquido tal como aqui foi anteriormente descrita, caracterizado por no canal de protecção ser introduzido um agente de vedação contido no seio de um fluido portador.

De preferência, o fluido portador compreende um gás inerte. O agente de vedação pode ser um produto pulverulento, e em particular um pó. Este pó pode vantajosamente ser constituído por partículas de várias dimensões. 0 pó pode ser escolhido entre a grafite e outro material refractário que não prejudique a qualidade do metal. O pó também pode ser um produto fusível, como por exemplo um esmalte, cuja viscosidade no estado líquido seja suficiente para obturar, pelo menos parcialmente, as fugas no canal de protecção. O agente de vedação também pode ser escolhido entre tintas e resinas. Nesse caso, o agente irá cobrir as paredes do canal de protecção com uma camada impermeável. O agente de vedação também pode ser um produto não volátil, escolhido entre os sais e os metais, que se encontra no estado líquido à temperatura de vazamento. Este produto não volátil pode vantajosamente ser introduzido sob a forma de um fio que se funde quando entra no canal de protecção. De preferência, é utilizado um fio de alumínio.

Finalmente, o agente de vedação pode ser produzido pela reacção de pelo menos duas substâncias que são inactivas à temperatura ambiente, mas que reagem entre si à temperatura do canal de protecção. -9- Uuj

Este agente de vedação pode ser introduzido de maneira contínua ou de uma maneira intermitente. O gás inerte pode ser utilizado para transportar este agente de vedação para dentro do canal de protecção.

Um primeiro método, em que gás inerte é injectado no interior do canal de protecção, inclui as seguintes etapas: - a pressão do gás inerte na entrada do canal de protecção é posta a um predeterminado valor; - é medido o correspondente caudal de gás inerte injectado no interior do canal de protecção; e - o agente de vedação é introduzido no canal de protecção quando o valor do referido caudal ultrapassar um predeterminado valor.

Um segundo método, em que gás inerte é injectado no interior do canal de protecção, inclui as seguintes etapas: - o caudal do gás inerte injectado no interior do canal de protecção é posto a um predeterminado valor; - é medida a pressão do gás inerte na entrada deste canal; - o agente de vedação é introduzido canal de protecção quando o valor da referida pressão descer abaixo de um predeterminado valor.

Um terceiro método, em que o gás inerte é injectado no interior do canal de protecção, aplicável quando o canal de protecção possui uma saída, inclui as seguintes etapas: - o caudal de gás inerte injectado no interior do canal de protecção é regulado para um valor estabelecido; - é medida a pressão do gás inerte na sua entrada no interior do canal de protecção; - 10-

- é detenninado o caudal de gás inerte na saída de respiração; - o valor estabelecido do caudal de gás inerte injectado no interior do canal de protecção é ajustado de maneira a que o caudal de gás inerte na saída de respiração se mantenha sempre com um valor positivo; - o caudal de gás inerte aspirado para o interior do bico de vazamento é determinado pela diferença entre o caudal de gás inerte injectado no interior do canal de protecção e o caudal de gás inerte na saída de respiração; e - no interior do canal de protecção é introduzido um agente de vedação quando o referido caudal de gás inerte aspirado para o interior do bico de vazamento ultrapassar um limite permitido. O caudal de gás inerte na saída do canal de protecção é vantajosamente determinado pela medição da diferença de pressão resultante do escoamento do gás inerte numa perda de carga calibrada que se acha ligada à saída do canal de protecção. Uma vez que a perda de carga calibrada existente no próprio canal de protecção tem um valor reduzido, a pressão medida na entrada do canal de protecção é praticamente igual a essa diferença de pressão. Por conseguinte este método aplica-se se a instalação de transferência de metal em estado líquido incluir na saída do canal de protecção uns meios capazes de manter uma pressão, como por exemplo uma perda de carga calibrada

Outras características do invento tomar-se-ão evidentes através da leitura da descrição que irá ser apresentada a seguir, feita com referência às figuras anexas. Nessas figuras: - a Fig. 1 é uma vista global e em corte segundo um plano vertical de uma instalação de transferência de metal em estado líquido de acordo com a técnica anterior; a Fig. 2 é uma vista de pormenor e em corte segundo um plano vertical de uma instalação de transferência de metal em estado líquido de acordo com o invento, incluindo uns meios próprios para a introdução de um agente de vedação; a Fig. 3 é uma vista de pormenor e em corte segundo um plano vertical de uma tal instalação de acordo com o invento, em que os meios próprios para a introdução de um agente de vedação compreendem uma cavidade feita no interior de um conjunto refractário; a Fig. 4 é uma vista de pormenor e em corte segundo um plano vertical de uma instalação de acordo com o invento, em que um canal de protecção linear consiste numa ranhura, tendo uma entrada e uma saída, feita num conjunto refractário; a Fig. 5 é uma vista semelhante à Fig. 4, em que o canal de protecção consiste numa câmara; a Fig. 6 é uma representação esquemática de uma instalação de acordo com o invento e dos respectivos circuitos auxiliares, incluindo meios próprios para injectar gás inerte e introduzir um agente de vedação; a Fig. 7 é uma vista em planta de um pormenor de uma instalação de acordo com o invento, mostrando um conjunto refractário em que um canal de protecção linear consiste numa ranhura tendo uma entrada e uma saída; as Figs. 8 e 9 são vistas em planta e em alçado de duas placas de uma válvula de corrediça de uma instalação de transferência de metal em estado líquido de acordo com o invento, encontrando-se a válvula de corrediça na posição de completamente aberta; e 12 - íj/η - as Figs. 10 e 11 sao vistas em planta e em alçado dessas mesmas duas placas, encontrando-se a válvula de corrediça na posição de completamente fechada. A Figura 1 mostra uma instalação de transferência de metal em estado líquido de acordo com a técnica anterior. Essa instalação compreende um recipiente de montante 2. No exemplo representado, o recipiente de montante 2 é um cadinho que tem uma parede inferior de aço 4 coberta com uma camada de material refractário 6. No fundo do cadinho encontra-se formado um furo de vazamento. Este furo de vazamento é delimitado por uma tubeira interna 8 que é montada na espessura do material refractário e passa através da parede inferior de aço 4. A instalação também compreende um recipiente de jusante 10. No exemplo representado, o recipiente de jusante 10 consiste num molde de vazamento contínuo. A tubeira interna 8 termina na sua parte inferior numa placa 12. Por debaixo da tubeira interna 8 encontra-se situado um tubo 32 de protecção do jacto rematado na sua parte superior por uma placa 16 que vai ficar em contacto com a placa 12 da tubeira interna 8. De uma maneira conhecida, as placas 12 e 16 são apertadas uma contra a outra por intermédio de meios conhecidos, a fim de ficarem vedadas de uma maneira tão completa quanto possível. Um canal de protecção fechado 18 consiste numa ranhura anular 20 formada na superfície 22 de acoplamento entre a placa 12 e a placa 16. A esta ranhura 20 encontra-se ligado um tubo 24 próprio para fornecer um gás inerte. Pelo número de referência 26 são indicados uns meios próprios para regular o caudal de metal, neste caso uma haste obturadora. A tubeira intema 8 e o tubo 32 de protecção do jacto vão delimitar um bico de vazamento 28 através do qual o metal se vai escoar do recipiente de montante 2 para o interior do recipiente de jusante 10. No exemplo de modo de realização aqui representado, a instalação tem apenas dois conjuntos - 13 - {yU/ή C Λ

refractários (a tubeira interna 8 e o tubo 32 de protecção do jacto), mas pode ter mais do que dois, por exemplo no caso de uma instalação equipada com uma válvula de corrediça dotada de três placas. Cada conjunto refractário 8, 32 que delimita o bico de vazamento 28 tem pelo menos uma superfície que forma uma superfície 22 de acoplamento com uma correspondente superfície de um conjunto refractário adjacente. A Figura 2 é uma vista de pormenor de parte de uma instalação de transferência de metal em estado líquido de acordo com o invento. A figura mostra uma tubeira colectora 30 inserida num tubo 32 de protecção do jacto, que portanto forma um bico de vazamento 28. A junção entre os dois conjuntos refractários apresenta uma superfície de acoplamento 22. Um canal de protecção fechado 18 consiste numa ranhura anular 20 formada na superfície de acoplamento 22 do tubo 32 de protecção do jacto com a tubeira colectora 30. A esta ranhura anular 20 encontra-se ligado um tubo 24 próprio para fornecer o gás inerte.

Um cartucho 33 contém um agente de vedação, e é utilizado um aparelho de dosagem 34 para introduzir o agente de vedação no tubo 24 de fornecimento de gás inerte. Este aparelho de dosagem 34 pode ser um distribuidor rotativo que inclui um cilindro e que em cada rotação introduz uma predeterminada quantidade de agente de vedação no tubo 26 de fornecimento de gás inerte. O aparelho de dosagem 34 pode ser controlado manualmente. O seu funcionamento também pode ser automatizado. A introdução pode ser contínua ou intermitente. Neste modo de realização, o agente de vedação é transportado pela corrente de gás inerte que portanto actua como um fluido portador. Por conseguinte, o agente de vedação entra no canal de protecção 18 e é arrastado - 14-

/ pelo gás inerte para dentro dos interstícios existentes entre os conjuntos refractários 30 e 32. Por conseguinte, o agente de vedação vai obturar esses interstícios. Em consequência disso resultam duas vantagens: em primeiro lugar, o caudal de gás que é aspirado para o interior do bico de vazamento 28, e que vai perturbar o vazamento do metal em estado líquido, vai diminuir; em segundo lugar, vai diminuir o consumo de gás, que é um factor económico.

No exemplo representado na Figura 2, o agente de vedação é um pó transportado por um gás portador. Vantajosamente, este pó pode ser constituído por partículas de várias dimensões. Por conseguinte, as partículas de maiores dimensões vão obturar as fugas de maiores dimensões e as partículas mais finas vão completar o processo de obturação das fugas de menores dimensões e dos interstícios entre as partículas de maiores dimensões. De preferência, são utilizadas partículas planas, isto é, flocos. Os flocos têm as seguintes vantagens: eles são mais facilmente transportados pela corrente de gás portador; eles deformam-se de maneira a ajustarem-se à forma dos interstícios a serem obstruídos. O pó pode ser constituído por grafite ou por outro material refractário que não prejudique a qualidade do metal. O invento também diz respeito a outras formas de agente de vedação e a outros modos de introdução deste último. O modo de introdução pode incluir a utilização de um gás inerte como fluido portador. O agente de vedação também pode ser introduzido no interior do canal de protecção 18 sem a ajuda de um fluido portador. O agente de vedação pode ser um líquido. Em particular, ele pode ser um produto, como por exemplo uma massa consistente ou um óleo, que pode ser introduzido em forma líquida ou viscosa. Esses produtos vão, mediante craqueamento, dar origem à formação de produtos sólidos que asseguram que as fugas vão ser obturadas, e de produtos voláteis que são descarregados. Nesta variante, é vantajoso proporcionar, no canal de protecção Ί/L^' 15- (///ή 18, a existência de pelo menos um orifício de descarga, a fim dc que os produtos voláteis se possam escapar para o lado de fora da instalação e não vão para o interior do bico de vazamento 28. O agente de vedação também pode ser um produto sólido, como por exemplo um fio metálico. Este agente de vedação é sólido à temperatura ambiente, mas funde à temperatura que reina no interior do canal de protecção. A Figura 3 mostra uma variante de uma instalação de transferência de metal em estado líquido de acordo com o invento. Nesta variante, um cartucho 36 contendo um agente de vedação é colocado numa cavidade formada na placa 38.0 cartucho 36 pode ter um invólucro fusível que se irá fundir quando a placa 38 é posta em serviço num dispositivo tal como, por exemplo, uma válvula de corrediça ou um dispositivo de substituição de tubos. O tubo 24 de fornecimento de gás inerte acha-se ligado à parte superior do cartucho 36 de maneira a que quando o invólucro fusível se funde, o agente de vedação é arrastado para o interior do canal de protecção 18. Um sistema refractário deste tipo pode ser usado de uma maneira muito simples numa instalação já existente sem que esta precise de ser modificada. Para esse efeito só é preciso montar uma placa refractária, tal como a placa 38, na qual se ache integrado um cartucho 36, em vez de uma placa convencional. No plano da superfície de acoplamento 22 entre as placas 38 e 16 será introduzida uma única dose de agente de vedação, a fim de obturar as fugas existentes entre elas.

Tanto no modo de realização que se acha representado na Figura 2 como no que se acha representado na Figura 3, o canal de protecção 18 é um canal anular fechado que possui uma alimentação de gás inerte. A introdução de um agente de vedação no interior deste canal de protecção 18 faz com que seja possível melhorar a vedação, e por conseguinte a protecção do metal em estado líquido proporcionada pelo canal de protecção 18. No entanto, estes dois modos -16-

(y /.ί,Ί/Ί^Λ.'τ^ΐ

J de realização não permitem garantir que o agente de vedação se vá distribuir dc uma maneira uniforme ao longo de todo o comprimento do canal de protecção. A Figura 4 mostra uma instalação de transferência de metal em estado líquido de acordo com um modo de realização do invento. Neste modo de realização, o canal de protecção 40 consiste numa ranhura 42 que não é anular, mas linear, e que tem uma entrada 44 numa extremidade ligada ao tubo 24 de fornecimento de gás inerte e uma saída 46 na outra extremidade.

Esta forma de concepção do canal de protecção 40, em que o canal de protecção é aberto, faz com que seja possível garantir que a corrente do caudal de escoamento de gás inerte vá arrastar o agente de vedação para o interior de todo o canal de protecção. Em qualquer local do canal de protecção 40, a velocidade de escoamento do gás inerte é suficiente e impede que no canal de protecção 40 ocorram entupimentos provocados pelo agente de vedação, em particular naquelas partes sensíveis deste canal tais como as curvas, as zonas onde existe uma variação de secção e as zonas ascendentes. A saída 46 evita que no interior do canal de protecção 40 seja criada uma sobrepressão. Na saída do canal de protecção 40 pode ser montado um dispositivo que permite que neste canal possa ser mantida uma ligeira sobrepressão, ao mesmo tempo que permite que qualquer excesso de agente de vedação se possa escapar. Esse dispositivo é, por exemplo, uma simples perda de carga.

No exemplo representado na Figura 4, o canal de protecção tem uma forma helicoidal. Este modo de realização é particularmente adequado para superfícies de acoplamento cónicas. No exemplo representado, a ranhura 42, a entrada 44 e a saída 46 são formadas num único conjunto refractário 32, mas estes três elementos podem ser formados no outro conjunto refractáiio 30, na sua totalidade ou apenas em parte, sem que por isso se saia do âmbito do invento. A Figura 5 é uma vista de pormenor de uma parte de uma instalação de transferência de metal em estado líquido de acordo com o invento, semelhante à que se acha representada nas Figuras 2 e 4. Ao contrário do que acontece no caso dos canais de protecção 40, 18 representados nas Figuras 2 e 4, o canal de protecção representado na Figura 5 é uma câmara 48 formada por meio de um invólucro aplicado em tomo da periferia da superfície de acoplamento entre a tubeira colectora 30 e o tubo 32 de protecção do jacto. De acordo com o invento, no interior do canal de protecção 48 pode ser introduzido um agente de vedação. Um vedante 52 assegura que a câmara 48 fica vedada. Esta câmara pode ser alimentada com um gás inerte pressurizado através do tubo 24 de uma maneira semelhante àquela que aqui foi anteriormente descrita. Desta maneira, não é ar que irá ser aspirado para o interior do bico de vazamento 28, mas o gás inerte que se acha contido no interior da câmara 48. A câmara 48 pode ser anular e fechada, e ter apenas uma entrada 44. Numa forma alternativa, ela pode ter uma saída 46. Nesse caso, a câmara deve vantajosamente ter uma forma linear e contínua, encontrando-se a entrada 44 situada numa extremidade e a saída na outra extremidade.

Os vários métodos de utilização de uma instalação de acordo com o invento e dos seus acessórios irão em seguida ser descritos de uma maneira mais pormenorizada com referência à Figura 6, no caso em que é utilizado um gás inerte para transportar o agente de vedação. A alimentação com gás inerte consiste numa fonte de fornecimento, que pode ser por exemplo uma garrafa de gás, numa válvula redutora de pressão 54, num fluxímetro 56 e num regulador 58 que é utilizado para regular o caudal ou a pressão.

Num primeiro método, a pressão Pin do gás inerte na entrada 44 do canal de protecção é estabelecida a um predeterminado valor e é medido o correspondente caudal do gás inerte injectado no canal de protecção. O manómetro 60 indica esta pressão. O fluxímetro 56 indica este caudal. Quando este caudal ultrapassa um determinado valor, indicativo de que para o interior do bico de vazamento 28 está a ser aspirado um excessivo caudal de gás inerte, é introduzida uma certa quantidade do agente de vedação. O valor da pressão Pin pode ser cerca de 0,2 bar. Este método aplica-se de preferência em instalações em que o canal de vedação 40, 18 é fechado, ou quando este canal é aberto mas tem na sua saída 46 uma perda de carga 61.

Num segundo método, o caudal do gás inerte na entrada 44 do canal de protecção 40, 18 é estabelecido a um predeterminado valor e é medida a correspondente pressão de gás inerte injectado no canal de protecção. Quando esta pressão desce abaixo de um determinado valor, indicativo de que para o interior do bico de vazamento 28 está a ser aspirado um excessivo caudal de gás inerte, é introduzida uma certa quantidade do agente de vedação. O predeterminado valor do caudal de gás inerte é escolhido de maneira a ser superior ao caudal máximo possível de gás inerte aspirado para o interior do bico de vazamento 28, e portanto de maneira a que haja sempre um excesso de gás inerte. Este método aplica-se de preferência em instalações em que o canal de vedação 40, 18 é aberto e quando este canal tem na sua saída 46 uma perda de carga 61. De facto, a abertura 46 faz com que seja possível descarregar o excesso de gás inerte e o excesso de agente de protecção para o lado de fora da instalação. Esta abertura também permite fazer com que no interior do canal de protecção 40 a pressão se mantenha a um valor reduzido. Por conseguinte, ao mesmo tempo que se tem a certeza de que para o interior do bico de vazamento 28 só pode ser aspirado gás inerte, a quantidade de gás inerte aspirado para o interior do bico de vazamento é reduzida ao mínimo compatível com o estado da superfície de acoplamento 22, uma vez que a pressão no interior do canal de protecção é reduzida. Este método tem a vantagem de ser de uma grande simplicidade na gestão e de ter uma óptima eficiência. A introdução do agente de vedação também pode ser contínua, uma vez que o excesso de agente de vedação irá ser automaticamente arrastado para o exterior através da saída 46 juntamente com o excesso de gás inerte. Não existe risco de entupimento do tubo de gás 24 nem do canal de protecção 40 por acumulação de agente de vedação. Outra vantagem do método é o de que, uma vez que não existem zonas mortas no circuito, o gás inerte se vai escoar ao longo de todo o comprimento do canal de protecção 40 com uma velocidade suficiente para assegurar que o agente de vedação vai ser transportado para todos os locais onde ele possa ser necessário.

Um terceiro método é um aperfeiçoamento do método anterior e faz com que seja possível controlar a introdução de um agente de vedação quando o caudal de gás inerte que está a ser aspirado para o interior do bico de vazamento 28 ultrapassar um limite admissível. Com respeito a este método, temos que à saída 46 do canal de protecção é adicionado um segundo fluxímetro, a fim de se medir o excesso de gás inerte que se escapa através da referida saída. Por conseguinte, é possível saber o caudal de gás inerte que é de facto aspirado para o interior do bico de vazamento 28 por diferença com o caudal Qin de gás inerte injectado no interior do canal de protecção 40. O fluxímetro é vantajosamente produzido por meio de uma perda de carga calibrada 61 e de um manómetro 60. O caudal Qout de gás inerte que passa através da perda de carga calibrada 61 vai gerar no canal de protecção 40 uma ligeira sobrepressão Pjn que é lida pelo manómetro 60. A relação entre a pressão Pin medida pelo manómetro 60 e o caudal Qollt de gás inerte que se escapa através da saída 62 é dada por relações empíricas conhecidas materializadas pela seguinte fórmula:

J

- 20 - ί/W

Qout = Kxf(Pin) em que K é um coeficiente de calibragem da perda de carga calibrada.

Uma vez que a perda de carga do canal de protecção 40 tem um valor reduzido, a pressão Pjn medida pelo manómetro 60 na entrada do canal de protecção 40 é aproximadamente igual à pressão que iria ser medida na saída 46 deste canal. A colocação do manómetro 60 na entrada 44 do canal de protecção vai fazer com que seja possível ultrapassar as dificuldades na ligação entre este último e a saída. Estas dificuldades compreendem dificuldades respeitantes ao meio ambiente na vizinhança do bico de vazamento 28 e ao entupimento do manómetro pelo excesso de agente de vedação.

Mediante a produção da perda de carga calibrada sob a forma de um tubo com um diâmetro de valor compreendido entre 3 e 4 mm e um comprimento de valor compreendido entre 1 e 4 m, irá ser gerada uma sobrepressão de valor reduzido (entre 0,1 e 0,3 bar), o que é pouco prejudicial para a taxa de fugas. Este modo de realização tem a vantagem de permitir que o caudal do excesso de gás inerte que se escapa através da saída do canal de protecção 40 possa ser medido remotamente, isto é, à distância. Outra vantagem deste método é a que consiste no facto desta forma de fluxímetro ser extremamente simples e robusta e poder ser instalada directamente à saída do refractário, apesar das dificuldades específicas de um meio ambiente difícil. Por conseguinte não é necessário montar um tubo adicional para se instalar o fluxímetro num local protegido e acessível ao operador.

Por conseguinte, este terceiro método faz com que em qualquer momento seja possível avaliar-se a taxa de fugas de gás inerte aspirado para o interior do bico de vazamento 28 e proceder-se manualmenle ou automaticamente à introdução de agente de vedação quando esse caudal ultrapassar um limite aceitável. É preferível utilizar-se a introdução contínua do agente de vedação sempre que houver a possibilidade da qualidade da superfície de acoplamento poder ser afectada de uma maneira adversa. Este é particularmente o caso das superfícies de acoplamento entre as placas 64, 66 de uma válvula de corrediça própria para regular o jacto de vazamento, que estão submetidas a frequentes movimentos de deslocação, e que por conseguinte correm o risco de criação de novas fugas em qualquer momento. Este é também o caso das superfícies 22 de acoplamento entre uma tubeira colectora 30 de uma válvula de corrediça de uma colher de vazamento e um tubo 32 de protecção do jacto. Os movimentos da válvula de corrediça e as vibrações do tubo 32 que são induzidos pelo escoamento do metal em estado líquido podem em qualquer momento provocar uma deterioração da qualidade da superfície de acoplamento 22.

No caso de superfícies de acoplamento que na maior parte das vezes se encontram fixas durante o vazamento, mas em que essa situação se pode alterar periodicamente, deverá ser de preferência utilizada uma aplicação do invento que irá ser descrita a seguir. Este é em particular o caso dos dispositivos de substituição de tubos tais como os descritos na patente US 4.569.528. Num dispositivo de substituição de tubos deste tipo, o tubo que se acha situado na sua parte superior possui uma placa que é firmemente apertada contra uma placa fixa do recipiente de montante. Quando se encontra gasto, o tubo é substituído por outro tubo novo, geralmente mediante um processo que consiste em fazer deslizar um novo tubo contra a placa superior fixa. Geralmente a superfície de acoplamento 22 é bastante prejudicada pela operação de troca de tubos, mas durante o tempo de vida útil de um tubo essa superfície de acoplamento só muito yf -22-

Ama

raramente é que irá sofrer estragos, uma vez que nao se desloca. Para esse tipo de aplicação, uma variante preferida do método de acordo com o invento consiste em dar início à introdução do agente de vedação apenas quando o estado de qualidade da superfície de acoplamento 22 a isso obrigar. Quando a taxa de fugas subir acima de um predeterminado valor aceitável, isto é, quando a pressão lida pelo manómetro 60 descer abaixo de um predeterminado valor limite, é dado início à operação de introdução do agente de vedação. Assim que a taxa de fugas tiver descido para um predeterminado valor, quer dizer, assim que a pressão no manómetro 60 voltar a subir acima de um valor limite, interrompe-se a introdução do agente de vedação.

Este método pode ser facilmente automatizado através da adição de um detector de pressão 63 de duplo valor limite.

Um aperfeiçoamento aplicável a cada um dos métodos de acordo com o invento aqui anteriormente referidos consiste na introdução de uma linha adicional de alimentação de gás inerte que consiste numa válvula 68, opcionalmente controlada, num fluxímetro 70 e num regulador de caudal 72. A válvula 68 é aberta simultaneamente com o início da introdução de agente de vedação, de maneira a fornecer uma corrente adicional de gás inerte durante a introdução. Este aperfeiçoamento tem a vantagem de ser capaz de fazer com que o caudal de gás inerte fornecido pelo regulador 58 possa ser fixado num valor relativamente baixo, por exemplo ΙΟΝΙ/min, que é suficiente durante o funcionamento normal do vazamento, quando a superfície de acoplamento se acha correctamente vedada, e de utilizar um caudal suficientemente elevado quando a superfície de acoplamento 22 estiver deteriorada, por exemplo após a substituição de um tubo, a fim de manter um excesso de gás inerte, de garantir o transporte eficaz do agente de vedação e de remover o excesso através da saída 46. A Figura 7 é uma vista em planta de um conjunto refractário 74 de acordo com o invento. A entrada 44 e a saída 46 do canal de protecção 40, que consiste numa ranhura linear 42, emergem na periferia do conjunto refractário através de uns orifícios abertos na massa do material refractário. Este conjunto refractário 74 podia, por exemplo, ser uma face inferior de uma tubeira interna, uma face superior de um tubo de protecção do jacto, uma placa de um dispositivo de substituição de tubos ou, de uma maneira mais geral, qualquer secção de um bico de vazamento 28.

Nas Figuras 8, 9, 10 e 11 encontra-se representado um exemplo de modo de realização de um dispositivo de acordo com o invento que consiste numa placa superior 64 na qual se acha praticado um furo que forma um bico de vazamento 28, uma placa inferior 66 na qual também se acha praticado um furo, sendo estas placas capazes de deslizar horizontalmente uma em relação à outra, e portanto permitindo que o caudal de metal em estado líquido possa ser regulado através da variação da abertura do bico de vazamento 28. Em cada uma das duas placas encontra-se formada uma ranhura 76 em forma de "U". Ao contrário do que acontece no caso das ranhuras conhecidas da técnica anterior, por exemplo através da patente francesa FR 74/14636, os dois "U's" colocados um por cima do outro sobrepõem-se apenas através de um dos seus braços, ao longo de uma porção 78 do seu comprimento que pode variar em função da posição relativa das duas placas 64 e 66. Os braços 80 e 82 não se sobrepõem e encontram-se ligados, na zona das suas respectivas extremidades, à saída 46 e ao tubo de entrada 24. Por conseguinte, nesta instalação existe um canal de protecção 40 linear contínuo que apresenta uma entrada numa extremidade e uma saída na outra extremidade, e que se acha colocado em tomo do bico de vazamento 28. Esta disposição irá então fazer com que seja possível adoptar um método de regulação da injecção de gás inerte de acordo com o invento através de uma perda de carga calibrada -24-formada ηυ interior da placa inferior 66 ou ligada ao lado de fora desta última. A distância entre os braços do "U" da placa superior 64 é diferente da distância entre os braços do "U" da placa inferior 66. Por conseguinte, pelo menos um destes "U's" não é simétrico com respeito ao furo que forma o bico de vazamento 28.

Este modo de realização é particularmente adequado ao sistema conhecido como uma tubeira com uma válvula de corrediça. Ele constitui a prova evidente de que o invento pode ser aplicado a uma ampla variedade de instalações de transferência de metal em estado líquido.

Lisboa, 31 de Outubro de 2001 VALHO (

LUIS SILVA CARVALHO

Agente Oficiei da Propriedade Industrie RUA VICTOR CORDON, 14 1200 USBOA

Claims

- 1 - l/Λη REIVINDICAÇÕES 1. Instalação de transferência de metal em estado líquido de um recipiente de montante (2) para um recipiente de jusante (10), através de um bico de vazamento (28) definido por um jogo de conjuntos refractários, tendo cada conjunto pelo menos uma superfície de acoplamento (22) que forma uma junta com uma correspondente superfície de acoplamento de um conjunto adjacente e compreendo cada conjunto um canal de protecção (18; 40) situado em tomo do bico de vazamento (28) pelo menos parcialmente ao nível da superfície de acoplamento (22), encontrando-se o canal de protecção (18; 40) dotado de uma entrada (44), caracterizada por compreender meios próprios para introduzir no canal de protecção (18; 40) um agente de vedação contido no seio de um fluido portador.
2. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o fluido portador compreender um gás inerte.
3. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por os meios (33, 34; 36) próprios para introduzir um agente de vedação compreenderem um cartucho (33) montado numa conduta (24) ligada à entrada (44) do canal de protecção (40; 18).
4. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por os meios (33, 34) próprios para introduzir um agente de vedação compreenderem uns meios (34) que permitem que predeterminadas doses de agente de vedação -2-

possam ser introduzidas no canal de prolecção.
5. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por o canal de protecção (40) compreender uma saída (46) capaz de permitir que os materiais se possam escapar.
6. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por o canal de protecção (18; 40) possuir uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, encontrando-se a entrada (44) situada na primeira extremidade e a saída (46) situada na segunda extremidade.
7. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada por o canal de protecção (40) ser contínuo.
8. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizada por à saída (46) do canal de protecção (40) se encontrarem ligados uns meios capazes de manter uma pressão na saída (46) do canal de protecção (40), ao mesmo tempo que permitem que um excesso de agente de vedação se possa escapar.
9. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por os meios capazes de manter uma pressão na saída (46) do canal de protecção (40), ao mesmo tempo que um excesso de agente de vedação se possa escapar, serem uma perda de carga calibrada (61) rematada por uma saída de respiração (62). -3-

C„ A ÍIS··"'
10. Instalação de transferência de metal em estado líquido, dc acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada por o agente de vedação compreender um material pulverulento.
11. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada por o material pulverulento compreender um pó.
12. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada por o pó compreender partículas de várias dimensões.
13. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada por o pó compreender um material fusível capaz de amolecer por forma a vedar as fugas no canal de protecção (18; 40).
14. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada por o agente de vedação ser um material não volátil, escolhido entre os sais e os metais, que se encontra no estado líquido à temperatura de vazamento.
15. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada por o agente de vedação compreender um material refractário.
16. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada por o material refractário compreender grafite. -4-

/ / 7
17. Instalação de transferência de metal em estado líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada por o canal de protecção (18; 40) possuir paredes interiores substancialmente cobertas por uma camada impermeável formada pelo agente de vedação.
18. Método de protecção de uma corrente de metal em estado líquido num bico de vazamento (28) definido por um jogo de conjuntos refractários e por um canal de protecção (18; 40) situado em tomo do bico de vazamento (28), caracterizado por no canal de protecção ser introduzido um agente de vedação contido no seio de um fluido portador.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por o agente de vedação ser introduzido sob a forma de um fio que funde após ter entrado no canal de protecção (40; 18).
20. Método de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado por o agente de vedação ser introduzido sob a forma de pelo menos duas substâncias que são inactivas à temperatura ambiente e que reagem entre si à temperatura de vazamento.
21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizado por o agente de vedação ser introduzido de maneira contínua.
22. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizado por o agente de vedação ser introduzido de maneira intermitente.
23. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 22, caracterizado por: -5- - o fluido portador ser introduzido a uma pressão constante; - ser medido o caudal do fluido portador introduzido; e - o agente de vedação ser introduzido quando o caudal ultrapassar um predeterminado valor.
24. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 22, caracterizado por:

- o fluido portador ser introduzido no canal de protecção (40; 18) a um caudal constante; - ser medida a pressão do fluido portador no interior do canal de protecção; e - o agente de vedação ser introduzido quando a pressão descer abaixo de um predeterminado valor.
25. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 22, caracterizado por:

- o fluido portador ser introduzido numa entrada do canal de protecção (40) a um caudal de entrada constante; o caudal do fluido portador ser medido na saída (62) do canal de protecção; - o caudal de entrada ser ajustado de maneira a que o caudal de saída se mantenha sempre com um valor positivo; - ser determinada a diferença entre o caudal de entrada e o caudal de saída; e - no interior do canal de protecção (40) ser introduzido um agente de vedação quando a diferença ultrapassar um limite permitido. Lisboa, 31 de Outubro de 2001

LUIS SILVA CARVALHO Agente Oficia! da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14