BRPI0211234B1 - Arranjo de montagem para queimador ou lança auxiliar - Google Patents

Abstract

"arranjo de montagem para queimador ou lança auxiliar". trata-se de um invólucro de montagem e um arranjo de montagem aperfeiçoado para aparelhos utilizados na fusão, no refino e no processamento de metais, particularmente aqueles aparelhos adaptados para a siderurgia em um forno de arco elétrico, tais como queimadores, lanças e outros do gênero com capacidade de lancetamento do oxigênio supersônico e injetores ou algo do gênero para a introdução de material em partículas. o invólucro de montagem é refrigerado a fluido para sobreviver ao ambiente hostil do forno de arco elétrico e é projetado para ocupar o degrau entre a parede lateral e a soleira do forno sem nenhuma mudança substancial na estrutura do forno. o invólucro de montagem compreende uma pluralidade de canalizações de refrigeração a fluido que circundam uma abertura do aparelho e uma abertura do injetor que são formadas através do invólucro e adaptadas para a montagem de um aparelho e um injetor. o arranjo de montagem inclui a utilização do invólucro de montagem para montar um aparelho com capacidade de lancetamento de gás de oxidação supersônico e um injetor para o carbono em partículas em um forno de arco elétrico. devido ao fato que o invólucro de montagem tem aproximadamente a largura do degrau, as aberturas de descarga do aparelho e do injetor são movidas para mais perto da superfície da massa em fusão e para o centro do forno, desse modo proporcionando uma maior eficiência. as aberturas de descarga serão agora estendidas para perto da borda do degrau de modo que o padrão de fluxo do gás de oxidação do aparelho não degrade o material da soleira ou um outro equipamento do forno montado nas proximidades e o padrão do fluxo de carbono do injetor agite suficientemente a escória para produzir a formação de espuma.

Description

(54) Título: ARRANJO DE MONTAGEM PARA QUEIMADOR OU LANÇA AUXILIAR (51) Int.CI.: F27B 3/08; C21C 5/52; F27D 99/00 (30) Prioridade Unionista: 10/07/2001 US 09/902,135 (73) Titular(es): PROCESS TECHNOLOGY INTERNATIONAL, LLC (72) Inventor(es): VALERY G. SHUER

Μ6

Título: ARRANJO DE MONTAGEM PARA QUEIMADOR OU LANÇA AUXILIAR

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Pedidos Correlatos

O presente pedido de patente é uma continuação em parte do pedido de patente norte-americano número de série 09/502.064 depositado em 10 de fevereiro de 2000 por V. Shver, atualmente patente norte-americana 6.289.035. A citação da patente norte-americana 6.289.035 é aqui incorporada a título de referência.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se de maneira genérica a um invólucro de montagem aperfeiçoado e arranjo de montagem para aparelhos utilizados na fusão, no refino e no processamento de metais, por exemplo, fabricação de aço em um forno de arco elétrico (EAF), e mais particularmente a um arranjo de montagem para um queimador auxiliar ou uma lança relativamente perto de um banho de metal em fusão para aumentar a sua eficiência.

Descrição dos Fundamentos da Técnica

Um forno de arco elétrico produz aço utilizando um arco elétrico para derreter uma ou mais cargas de metal de sucata que é colocado dentro do forno. A sucata é carregada ao ser despejada de caçambas no forno através do teto, a qual também pode incluir o carbono carregado e materiais formadores de escória. O arco derrete a sucata em uma poça derretida de metal, chamada de massa em fusão de ferro-carbono, que acumula no fundo ou na soleira do forno. Depois que um banho plano tiver sido formado pela fusão de toda a sucata introduzida, o forno de arco elétrico entra em uma fase de refino ou descarburação. Nesta fase, o metal continua a ser aquecido pelo arco até que os materiais formadores de escória combinem com as impurezas • · · · · • * * · · · ·

-2na massa em fusão de ferro-carbono e se elevem até a superfície como escória. Quando a massa em fusão de ferro-carbono alcança uma temperatura de ebulição, o carbono carregado na massa em fusão combina com qualquer oxigênio presente no banho para formar bolhas de monóxido de carbono que se elevam até a superfície do banho. Geralmente, neste momento fluxos supersônicos de oxigênio são soprados no banho com lanças ou então com queimadores para produzir uma descarburação do banho pela oxidação do carbono contido no banho. Com a ebulição do banho e sua injeção simultaneamente com oxigênio, o teor de carbono do banho é reduzido até menos de 2% de carbono, com o que a massa em fusão de ferro-carbono transforma-se em aço. O carbono no banho de aço é a seguir reduzido ainda mais até que o grau do aço desejado seja produzido, até menos de 2% para aços com baixo teor de carbono.

Para auxiliar o processo de fabricação de aço, queimadores auxiliares ou lanças podem ser utilizados para a adição de energia térmica pela combustão de combustível, a injeção de gás de oxidação para o refino da massa em fusão, a produção de escória com espuma ou a pós-combustão de monóxido de carbono, e a injeção de material em partículas para a produção de escória e escória com espuma. Em muitos casos, o gás de oxidação é introduzido como uma corrente a alta velocidade que pode exceder as velocidades sônicas. Bocais de Lavai, ou outros tipos de bocais supersônicos, são geralmente utilizados na produção de correntes de alta velocidade do gás de oxidação para a injeção em um forno de fabricação de aço. Esses fluxos de gás supersônicos são produzidos pela forma de convergência/divergência do bocal que, acima de uma pressão crítica, faz com que o fluxo de gás através do bocal fique supersônico. Também é altamente desejável a obtenção de um fluxo subsônico de gás de oxidação para a queima de combustível, incluindo combustível normal e monóxido de carbono para a pós-combustão, para a • · · · ·

-33¾ adição de energia térmica auxiliar, e o fluxo de oxigênio supersônico para suprir o oxigênio na descarburação da massa em fusão de ferro, auxiliando na produção de escória com espuma ou na pós-combustão de monóxido de carbono.

Um queimador de oxigênio/combustível auxiliar que é útil no processo da produção de aço em fornos de arco elétrico e que forma fluxos de oxigênio subsônico e supersônico através da mesma canalização centralmente posicionada é mostrado com vantagem em uma publicação técnica intitulada Advanced Burner Design’’ da autoria de V. Shver, T. Pulliam, e M. Cohen (Shver, et al. I) com data de novembro de 1997. Este queimador é fabricado e vendido comercialmente pela Process Technology International, Inc., de Tucker, Geórgia, cessionário da presente invenção. O fluxo subsônico é produzido ao se aplicar uma pressão na canalização de suprimento mais baixa do que a pressão crítica do bocal supersônico que está sendo utilizado na canalização. Quando o oxigênio supersônico é necessário, a pressão na canalização de suprimento é aumentada até acima da pressão critica. A citação de Shver, et al. I é aqui incorporada a título de referência.

Um outro queimador com capacidade para introduzir o gás de oxidação supersônico ou subsônico em um forno de arco elétrico é ilustrado no pedido de patente norte-americano número de série 09/251.193, intitulado Método e Aparelho Para a Fabricação de Aço EAF Aperfeiçoada, depositado em 16 de fevereiro de 1999 em nome de V. Shver, e cedida em comum com o presente pedido. Shver apresenta um bocal anular para produzir um fluxo de oxigênio supersônico que circunda uma canalização de injeção de carbono que forma uma parte de um bocal em uma câmara de combustão refrigerada a fluido do queimador. A citação de Shver é aqui incorporada a título de referência.

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Ainda um outro queimador com capacidade para introduzir o gás de oxidação supersônico ou subsônico em um forno de arco elétrico é ilustrado no pedido de patente norte-americano número de série 09/459.303, intitulado Método e Aparelho Aperfeiçoados Para a Fusão, o Refino e o Processamento de Metais, depositado em 10 de dezembro de 1999 em nome de V. Shver, et al. (Shver, et al. II), e cedido em comum com o presente pedido. Shver, et al. II apresentam uma canalização de oxigênio supersônico em um arranjo lado a lado com uma canalização de injeção de carbono formando uma parte de um bocal em uma câmara de combustão refrigerada a fluido do queimador. A citação de Shver, et al. II é aqui incorporada a título de referência.

Adicionalmente, há muitos outros queimadores e lanças que proporcionam uma capacidade de lancetamento de gás de oxidação supersônico e que propiciam a introdução de outros materiais para uso em um forno de arco elétrico.

O modo de lancetamento supersônico é utilizado em um caso para o refino de massa em fusão porque o fluxo de oxigênio deve penetrar o metal em fusão na soleira do forno. A velocidade aumentada do gás de sua aceleração a uma condição supersônica aumenta o seu momento e desse modo a profundidade de penetração na massa em fusão. Uma outra técnica para aumentar o poder de penetração de um fluxo de gás de oxidação consiste em aumentar a vazão pelo uso de um bocal supersônico maior. Embora isto seja vantajoso até certa extensão, um excesso de gás de oxidação é prejudicial aos componentes do forno e as pressões mais elevadas necessárias para os bocais maiores ficam rapidamente dispendiosas.

A montagem destes queimadores e lanças é geralmente através de aberturas diretas no forno que são utilizadas para outras finalidades, tais como a porta de escória, furos do teto ou os painéis de acesso EBT, ou em números maiores através de aberturas especialmente feitas nos painéis

-530 refrigerados a água da parede lateral do forno. As aberturas especialmente feitas da parede lateral permitem que os queimadores sejam montados estrategicamente, por exemplo, onde há pontos frios no forno, ou outros lugares desejados, possivelmente para a introdução de materiais do processo. Para aumentar o poder de penetração e a eficiência dos fluxos de gás de oxidação supersônico dos queimadores, as montagens dos queimadores na parede lateral do forno têm sido as mais baixas possíveis nos painéis laterais. Entretanto, há um limite para a montagem dos queimadores na proximidade da massa em fusão por causa da estrutura de muitos fomos atuais.

A soleira do forno é feita de materiais refratários para conter o metal em fusão durante o processamento do aço. A soleira do forno forma um degrau com os painéis refrigerados a água da parede lateral do forno onde se conectam. Anteriormente, os queimadores eram montados suficientemente altos e a um ângulo apropriado nas paredes laterais onde os fluxos introduzidos de oxigênio supersônico ou outros materiais perdem a borda do degrau.

Até mesmo para aqueles casos em que tais fluxos perdem o degrau, há alguma deterioração do refratário pelo gás de oxidação altamente reativo que flui bem perto além do mesmo. Para o aparelho que fornece o fluxo de gás de oxidação supersônico, isto significa que o ângulo de montagem e os fluxos não são ditados apenas pelos requisitos do processo de fabricação de aço, mas também pela estrutura do forno.

Consequentemente, há uma necessidade de montar queimadores e lanças com capacidade de gás de oxidação supersônico mais perto do metal em fusão e dirigidos mais para o centro do forno de modo que possam ser mais eficientes na operação.

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-6Também há uma necessidade de montar estes queimadores e lanças a ângulos ideais, para operar os mesmos a vazões ideais e a distâncias ideais da massa em fusão.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção apresenta um invólucro de montagem para um queimador, uma lança ou um aparelho similar e um arranjo aperfeiçoado para a montagem de tal aparelho utilizado na fusão, no refino e no processamento de metais, particularmente na fabricação de aço em um forno de arco elétrico.

Em uma realização preferida, o invólucro de montagem é um 10 bloco independente refrigerado a fluido que tem uma abertura de montagem para um queimador que estende a abertura de descarga do queimador aiém do degrau do forno. A execução preferida do invólucro de montagem inclui uma face anterior adaptada para a parte interna do forno, uma face posterior adaptada para encontrar com a parede lateral, e uma largura aproximadamente igual à do degrau entre a parede lateral e a soleira do forno. Desta maneira, o invólucro de montagem pode ser apoiado no degrau e ser adicionado ou removido do forno sem nenhuma mudança substancial na estrutura do forno. O invólucro de montagem é fabricado a partir de um material que é suficientemente resistente para suportar a carga de sucata e o salpicamento de aço e escória do forno enquanto que também exibe uma condutividade térmica relativamente elevada. Preferivelmente, o material utilizado para o invólucro é ferro fundido que é barato e pode ser facilmente produzido com canalizações para a refrigeração a fluido e a abertura da montagem do queimador.

Em uma segunda realização preferida, o invólucro de montagem é uma caixa refrigerada a fluido que tem uma abertura de montagem para um queimador que estende a abertura da descarga do queimador além do degrau do forno. A implementação preferida do invólucro de montagem inclui uma parede dianteira com uma face adaptada para a peça interna do forno e •···· ·<

-7paredes laterais adaptadas para encontrar com a parede lateral do forno com uma largura aproximadamente igual à do degrau entre a parede lateral do forno e a soleira de forno. O invólucro de montagem é fabricado a partir de um material que é suficientemente resistente para suportar a carga de sucata e salpicamento de aço e escória do forno enquanto que também exibe uma condutividade térmica relativamente elevada. Preferivelmente, o material utilizado para o invólucro de montagem é o cobre, o qual pode ser facilmente produzido com canalizações para a refrigeração a fluido e a abertura da montagem do queimador.

Um outro aspecto da invenção apresenta o invólucro de montagem com um rebaixo em sua face anterior. Um painel de inserção refrigerado a fluido é instalado então no rebaixo para propiciar uma capacidade de refrigeração adicional para a face anterior do invólucro de montagem. Devido ao fato que a face anterior do invólucro de montagem pode receber a radiação direta do arco do forno, a inserção é feita de um material de uma condutividade térmica elevada, a qual pode ser a mesma que a do invólucro de montagem ou até mesmo uma condutividade térmica mais elevada, preferivelmente de cobre.

De acordo com uma outra realização preferida da invenção, o invólucro de montagem inclui ainda um pórtico inclinado entre a sua face anterior e sua face posterior. A inclinação do pórtico diminui a área da face anterior diretamente na linha com a radiação do arco enquanto que é formada uma área maior para a refrigeração a fluido. Adicionalmente, a inclinação do pórtico permite que a sucata deslize para baixo rumo ao banho de massa em fusão e afastada do invólucro de montagem. Opcionalmente, um dispositivo de retenção de escória, preferivelmente na forma de canais ou corrugações de fundição, é posicionado no pórtico e nos lados do invólucro de montagem para

reter um cobertura da escória salpicada para formar uma barreira protetora sobre o invólucro.

Um primeiro arranjo de montagem inclui a utilização do invólucro de montagem para montar um queimador, uma lança ou um aparelho similar em um forno, preferivelmente um queimador, uma lança ou um aparelho similar com pelo menos uma capacidade de lancetamento supersônico e preferivelmente em um forno de arco elétrico. O queimador ou a lança é montado mediante a sua passagem através de uma abertura em um painel lateral refrigerado a água alinhado com a abertura de montagem no invólucro de montagem. Devido ao fato que o invólucro de montagem tem aproximadamente a largura do degrau, a abertura de descarga do queimador é movida por essa distância para mais perto do centro do forno. A abertura de descarga de chama agora também vai se estender além da borda interna do batente de modo que o padrão do fluxo do queimador não seja um problema para o material da soleira e um outro equipamento do forno montados na proximidade.

Um outro arranjo de montagem utiliza o invólucro de montagem com paredes para montar um queimador, uma lança ou um aparelho similar em um forno. Preferivelmente, o queimador, a lança ou o aparelho similar têm pelo menos uma capacidade de lancetamento supersônico e o forno é um forno de arco elétrico. O invólucro de montagem com paredes é inserido através de uma abertura na parede lateral do forno de maneira tal que as suas paredes laterais vedam a abertura e a sua face anterior estende-se para a borda do batente. O queimador, a lança ou o aparelho similar são montados mediante a sua passagem através da traseira aberta do invólucro de montagem com paredes para a abertura de montagem do aparelho. Devido ao fato que o invólucro de montagem tem aproximadamente a largura do degrau, a abertura de descarga do aparelho para a chama do queimador e lancetamento do gás

-9de oxidação é movida por essa distância até mais perto do centro do forno. A abertura de descarga do aparelho também vai se estender além da borda do batente de modo que o fluxo do queimador e os padrões de fluxo de gás de oxidação não sejam um problema para o material da soleira e um outro equipamento do forno montados na proximidade.

Um outro arranjo de montagem ainda utiliza o invólucro de montagem com paredes para montar um queimador, uma lança ou um aparelho similar em combinação com um injetor de material em partículas em um forno. Preferivelmente, o queimador, a lança ou o aparelho similar tem pelo menos uma capacidade de lancetamento supersônico, o injetor de material em partículas é um injetor de carbono e o forno é um forno de arco elétrico. O invólucro de montagem com paredes é inserido através de uma abertura na parede lateral do forno de maneira tal que as suas paredes laterais vedam a abertura e a sua face anterior estende-se para a borda do batente. O queimador, a lança ou o aparelho similar é montado mediante a sua passagem através da traseira aberta do invólucro de montagem com paredes para a abertura de montagem do aparelho. O injetor de material em partículas é montado mediante a sua passagem através da traseira aberta do invólucro de montagem com paredes para a abertura de montagem de material em partículas. Devido ao fato que o invólucro de montagem tem aproximadamente a largura do degrau, a abertura de descarga do aparelho para a chama do queimador e o lancetamento de gás de oxidação é movida por essa distância para mais perto do centro do forno. A abertura de descarga do aparelho também vai se estender além da borda do batente de modo que o fluxo do queimador e os padrões de fluxo do gás de oxidação não sejam um problema para o material da soleira e um outro equipamento do forno montados na proximidade. Adicionalmente, a abertura de descarga do injetor de material em partículas também é movida para a posição vantajosa.

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Vantajosamente, a abertura de montagem do aparelho no invólucro de montagem é formada a um ângulo ideal, preferivelmente de 45 graus para o fluxo de gás de oxidação supersônico, para o tamanho e a vazão do queimador que está sendo montado. A distância à superfície da massa em fusão é reduzida de modo que a vazão do gás de oxidação supersônico pode ser determinada pela quantidade de oxigênio necessária no processo de fabricação de aço em um ponto particular, ao invés de uma vazão maior necessária para produzir a penetração requerida da massa em fusão de mais distante. Isto faz com que o gás de oxidação supersônico incida na escória e na massa em fusão no forno a um ângulo ideal e com uma vazão ideal.

A radiação do arco aumenta de acordo com o quadrado da distância à medida que o aparelho é movido para mais perto do centro do forno. O invólucro de montagem protege o aparelho contra este ambiente inóspito enquanto ele se encontra posicionado mais próximo da superfície da massa em fusão e do centro do forno enquanto posiciona a sua abertura de descarga além do degrau para eliminar as considerações de estrutura do forno nas particularidades do tamanho do queimador e da montagem.

De acordo com um outro aspecto da invenção, o posicionamento da abertura de descarga do queimador mais próxima do centro do forno ao se estender ao longo do degrau com o invólucro de montagem também tem a vantagem de produzir um ponto de incidência para o gás de oxidação que é mais próximo do centro do forno para o mesmo ângulo e altura acima da superfície. Isto significa que mais do gás de oxidação pode reagir com a massa em fusão anteriormente no ciclo de fusão e refino, e menos reage deste reage com a soleira e outras partes do forno correlatas na borda externa do processo.

Estes e outros objetivos, aspectos e características da invenção serão compreendidos mais claramente e melhor descritos quando a seguinte t* ««« ♦· « * ·· »»·♦*

-11« φ · ·»<·« descrição detalhada for lida conjuntamente com os desenhos anexos, nos quais os elementos similares em todas as vistas têm as mesmas referências numéricas, e nos quais:

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista lateral parcialmente em seção transversal do arranjo de montagem aperfeiçoado para o aparelho em um forno de arco elétrico;

a Figura 2 é uma vista de planta parcialmente em seção transversal do arranjo de montagem para o forno de arco elétrico ilustrado na Figura 1;

a Figura 3 é uma vista lateral de uma realização do invólucro de montagem ilustrado nas Figuras 1 e 2;

a Figura 4 é uma vista anterior do invólucro de montagem ilustrado na Figura 3;

a Figura 5 é uma vista superior do invólucro de montagem ilustrado nas Figuras 3;

a Figura 6 é uma vista lateral em seção transversal do invólucro de montagem ilustrado na Figura 3 tomada ao longo da linha 3A-3A da seção dessa figura;

a Figura 7 é uma vista anterior de uma segunda realização do invólucro de montagem ilustrado nas Figuras 1 e 2;

a Figura 8 é uma vista lateral do invólucro de montagem ilustrado na Figura 7;

a Figura 9 é uma vista posterior do invólucro de montagem ilustrado na Figura 7;

a Figura 10 é uma vista lateral em seção transversal do invólucro de montagem ilustrado na Figura 7 tomada ao longo da linha 7A-7A da seção dessa figura;

* e ♦· ··♦··

-12• · « · · · » · · «·*«» a Figura 11 é uma vista anterior de uma terceira realização do invólucro de montagem ilustrado nas Figuras 1 e 2;

a Figura 12 é uma vista lateral do invólucro de montagem ilustrado na Figura 11;

a Figura 13 é uma vista posterior do invólucro de montagem ilustrado na Figura 11;

a Figura 14 é uma vista lateral em seção transversal do invólucro de montagem ilustrado na Figura 11 tomada ao longo da linha 14A-14A da seção da Figura 13;

a Figura 15 é uma vista em perspectiva de uma quarta realização do invólucro de montagem ilustrado nas Figuras 1 e 2;

a Figura 16 é uma vista lateral de uma parede lateral que pode ser utilizada conjuntamente com o invólucro de montagem da Figura 15;

a Figura 17 é uma vista lateral detalhada parcialmente em seção 15 transversal do arranjo de montagem aperfeiçoado para o aparelho em um forno de arco elétrico utilizando o invólucro de montagem ilustrado nas Figuras 3-6 que foi integrado no painel de parede lateral do forno;

a Figura 18 é uma vista lateral detalhada parcialmente em seção transversal do arranjo de montagem aperfeiçoado para o aparelho em um forno 20 de arco elétrico utilizando o invólucro de montagem ilustrado nas Figuras 7-10 que é utilizado com um painel de parede lateral do forno do tipo de barra de aspersão;

a Figura 19 é uma vista lateral detalhada parcialmente em seção transversal do arranjo de montagem aperfeiçoado para o aparelho em um forno de arco elétrico utilizando o invólucro de montagem ilustrado nas Figuras 11-14 que foi integrado no painel de parede lateral do forno; e a Figura 20 é uma vista posterior parcialmente destacada do arranjo de montagem aperfeiçoado para o aparelho em um forno de arco

-13elétrico utilizando o invólucro de montagem ilustrado nas Figuras 11-14 que foi integrado no painel de parede lateral do forno.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA REALIZAÇÃO PREFERIDA

Com referência às Figuras 1 e 2, uma pluralidade de queimadores 5 10 é adaptada para operar em diversos modos diferentes para se obter o aquecimento auxiliar, o refino do metal e outras capacidades de processamento metalúrgico em um forno de arco elétrico (EAF) 15, ou fornos de fusão, refino e processamento de metais similares. Preferivelmente, os queimadores 10 podem ser aqueles descritos anteriormente nas referências

Shver, Shver, et al. I ou II, mas também poderíam ser outros queimadores de combustível de ar, queimadores de combustível de oxigênio, ou queimadores de combustível de oxigênio ou ar comercialmente disponíveis. Além disso, embora as realizações preferidas da invenção serão descritas utilizando e montando tais queimadores, será evidente que outros aparelhos similares, tais como lanças fixas ou algo do gênero, podem ser utilizados com a invenção para produzir resultados vantajosos. A invenção será útil para qualquer aparelho de fusão, refino ou processamento de metais que tem uma abertura de descarga cuja eficiência pode ser aumentada ao se colocar a abertura de descarga mais perto da superfície do metal em fusão ou mais perto do centro do forno. Particularmente, a invenção será vantajosa para aqueles aparelhos, tais como queimadores e lanças, que têm uma capacidade de lancetamento com um gás de oxidação de alta velocidade, tal como o oxigênio supersônico.

Na Figura 1, a qual mostra uma vista lateral, o EAF 15 derrete a sucata ferrosa 13, ou outros materiais à base de ferro, por meio de um arco elétrico 17 produzido por um ou mais eletrodos 20 para coletar uma massa em fusão 18 de metal em fusão em sua soleira 21. A soleira 21 geralmente em forma de copo é feita de material refratário para suportar o calor intenso do metal em fusão. A soleira 21 do EAF 15 é circundada por uma blindagem

-14·· ···* ·« ····· • · · · • · · · • ····· • · · · ····« ·· · superior 19 que compreende uma painéis arqueados refrigerados a fluido 23 conforme melhor observado na Figura 2. É sabido que os painéis refrigerados a fluidos 23 que formam a parede lateral 12 do forno 15 podem ser de diversos tipos convencionais, tais como aqueles na realização ilustrada com um membro de blindagem externo 25 e uma pluralidade de serpentinas de refrigeração paralelas 22, um arranjo aberto de serpentinas de refrigeração com colunas de suporte (não mostradas), ou diversos arranjos de barras de aspersão onde uma placa interna é aspergida com o fluido de refrigeração (não mostrado).

A massa em fusão 18 é geralmente coberta com várias 10 quantidades da escória 16 que é produzida por reações químicas entre a massa em fusão e os materiais formadores de escória adicionados ao forno antes ou durante o processo de fusão do metal. Uma vez que o metal tenha sido derretido, a fornada de metal 18 é geralmente refinada ou descarburada por lancetamento de oxigênio. Isto reduz o teor de carbono do metal ao grau de aço desejado. Durante e depois do refino, a massa em fusão 18 do metal é aquecida tipicamente pelo arco elétrico 17 até acima de sua temperatura de fusão. Este superaquecimento permite que a massa em fusão entre em ebulição e forme mais escória a partir das impurezas e aumente a oxidação do carbono com o oxigênio lancetado. O superaquecimento também é utilizado para permitir que a fornada de metal 18 permaneça fluida enquanto é transportada em um cadinho ou um outro transportador a uma outra etapa do processo.

Os queimadores 10 são montados preferivelmente com uma abertura nas serpentinas de refrigeração a fluido 22 de um painel de parede lateral 23 do forno 15 nos invólucros de montagem 14 de formato geralmente retangular. Na realização ilustrada, o invólucro de montagem 14 é apoiado preferivelmente no degrau 24 formado entre os painéis 23 da parede lateral da blindagem superior do forno 15 e o refratário da soleira 21, mas também

-15(οΟ poderia ser suportado ou suspenso de um membro estrutural apropriado do forno. O invólucro de montagem 14 é mostrado posicionado no interior das serpentinas de refrigeração 22 do tipo de painel de parede lateral 23 que tem um membro de blindagem externa 25. Analogamente, tal invólucro de montagem podia ser posicionado no interior das serpentinas de refrigeração de um tipo de serpentina aberta de painel de parede lateral ou no interior de um painel de parede lateral do tipo de barra de aspersão. Quando um forno existente é reaparelhado com o invólucro de montagem 14, esta configuração seria a preferida porque pouca mudança se faz necessária à estrutura do forno.

Para fornos novos, ou para blindagens ou painéis de substituição recentemente fabricados, o invólucro de montagem 14 também poderia ser integrado no painel de parede lateral 23 ao se remover a área das serpentinas de refrigeração 22 ou a área de barras de aspersão que entram em contato com a face posterior do invólucro 14.

O queimador 10 é recebido em uma abertura de montagem 24 do invólucro de montagem 14 de modo que a sua abertura de descarga é estendida além da borda da soleira refratária 21. Isto permite que o fluxo de materiais da abertura de descarga do queimador 10 perca a borda do degrau para não degradar o refratário, particularmente com um gás de oxidação de alta velocidade. A montagem da abertura de descarga do queimador 10 sobre o degrau também coloca os fluxos de material do queimador 10 para perto da superfície da massa em fusão 18 e para perto do centro do forno, desse modo tomando a operação do processo mais eficiente. O invólucro de montagem 14 também confere uma proteção para o queimador 10 contra o calor intenso do forno 15 e os danos mecânicos da sucata 13 descendente.

Os queimadores ou outros aparelhos 10 são inclinados tipicamente para baixo a um ângulo de montagem na abertura de montagem 26, preferivelmente entre 30 e 60 graus, para dirigir um fluxo de material 29 do

-16queimador 10 que compreende produtos da combustão e/ou outros fluxos de materiais injetados, para o massa em fusão 18 do metal na soleira 21 do forno. Além de sua inclinação descendente, os queimadores ou outros aparelhos 10 também podem ser opcionalmente dirigidos de uma direção radial (centro do forno), preferivelmente de 0 a 10 graus. Para causar a penetração apropriada da massa em fusão 18 sem salpicamento, um fluxo de gás de oxidação supersônico, preferivelmente o oxigênio, deve incidir a um ângulo que não seja demasiadamente obtuso nem demasiadamente agudo. Se o ângulo for demasiadamente agudo, pode ocorrer um salpicamento excessivo de aço e escória. Se o ângulo for demasiadamente obtuso, então o fluxo pode não penetrar suficientemente na superfície da massa em fusão 18. Preferivelmente, foi verificado que um ângulo de aproximadamente 45 graus é eficaz na obtenção de resultados desejáveis do lancetamento de gás de oxidação de alta velocidade.

Dependendo da configuração do forno 15, conforme observado na Figura 2 na vista de planta, os queimadores 10 podem ser montados em qualquer lugar longitudinalmente na parede lateral 12 da blindagem superior. Os queimadores individuais 10 (não mostrados) também podem ser montados no poço coletor 27 do forno 15, se for um forno de corrida inferior excêntrico, ou acima ou em sua porta 28 de escória. Geralmente, um forno moderno 15 tem mais de um queimadores ou outros aparelhos 10 montados em torno de sua periferia, e o número depende de seu tamanho, configuração, poder de fusão e operação.

Geralmente, tais queimadores 10 ficam estrategicamente posicionados ao longo da parede lateral 12 para uma série de finalidades diferentes, por exemplo, nos pontos frios no forno para auxiliar na fusão da sucata. Estes pontos frios são diferentes para fornos de C.C. (corrente contínua) e fornos de C. A. (corrente alternada), e podem ser diferentes mesmo

entre estes fornos dependendo do tamanho, do fabricante, e do procedimento de operação do forno. O posicionamento também pode depender de outros fatores tais como os materiais que são introduzidos no forno pelo queimador ou outros aparelhos 10 e a finalidade e o sincronismo de sua introdução. Outros materiais que podem ser introduzidos incluem agentes metalúrgico e de aliagem, agentes formadores de escória e formadores de espuma, gases de oxidação para o refino, a fusão, a descarburação, a pós-combustão, etc. O invólucro de montagem 14 pode ser posicionado e montado vantajosamente em um aparelho onde quer que seja necessário estar na parede lateral 12 do forno 15.

Quaisquer outras funções ou modos que os queimadores ou outros aparelhos 10 possam ter, é importante se for aplicado um modo de lancetamento de gás de oxidação, para que eles fiquem perto da superfície da massa em fusão e mais direcionados para o centro do forno. O invólucro de montagem 14 forma uma extensão da montagem além dos painéis de refrigeração a água 23 do forno 15 para permitir que a abertura de descarga de um queimador 10 alcance além do degrau 24 do refratário da soleira 21 e fique mais perto do centro do forno.

Uma primeira realização do invólucro de montagem 14, conforme observado em uma realização detalhada nas Figuras 3-6, é um bloco de ferro fundido geralmente retangular com uma face anterior 32 para ficar voltada para o interior do forno e uma face posterior 36 para confinar com o painel de refrigeração a água 23 da blindagem superior 19 do forno. As faces 32, 36 podem ser planas para facilitar a fabricação, ou curvas para melhor conformação na estrutura circular convencional do forno. A espessura dos lados 40 do invólucro de montagem 14 é aproximadamente igual à largura do refratário do degrau 21 de modo que pode ser apoiado no degrau com a sua face posterior adjacente ao painel de parede lateral 23 ou a blindagem superior

-18 « · · · _a · ···· · » · · · · ······· · · · do forno e ser auto-suportado sem uma grande mudança estrutural no forno 15. Uma abertura de montagem 26 é moldada no ângulo de montagem desejado para o queimador 10 e alinhada com a abertura no painel de refrigeração a água 23. O queimador 10 é montado deslizavelmente nas aberturas até que a sua extremidade de descarga se estenda imediatamente além do degrau onde pode depositar os produtos da combustão, materiais injetados ou, preponderantemente, o gás de oxidação de alta velocidade, oxigênio preferivelmente supersônico, na massa em fusão 18 sem interferência ou danos ao refratário da soleira 21. Canais de refrigeração na forma de serpentinas 47 nas quais circula o fluido de refrigeração circundam a abertura de montagem 26 no invólucro de montagem 14. As serpentinas 47 são conectadas à tubulação de entrada 49 e à tubulação de saída 51 que podem ser acopladas a um suprimento de fluido de refrigeração sob pressão para circular o fluido através das serpentinas. O fluido de refrigeração, preferivelmente a água, refrigera as superfícies do invólucro de montagem 14 exposto ao calor do forno e a superfície de contato do queimador com a abertura.

Opcionalmente, a face anterior 32 e o topo 34 do invólucro de montagem 14 são conectados por um pórtico inclinado 38 que confere diversas funções de proteção vantajosas. O pórtico 38 forma uma superfície inclinada ao longo da qual a sucata 13 pode cair na soleira 21. O pórtico 38 e os lados 40 do invólucro também são moldados com uma pluralidade de canais ou corrugações geralmente quadrados 42. Estes canais ou corrugações 42 são retentores de escória que apanham um cobertura de escória quando ela salpica no pórtico 38 ou nos lados 40 do invólucro 14. Esta cobertura de escória que é menos condutora de calor do que o invólucro de montagem 14 também protege o invólucro contra o calor interno do forno e a radiação do arco

-1917. É evidente que os canais 42 podem ser de várias outras formas e configurações para reter a escória.

Conforme melhor observado nas Figuras 7-10, o invólucro de montagem 14 é moldado opcionalmente com um rebaixo 44 na face anterior

32. Um painel de inserção 46 é instalado no rebaixo 44 do invólucro de montagem 14 e tem uma abertura de montagem 48 alinhada com estes no invólucro de montagem e na parede lateral 12. O painel de inserção 46 é preferivelmente refrigerado a fluido e tem camisas internas através das quais um fluido de refrigeração, preferivelmente a água, pode circular no painel.

Estes revestimentos internos são supridos com o fluido de refrigeração através das tubulações de conexão de entrada e saída 53. As tubulações de entrada e saída 53 para o painel de inserção 46 passam através dos furos 55 formados no invólucro de montagem 14 para essa finalidade. Uma maneira de unir o painel de inserção 46 ao invólucro de montagem 14 é através de uma pluralidade de parafusos passantes que passam através dos furos passantes 57 formados no invólucro de montagem e dos furos 59 correspondentes (somente um é mostrado) formados na inserção. O painel de inserção 46 é preferivelmente fabricado a partir de um material com uma condutividade térmica elevada. Devido ao fato que o painel 46 vai ficar voltado para o calor interno mais intenso do forno e a radiação do arco 17, ele deve ser feito de um material com uma condutividade térmica igual ou maior do que o invólucro de montagem 14. Preferivelmente, o painel de inserção 46 é feito de cobre.

Há pelo menos dois, e normalmente três, circuitos de refrigeração a fluido para um arranjo de invólucro de montagem 14. Há um circuito de fluido que refrigera o invólucro principal 14, um outro circuito fluido que refrigera o painel de inserção 46 e, opcionalmente, um circuito de fluido que refrigera o queimador ou outros aparelhos 10. Dependendo das necessidades de refrigeração da instalação particular e da disponibilidade do serviço de

-20Gó utilidade, os circuitos de refrigeração podem ser independentemente dotados de conexões de serviço de utilidade individuais ou podem ser conectados em série a uma fonte. Um arranjo de conexão menos complexo pode ser dotado de uma fonte, mas a vazão do sistema simples deve exceder aquela necessária para o componente individual que tem a vazão mais elevada. Para fontes independentes, vazões diferentes podem ser utilizadas sem um aumento inadequado na complexidade. Por exemplo, o painel de inserção 46 pode precisar de uma refrigeração intensa e uma taxa de refrigeração a fluido mais elevada do que o invólucro de montagem 14 que, por sua vez, pode precisar de uma taxa de refrigeração mais elevada do que o queimador 10. Também é evidente que quaisquer dois dos componentes individuais podem ter uma fonte compartilhada e o outro componente uma fonte independente. Um exemplo desta configuração seria aquela em que o invólucro de montagem 14 e o painel de inserção 46 constituem um circuito de refrigeração e o queimador 10 é acoplado a um circuito de refrigeração independente.

O invólucro de montagem 14, conforme observado em uma outra realização detalhada nas Figuras 11-14, também pode ser uma caixa retangular geraimente aberta. Um arranjo de montagem que utiliza o invólucro de montagem das Figuras 11-14 é ilustrado nas Figuras 19 e 20. Conforme melhor observado nas Figuras 11 e 12, o invólucro de montagem 14 tem pelo menos uma parede anterior refrigerada a fluido 60 para ficar voltada para o interior do forno e, na implementação mostrada, as paredes laterais refrigeradas a fluido 62, 64, 66 e 68. O invólucro de montagem 14 é formado pela parede dianteira 60, pelas paredes superior e inferior 66 e 68 e pelas paredes laterais 62 e 64 que envolvem um espaço ou uma câmara que é aberto para a parte de trás e que estende a face da parede dianteira 60 para fora do painel de refrigerado a água 23 da blindagem superior 19 do forno perto da borda do degrau 24 (vide as Figuras 2 e 19).

-21Gk

Com referência agora à vista posterior do invólucro de montagem 14 na Figura 13, as paredes anterior e posterior 60, 62, 64, 66 e 68 definem uma câmara de montagem 70 aberta para a parte externa do forno para receber o aparelho 10 e um injetor de material em partículas 72 (Figura 19). O aparelho 10 e o injetor de material em partículas 72 são inseridos através da câmara 70 em uma abertura 74 do aparelho e em uma abertura 76 do injetor formada na parede anterior 60.

Para fixar rigidamente o aparelho 10 ao invólucro de montagem 14, um suporte 78 (Figura 19) é ajustado a um ângulo para receber um flange do aparelho. Uma série de tiras de aço 79 também pode ser soldada à parte traseira das paredes laterais 62, 64, 66, e 68 para se obter uma fixação estrutural do invólucro de montagem 14 à parede lateral 23 do forno 15.

Na Figura 19, o aparelho 10 é montado deslizavelmente na abertura 74 do aparelho até que a sua extremidade de descarga se estenda para perto da borda do degrau 24, onde pode depositar os produtos da combustão, materiais injetados ou, preponderantemente, o gás de oxidação de alta velocidade, preferivelmente o oxigênio supersônico, na escória 16 ou na massa em fusão 18 sem interferência ou danos ao refratário da soleira 21. Do mesmo modo, o injetor de material em partículas 72 é montado deslizavelmente na abertura de injeção 76 até que a sua extremidade de descarga se estenda para perto da borda do degrau 24 onde pode depositar os materiais injetados, preferivelmente carbono em partículas de alta velocidade, na escória 16 ou na massa em fusão 18 sem interferência ou danos ao refratário da soleira 21.

As aberturas 74 e 76 são anguladas a um ângulo de injeção que auxilia a penetração da massa em fusão 18 no ângulo ideal, preferivelmente de aproximadamente 45 graus tal como ilustrado. O eixo central da abertura de injeção 76 é substancialmente paralelo ao eixo central da abertura 74 do

(ο Υ aparelho. Ο eixo central da abertura de injeção 76 na implementação mostrada também fica de um lado do eixo central da abertura 74 do aparelho. O lado escolhido é o lado a jusante da zona de reação onde a escória está saindo por causa da circulação do forno. Preferivelmente, a configuração permite que o injetor de material em partículas 72 injete na mesma direção do aparelho 10, preferivelmente um queimador/lança, e substancialmente paralela ao mesmo com um padrão em partículas que não afete a zona de reação de descarburação do queimador/lança 10. Opcionalmente, a abertura 74 do aparelho e a abertura de injeção 76 podem ter outras configurações tais como de convergência, divergência ou mesmo de cruzamento, dependendo dos vários aparelhos que são montados, da configuração do forno, e do processo.

O invólucro de montagem 14 é formado preferivelmente a partir de um material de elevada condutividade térmica, tal como o cobre. Conforme mostrado em seção transversal na Figura 14, o invólucro de montagem 14 é refrigerado a fluido mediante a circulação de um fluido de refrigeração, preferivelmente a água, através das passagens de refrigeração 84 que transitam e interligam todos os lados 60, 62, 64.66 e 68 do invólucro 14. As passagens 84 são acopladas a uma tubulação de entrada 80 que supre o fluido de refrigeração sob pressão. O fluido de refrigeração flui da tubulação de entrada 80 através das passagens 84 na parede anterior 60 e para as passagens interligadas das paredes laterais 62 e 64. As paredes laterais superior e inferior 66 e 68 também são refrigeradas pelo fluido que flui através das passagens interligadas 84 antes de sair por uma tubulação de saída 82.

Opcionalmente, a parede anterior 60 e a parede lateral superior 66 do invólucro de montagem 14 são conectadas por um pórtico inclinado 86 que confere diversas funções de proteção vantajosas. O pórtico 86 forma uma superfície inclinada ao longo da qual a sucata 13 pode cair na soleira 21. Preferivelmente, o pórtico 86 e a parede anterior 60 do invólucro 14 também ι· ··· ·* ·ι

-230¾ são dotados de uma pluralidade de corrugações geralmente retangulares 88. Opcionalmente, as paredes laterais 62 e 64 também podem ser formadas com as corrugações 88. As corrugações 88 são os retentores do escória que apanham uma cobertura de escória quando ela salpica no pórtico 86 ou nas paredes 60, 62, 64 ou 66 do invólucro 14. Esta cobertura de escória que é menos condutora de calor do que o invólucro de montagem 14 também protege o invólucro contra o calor interno do forno 15 e a radiação do arco 17. É evidente que as corrugações 88 podem ser de várias outras formas e configurações para reter o escória. Também é evidente que as corrugações 88 podem ser preenchidas com material resistente a altas temperaturas, tais como refratários para socagem, tijolos, material de jateamento, etc.

O invólucro de montagem 14, conforme observado na Figura 15, a qual detalha uma segunda implementação da realização de caixa geralmente aberta, pode compreender uma série de canalizações tubulares conectadas que são refrigeradas por fluido, preferivelmente a água, que flui através das mesmas. O invólucro 14 tem um fluido de refrigeração sob pressão que flui para uma extremidade 102 de uma canalização 100, circulando através das outras canalizações e de suas conexões nas direções das setas 108, e sai de uma extremidade 104 de uma outra canalização 106. As canalizações são preferivelmente fabricadas a partir de um material de elevada condutividade térmica, tal como o cobre ou o aço. As canalizações são formadas de modo a formar uma parede anterior 116 que é capaz de suportar o calor intenso de uma superfície que fica voltada para o arco 17 na borda do refratário 24, uma parede superior 118, uma parede 120 do pórtico que conecta a parede superior 118 à parede anterior 116, uma parede inferior 122 e duas paredes laterais 122 (Figura 16). A parede 120 do pórtico confere a deflexão da sucata para o invólucro e, opcionalmente, pode se estender para cima onde toma o lugar da parede superior 118. Os vincos 128 onde as canalizações se confluem formam ··» ♦· · * ·· ·····

-24• * « · « * * · · · · * · fo corrugações para reter a escória nas paredes anterior, superior e do pórtico para produzir uma cobertura de proteção.

O invólucro de montagem 14 também é dotado de uma inserção 110 que é feita preferivelmente de um material de elevada condutividade térmica, tal como o cobre, o aço ou um outro. A inserção 110 fica em contato térmico com as canalizações do invólucro 14 e é resfriada por elas. A inserção 110 tem uma abertura 112 do aparelho por meio da qual é montado um aparelho 10, preferivelmente um queímador/lança, a um ângulo de injeção e em uma abertura 114 do injetor por meio da qual é montado um injetor 72, preferivelmente um injetor de carbono 72, a um ângulo de injeção. O eixo central da abertura 112 do aparelho e o eixo central da abertura de injeção 114 estão em uma configuração similar àquela ilustrada nas Figuras 11-14, isto é, são angulados a aproximadamente 45 graus, substancialmente paralelos, e apontam na mesma direção. A abertura de injeção 114 é deslocada para um lado preferido da abertura 112 do aparelho, por exemplo, para o lado a jusante da zona da reação de oxigênio da circulação do forno. O invólucro 14 pode ser conectado aos mesmos circuitos de refrigeração que a parede lateral 23 e fixado à mesma. Desta maneira, o invólucro 14 pode fazer parte integrante da parede lateral 23.

Cada parede lateral 130 compreende uma série de canalizações tubulares conectadas que são refrigeradas por fluido, preferivelmente a água, que flui através das mesmas. A parede lateral 130 tem um fluido de refrigeração sob pressão que flui para uma extremidade 132 de uma canalização 134, circulando através das outras canalizações e de suas conexões nas direções das setas 136, e sai de uma extremidade 140 de uma outra canalização 138. As canalizações da parede lateral 130 são preferivelmente fabricadas a partir de um material de elevada condutividade térmica, tal como o aço inoxidável ou o cobre. A(s) parede(s) lateral(laterais) ·* «·· ·· »· · · ·· ·····

130 podem ser unidas ao invólucro de montagem 14 (Figura 15) por meio de solda, braçadeiras ou outros métodos similares. Os vincos 142 onde as canalizações confluem formam um dispositivo de retenção de escória. Dispositivos de retenção de escória adicionais, tais como aqueles descritos anteriormente, podem ser unidos às tubulações do invólucro 14.

A Figura 17 é uma vista lateral detalhada parcialmente em seção transversal do arranjo de montagem aperfeiçoado para o aparelho em um forno de arco elétrico utilizando o invólucro de montagem ilustrado nas Figuras 3-6 que foi integrado no painel de parede lateral 23 do forno 15. As serpentinas de refrigeração 22 do painel foram feitas de modo a permitir que o invólucro de montagem 14 confina diretamente com o membro de blindagem externo 25. A abertura para o queimador 10 no painel de parede lateral 23 é cortada no membro de blindagem externo 25 e alinhada com as aberturas formadas no invólucro de montagem 14 e no painel de inserção 46.

Analogamente, a Figura 18 é uma vista lateral detalhada parcialmente em seção transversal do arranjo de montagem aperfeiçoado para o aparelho em um forno de arco elétrico utilizando o invólucro de montagem ilustrado nas Figuras 7-10 que é utilizado com um painel de parede lateral 23 do forno do tipo de barra de aspersão. O queimador 10 é montado através de uma abertura no painel 50 da barra de aspersão e no membro de blindagem interno 52. O queimador 10 pode ser alongado para sobrepor as aberturas e a montagem deslizável nas aberturas no invólucro de montagem 14 e no painel de inserção 46 que são alinhados com as aberturas.

A Figura 19 é uma vista lateral detalhada parcialmente em seção transversal do arranjo de montagem aperfeiçoado para um aparelho em um forno de arco elétrico 15 utilizando o invólucro de montagem 14 ilustrado nas Figuras 11-14. O invólucro de montagem 14 fica em contato térmico com o degrau 24 do forno ao preencher toda abertura entre eles com um refratário

-26 ·*ι* compressível 90. As paredes laterais superior e do pórtico do invólucro 14 são protegidas por um cobertura de escória 92 que é retida pelas corrugações nas paredes. O invólucro 14 pode ser independente dentro da parede lateral 23 ou pode ter uma abertura cortada para o invólucro 14 de modo que fique aberto para a parte externa do forno 15. Uma abertura similar pode ser feita em um painel de parede refrigerada a aspersão similar àquela mostrada na Figura 18. Isto permite o acesso vantajoso ao equipamento protegido pelo invólucro 14 de modo a ser obtida uma montagem fácil para a operação e a remoção para serviços de manutenção.

Preferivelmente, o invólucro de montagem 14 é integrado no painel de parede lateral 23 do forno 15 conforme observado em uma vista posterior do invólucro 14 na Figura 20. Geralmente, o painel de parede lateral 23 circula a água de refrigeração da fonte às tubulações de drenagem 150, 152 através das serpentinas de refrigeração 22. As serpentinas de refrigeração 22 do painel de parede lateral 23 foram formadas de modo a permitir que o invólucro de montagem 14 seja inserido através de uma abertura no painel. O invólucro 14 pode ser conectado aos mesmos circuitos de refrigeração que o painel 23 e fixado nos mesmos. Desta maneira, o invólucro 14 pode fazer parte integrante do painel 23 e montado e removido com esse painel como uma peça.

Nas Figuras 17-20, o invólucro de montagem 14 é montado na abertura de descarga do queimador 10 perto da borda de etapa 24 entre a face quente da soleira 21 e o painel de parede lateral 23 e dirige o fluxo do queimador/lança 10 para a escória 16 e a massa em fusão 18. Conforme mostrado, o queimador 10 produz uma corrente de oxigênio supersônico que penetra na escória ou na escória com espuma 16 e na massa em fusão 18 aproximadamente a um ângulo de 45 graus para que se tenha uma melhor utilização do oxigênio. Preferivelmente, o queimador/lança 10 tem a

-27capacidade de encobrir o fluxo de oxigênio supersônico com um envelope de chama externo para produzir um poder de penetração ainda maior pela corrente de oxigênio. O arranjo de montagem reduz a altura (h) da abertura de descarga do queimador acima da superfície da massa em fusão 18 e a sua distância total (d) à superfície da massa em fusão. A montagem da abertura de descarga do queimador/lança 10 mais perto da superfície da massa em fusão e mais perto do centro do forno sem destruir o queimador/lança aumenta bastante a eficiência de introdução de oxigênio. A eficiência também é intensificada porque um ângulo ideal do fluxo de oxigênio supersônico pode ser utilizado sem danificar o refratário ou sem ter que aumentar as vazões do oxigênio para produzir a velocidade necessária para a penetração da massa em fusão 18 de distâncias maiores. O invólucro de montagem 14 também posiciona o injetor de carbono em partículas 72 mais perto da massa em fusão 18 para uma formação de escória com espuma otimizada. A grande proximidade do injetor 72 ao queimador/lança 10 ajuda a impedir que a porta de injeção do injetor seja entupida pela escória. É evidente que os arranjos de montagem ilustrados nas Figuras 17 e 18 também podem incluir uma abertura do injetor para a montagem de um injetor de material em partículas, tal como o injetor 72 que é mostrado nas Figuras 19 e 20.

Cada uma das quatro realizações, Figuras 3-6, Figuras 7-10,

Figuras 11-14 e Figuras 15-16, tem uma parede inferior refrigerada a fluido em contato térmico com o refratário do degrau 24. O contato térmico pelo invólucro 14 refrigera vantajosamente o refratário em torno desta área para conferir uma vida útil mais longa ao refratário com muito menos deterioração.

Isto neutraliza a tensão térmica aumentada que o refratário perto do invólucro pode experimentar por causa da zona de reação exotérmica para a descarburação e o aquecimento pela chama do queimador.

-28*· ··· ·· ·· • » · · · · * • · » · · ·· · · · « • · · ·

Embora a invenção tenha sido descrita com relação a diversas realizações preferidas, o relatório descritivo não se presta a limitar o âmbito da invenção às formas particulares apresentadas, mas, pelo contrário, se presta a cobrir as alternativas, modificações, e equivalentes que podem ser incluídos dentro do caráter e âmbito da invenção conforme definido pelas reivindicações anexas.

Por exemplo, diversas realizações foram ilustradas como dotadas de uma abertura do injetor, ao passo que diversas outras não o foram. É enquadrado dentro da técnica o emprego de cada implementação com uma abertura do injetor conforme indicado pela descrição detalhada.

Por exemplo, cada invólucro de montagem que incluí aqueles com inserções do painel é descrito como termicamente condutor e refrigerado a fluido. É evidente que pelo menos alguns dos benefícios e das vantagens dos elementos aqui descritos também podem ser obtidos se qualquer deles for feito de um material termicamente resistente tal como refratário ou algo do gênero. Também é evidente que um ou outro elemento de uma combinação destes dois elementos pode ser termicamente resistente e o outro termicamente condutor. Também é evidente que, se um ou mais dos elementos forem termicamente resistentes, eles podem ou não precisar de refrigeração suplementar, tal como a refrigeração a fluido descrita.

1/13

Claims (35)

REIVINDICAÇÕES

1. Arranjo de montagem para um aparelho (10) com uma extremidade de descarga utilizada em um forno (15) que tem uma soleira (21) de material refratário que coleta o metal em fusão (18), uma pluralidade de painéis refrigerados a fluido (23) que formam uma parede lateral (12) e um degrau (24) entre a parede lateral (12) e a soleira (21), sendo que o dito arranjo de montagem é caracterizado pelo fato de compreender:

um invólucro de montagem (14) que tem uma

abertura (26) do aparelho adaptada para receber o aparelho (10); e um painel (23) de parede lateral (12) com uma abertura adaptada para receber o dito invólucro (14);

sendo que o aparelho (10), quando recebido através da dita abertura (26) do aparelho, tem a sua extremidade de descarga estendida até a borda do degrau refratário (24).

2/13

2. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

a dita abertura (26) do aparelho é alinhada a um ângulo de montagem para dirigir a extremidade de descarga do aparelho (10) para o metal em fusão (18).

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 7/22

3/13 consiste em ferro fundido, liga de aço, cobre ou combinações destes.

3. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que:

o dito ângulo de montagem é de até 60 graus em relação à direção horizontal.

4/13 a dita inserção (48) é termicamente condutora, refrigerada a fluido, e feita de uma material com uma condutividade térmica igual ou mais elevada do que o dito invólucro de montagem (14).

4. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o dito ângulo de montagem é tal que uma descarga do aparelho incide no metal em fusão (18) entre 30 e 60 graus em relação à direção horizontal. 5. Arranjo de montagem para um aparelho

5/13 o dito dispositivo retentor de escória (16) inclui corrugações retangulares (42) localizadas no dito pórtico (38).

6/13 entre de 20 e 50 graus em relação à direção horizontal para dirigir a extremidade de descarga do aparelho para o metal em fusão (18) e em que o aparelho (10), quando recebido através da dita abertura do aparelho, estende-se para a borda do degrau (24).

6. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) é fabricado a partir de um material com uma condutividade térmica elevada, tal como cobre ou aço.

7/13

7. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) é fabricado pelo menos em parte a partir de um grupo que

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 8/22

8/13 a dita primeira abertura (74) é alinhada a um primeiro ângulo de montagem para dirigir a extremidade de descarga do primeiro aparelho para o metal em fusão (18); e a dita segunda abertura (76) é alinhada a um segundo ângulo de montagem para dirigir a extremidade de descarga do segundo aparelho para o metal em fusão (18).

8. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) tem uma área anterior (32) adaptada para ficar voltada para o interior do forno, e uma área posterior (36) adaptada para ficar voltada para o exterior do forno.

9/13 térmica elevada, tal como ferro fundido, aço inoxidável, ou cobre.

9. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

a dita área anterior (32) do dito invólucro de montagem (14) inclui um rebaixo (44);

uma inserção (48) que tem uma abertura da inserção adaptada para receber o aparelho (10) e alinhada com a abertura do aparelho (26); e a dita inserção (48) é montada no dito rebaixo (44) e é feita de um material de condutividade térmica elevada, tal como cobre ou aço, e/ou resistência térmica, tal como refratário.

10/13 o dito invólucro (14) inclui um dispositivo para reter a escória de modo a isolar o invólucro (14) do calor do forno.

10. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que:

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 9/22

(10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) é refrigerado a fluido.

11/13 uma primeira abertura (74) e o dito aparelho é o primeiro aparelho, dito invólucro de montagem (14), caracterizado por compreender ainda:

uma segunda abertura (76) adaptada para receber um segundo aparelho;

sendo que a dita segunda abertura (76) é alinhada a um ângulo de montagem entre 20 e 50 graus em relação à direção horizontal para dirigir a extremidade de descarga do segundo aparelhos para o metal em fusão (18); e a extremidade de descarga do segundo aparelho, quando recebida através da dita segunda abertura (76), estende-se para a borda do degrau (24).

11. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) inclui um dispositivo para defletir a sucata (13) carregada no forno (15) afastando a mesma do dito invólucro de montagem (14).

12/13 direção radial ao centro do forno para dirigir a extremidade de descarga do aparelho para a circulação do forno.

12. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

o dito dispositivo para defletir a sucata (13) incluem um pórtico (38) inclinado para o interior do forno.

13/13

13. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro (14) inclui um dispositivo para reter a escória (16) de modo a isolar o invólucro (14) do calor do forno.

14. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que:

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 10/22

15. Invólucro de montagem para um aparelho (10) em um forno que tem uma soleira (21) de material refratário que coleta o metal em fusão (18) e uma

pluralidade de painéis refrigerados a fluido que formam uma parede lateral (12) e têm um degrau (24) entre a parede lateral (12) e a soleira (21), sendo que o dito invólucro de montagem (14) é caracterizado pelo fato de compreender:

um invólucro (14) refrigerado a fluido dentro da dita parede lateral (12);

em que o dito invólucro (14) inclui uma área anterior (32) adaptada para ficar voltada para o interior do forno, uma área posterior (36) adaptada para ficar voltada para o exterior do forno;

uma abertura adaptada para receber o aparelho (10); e um pórtico (38) que tem uma inclinação ondulada na direção do interior do forno para defletir a sucata (13) carregada afastando a mesma do dito invólucro de montagem (14) e para manter uma cobertura de escória (16), sendo que as ditas abertura do aparelho e abertura da inserção são alinhadas a um ângulo da montagem

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 11/22

16. Método de montagem de um aparelho (10) com uma extremidade de descarga de chama utilizada em um forno que tem uma soleira (21) de material refratário que coleta o metal em fusão (18) e uma pluralidade de painéis refrigerados a fluido que formam uma parede lateral (12) com um degrau (24) entre a parede lateral (12) e a soleira (21), sendo que o dito método de montagem é caracterizado pelo fato de compreender:

a montagem do aparelho de uma maneira tal que a sua extremidade de descarga de chama estende-se para a borda do degrau (24) no forno;

o direcionamento do aparelho a um ângulo da montagem entre 30 e 60 graus em relação à direção horizontal de modo a dirigir a extremidade de descarga de chama do aparelho para a superfície do metal em fusão (18);

e o direcionamento do aparelho a um ângulo de montagem entre 0 e 20 graus de uma direção radial ao centro do forno de modo a dirigir a extremidade de descarga de chama do aparelho para a circulação da massa em fusão do forno.

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 12/22

17. Arranjo de montagem para uma pluralidade de aparelhos (10) com extremidades de descarga utilizadas em um forno que tem uma soleira (21) de material refratário que coleta o metal em fusão (18) e uma

pluralidade de painéis refrigerados a fluido que formam uma parede lateral (12) e têm um degrau (24) entre a parede lateral (12) e a soleira (21), sendo que o dito arranjo de montagem é caracterizado pelo fato de compreender:

um invólucro de montagem (14) que tem uma primeira abertura (74) adaptada para receber o primeiro aparelho e uma segunda abertura (76) adaptada para receber o segundo aparelho;

pelo menos um dos painéis de parede adaptado para receber o invólucro (14);

sendo que o primeiro aparelho, quando recebido através da dita primeira abertura (74), tem a sua extremidade de descarga de chama estendida para a borda do dito degrau (24); e o segundo aparelho, quando recebido através da dita segunda abertura (76), tem a sua extremidade de descarga de chama estendida para a borda do dito degrau (24).

18. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que:

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 13/22

19. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo

fato de que: o dito primeiro ângulo de montagem é entre 30 e 60 graus em relação à direção horizontal; e o dito segundo ângulo de montagem é entre 30 e 60 graus em relação à direção horizontal.

20. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) é refrigerado a fluido.

21. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) é fabricada a partir de um material com uma condutividade

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 14/22

22. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) tem uma área anterior (32) adaptada para ficar voltada para o interior do forno, e uma área posterior (36) adaptada para ficar voltada para o exterior do forno.

23. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) inclui um dispositivo para defletir a sucata (13) carregada no forno afastando a mesma do dito invólucro de montagem (14).

24. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que:

o dito dispositivo para defletir a sucata (13) inclui um pórtico (38) inclinado para o interior do forno.

25. Arranjo de montagem para um aparelho (10), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que:

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 15/22

26. Arranjo de montagem para uma pluralidade de aparelhos, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de compreender ainda:

um painel (23) de parede lateral (12) refrigerado a fluido adaptado para receber o invólucro (14);

onde o invólucro de montagem (14) é refrigerado a fluido e é montado dentro da dita parede lateral (12), sendo que o dito invólucro de montagem (14) tem uma área anterior (32) adaptada para ficar voltada para o interior do forno, uma área posterior (36) adaptada para ficar voltada para o exterior do forno, um pórtico (38) que tem uma inclinação ondulada na direção do interior do forno para defletir a sucata (13) carregada afastando a mesma do dito invólucro de montagem (14) e um dispositivo para manter uma cobertura de escória; e sendo que as ditas primeira e segunda aberturas (74, 76) são alinhadas a um ângulo de montagem de até 60 graus em relação à direção horizontal para dirigir as extremidades de descarga de chama do primeiro e segundo aparelhos para o metal em fusão (18).

27. Invólucro de montagem para um aparelho, de acordo com a reivindicação 15, em que a dita abertura é

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 16/22

28. Método para a montagem de um aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo dito aparelho ser um primeiro aparelho, compreendendo ainda:

a montagem de um segundo aparelho de maneira tal que a sua extremidade de descarga estende-se para a borda do degrau (24) no forno;

o direcionamento do dito segundo aparelho a um primeiro ângulo de montagem entre 30 e 60 graus em relação à direção horizontal para dirigir a extremidade de descarga do aparelho para a superfície do metal em fusão (18); e o direcionamento do dito segundo aparelho a um segundo ângulo de montagem entre 0 e 20 graus de uma

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 17/22

29. Arranjo de montagem para um aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) é adaptado para ser montado dentro da dita parede lateral (12); e o dito invólucro de montagem (14) tem uma área de refrigeração em contato térmico com o degrau refratário (24).

30. Arranjo de montagem para um aparelho, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que:

a dita área de refrigeração transfere calor a pelo menos uma parte do dito invólucro de montagem (14) que é refrigerado a fluido.

31. Arranjo de montagem para um aparelho, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) inclui uma face inferior em contato térmico com o degrau refratário (24).

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 18/22

32. Arranjo de montagem para um aparelho, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que:

pelo menos a dita face inferior do dito invólucro de montagem (14) é refrigerada a fluido.

33. Arranjo de montagem para um aparelho, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) é um bloco refrigerado a fluido.

34. Arranjo de montagem para um aparelho, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) é uma caixa refrigerada a fluido que tem pelo menos uma parede anterior e uma parede inferior.

35. Arranjo de montagem para um aparelho, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que:

o dito invólucro de montagem (14) é forma de canalização termicamente condutora.

Petição 870170028732, de 02/05/2017, pág. 19/22 i/g

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TO

O

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Utilidades (F^O, Gás 02, materiais de fluxo etc,)