CERÂMICOS

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um sistema aperfeiçoado de combustão em queimadores para fomos industriais, mais especificamente para fornos a rolos destinados à fabricação de revestimentos (piso e paredes).

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

Os fornos tipo túnel a rolos são amplamente conhecidos do estado da técnica, sendo utilizados há décadas para a queima de revestimentos cerâmicos, pisos, etc.

O funcionamento desses fornos ocorre basicamente da seguinte maneira: os produtos cerâmicos, refratários, etc, ora denominados "carga", entram na forma "crua" de um lado do forno e avançam para o lado oposto, onde saem "queimados". Todavia, para cada produto a ser queimado, existem diferentes curvas ideais de temperaturas internas, subdividas em cada seção do forno, de modo a proporcionar ao material as propriedades estruturais desejadas. Por exemplo, para chamote de porcelana, as temperaturas estão em torno de 1000°C. Já as porcelanas sanitárias, as temperaturas estão na faixa de 1200°C. Outras temperaturas, tais como 1450°C para as porcelanas duras de mesa, 1600°C para materiais de alta alumina, e até 1850°C para a queima tijolos básicos (utilizado em altos fornos) podem também ser verificadas. Estes fornos túneis possuem um rendimento térmico muito bom se comparado aos fornos intermitentes. Dentre vários fatores, ressalta-se a não necessidade de aquecer os isolamentos dos fornos, assim como deve ser feito nos fornos intermitentes.

Como dito acima, a carga de material em cima de rolos se movimenta, de forma contínua, de um lado para o outro do forno, onde passa por várias regiões com diferentes temperaturas, até queimar e curar por completo o produto. Na primeira região do forno, a carga ainda crua atravessa a zona de preaquecimento, onde o forno possui normalmente queimadores trabalhando apenas na parte inferior da carga por debaixo do nível de rolos.

Em uma segunda região, a carga entra na zona de queima principal, que possui normalmente queimadores em dois níveis, por cima e por baixo da carga.

Saindo da zona de queima, a carga passa por um estágio de transição e logo em seguida entra na região de resfriamento rápido.

Nesta região de resfriamento, que não possui queimadores, ocorre a injeção direta de ar frio dentro do forno, por cima e por debaixo da carga.

A quarta região por onde passa a carga é uma zona de transição chamada de resfriamento lento, que precede a quinta e última região, onde ocorre o resfriamento final, na qual novamente é injetado muito ar para resfriar a car- ga, já queimada, até a temperatura ambiente.

Alguns documentos do estado da técnica ensinam a implementação de fornos industriais e seus respectivos queimadores, porém em nada se assemelham aos propósitos da presente invenção. O documento GB 1 ,559,652 depositado em 20 de setembro de 1977, descreve um forno para a queima de materiais cerâmicos aparentemente objetivando a eficiência térmica, onde as peças de cerâmicas são conduzidas individualmente ao longo do forno. Todavia, são aplicados em fornos de rolos rotatórios que giram de modo a a- vançar as peças (carga). Esses fornos, no entanto, não abaixam o consumo de gás nem tampouco mencionam o uso de queimadores. Ainda existem fornos como estes em funcionamento, mas é comum a ocorrência de problemas, motivo pelo qual não se constroem mais esses tipos de fornos a rolo de dupla passagem.

O documento GB 2,245,693, depositado em 27 de junho de 1991 , descreve um forno de rolo para queimar produtos cerâmicos, onde a chaminé do forno é subdividida por um ou mais telhados intermediários feitos de elementos de placa de carboneto de silicone, com os queimadores direcionados para um espaço separados por telhados intermediários para aplicação indireta de calor. No entanto, esse documento é direcionado a um problema específico de forno a rolos para produtos delicados. Também não tem o propósito de re- duzir o consumo de gás (combustível comumente usado em fornos deste tipo).

O documento britânico GB 2,224,105, depositado em 11 de outubro de 1989, também refere-se a um forno industrial. Esse forno possui uma pluralidade de queimadores nos quais o ar secundário pode ser usado para alimentar a região da chama do queimador, em quantidades controladas, de acordo com o conteúdo do componente gasoso do forno. Esse documento refere-se à injeção de ar secundário nos queimadores convencionais. Ainda é amplamente utilizado atualmente, porém em fornos intermitentes e em produtos sensíveis. O ar secundário reduz a temperatura da chama e aumenta o volume de gases dentro do forno, tornando-o homogéneo. Diferentemente do propósito da presente invenção, o consumo aumenta e muito.

Outra solução existente encontra-se na patente norte-americana US 4,884,969, de 16 de novembro de 1985. Esse documento descreve um forno ^' túnel para produtos de cerâmica compreendendo uma seção de aquecimento, uma seção de queima e uma seção de resfriamento onde, por dispositivos de condução de gás, os gases são retirados da região da seção de res- friamento e são conduzidos para a seção de queima, essa região compreendendo pelo menos um queimador adicional em uma região de transição entre a seção de queima e a seção de resfriamento. Esse documento possui um conceito próximo ao da presente invenção, de modo a utilizar o ar limpo que vem do fundo do forno para servir de ar de combustão e válido.

O documento PI0822010-7, depositado em 18 de janeiro de 2008, descreve um sistema de combustão com um "rodízio" de chama. O sistema de combustão de material cerâmico compreende um forno tendo paredes com isolamentos, e sendo dividida em diferentes regiões com diferentes temperaturas, a zona de queima do sistema ainda compreende uma pluralidade de queimadores divididos em grupos, cada queimador compreendendo um dispositivo de controle, em que os grupos de queimadores são dispostos em um arranjo de rotação lateral e são ativados independe e alternativamente em intervalos de tempo presente e em uma condição de laço para evitar superaquecimento localizado. No entanto, o sistema de combustão não com- preende queimadores localizados no teto e na soleira.

Tradicionalmente, os fornos para cerâmica vermelha (tijolos e telhas), compreendem queimadores no teto. Esses queimadores possuem chama no sentido vertical. Na verdade, os queimadores de teto direcionam suas chamas para uma região entre duas cargas, sendo que a carga está estacionária no momento da queima. Nesse sentido, nota-se que a carga não se desloca continuamente no interior do forno.

Assim, nos fornos convencionais para cerâmica vermelha, a carga não passa por um processo de queima homogéneo, ou seja, pode ocorrer uma queima maior nas regiões próximas aos queimadores. Ademais, o ar de combustão é proveniente do fundo do forno.

Nota-se que, nos fornos industriais do estado da técnica, o ar de combustão é proveniente exclusivamente do exterior.

A primeira grande diferença reside no fato de que a presente invenção possui queimadores dispostos no teto e na soleira, queimando, preferencialmente, mas não limitadamente, no sentido contrário ao avanço da carga, em que a chama está na posição horizontal. Os queimadores localizados no teto e na soleira evitam uma grande diferença de temperatura entre o centro e as laterais do forno, que prejudicam o processo de queima proporcionado pelo forno.

A segunda grande diferença está no fato de que, grande parte do ar de combustão é proveniente do interior do forno, sendo possível a sua utiliza- ção graças ao efeito Venturi gerado pelos queimadores.

Com a construção de fornos cada vez mais largos, com larguras na ordem de 4 metros, a presente invenção proporciona maior homogeneidade de temperatura, atenuando o gradiente térmico entre as laterais e centro do forno. Ademais, a presente invenção proporciona um aumento significativo de eficiência térmica, uma vez que utiliza o ar quente proveniente do interior do forno, acarretando uma redução significativa no consumo de gás.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

Tendo em vista os problemas descritos e com o intuito de superá-los, é proposto um sistema com os objetivos de diminuir o consumo de gás na fabri- cação de revestimentos, bem como de reduzir a diferença de temperatura entre o centro e as laterais em fornos industriais.

Também é um objetivo da presente invenção proporcionar um sistema de combustão para cerâmica plana que proporciona queima homogénea.

É ainda um objetivo da presente invenção proporcionar uma melhora no rendimento do resfriamento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 ilustra uma vista em corte transversal da zona de queima de um forno convencional, utilizando queimadores convencionais;

A figura 2 ilustra uma vista em corte transversal da zona de queima de um forno com o sistema aperfeiçoado de combustão, utilizando apenas queimadores do tipo Venturi;

A figura 3 ilustra uma vista em corte lateral da zona de queima de um forno com o sistema aperfeiçoado de combustão, utilizando apenas queimadores do tipo Venturi;

A figura 4 ilustra uma vista em corte transversal da zona de queima de um forno com o sistema aperfeiçoado de combustão, utilizando queimadores do tipo Venturi e queimadores convencionais;

A figura 5 ilustra uma vista em corte lateral da zona de queima de um forno com o sistema aperfeiçoado de combustão, utilizando queimadores do tipo Venturi e queimadores convencionais;

A figura 6 ilustra uma vista em corte transversal da zona de queima de um forno com o sistema aperfeiçoado de combustão, utilizando apenas queimadores convencionais; e

A figura 7 ilustra uma vista em corte lateral da zona de queima de um forno com o sistema aperfeiçoado de combustão, utilizando apenas queimadores convencionais.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O sistema aqui apresentado pode ser mais bem compreendido a partir da seguinte descrição detalhada das figuras.

A figura 1 ilustra um desenho esquemático de uma zona de queima 1 de um forno a rolos convencional, com queimadores convencionais 2 posicionados nas laterais do forno.

Os fornos túneis existentes atualmente possuem queimadores 2 divididos em grupos de queima. Um típico forno túnel pode possuir de 3 a 40 grupos de queima. Cada módulo do fomo possui cerca de 2 a 3 m de comprimento e uma separação entre queimadores do mesmo lado do forno de 0,75 a 1 ,5 m. Já os queimadores do lado oposto encontram-se desencontrados e não estão alinhados.

Em uma modalidade preferencial da presente invenção, a zona de queima compreende uma pluralidade de queimadores divididos em grupos, cada queimador compreendendo um dispositivo de controle como, por exemplo, uma válvula solenóide, em que os grupos de queimadores são dispostos em um arranjo de rotação lateral e são ativados independente e alternativamen- te em intervalos de tempo presente e em uma condição de laço para evitar superaquecimento localizado.

Ademais, ao invés de utilizar queimadores convencionais na zona de queima (temperaturas acima dos 800°C), podem ser implementados vários queimadores de gás puro ou com muito pouco ar, proporcionando assim a queima de forma pulsante.

A figura 2 mostra a zona de queima 3 de um forno a rolos com o sistema a- perfeiçoado de combustão, utilizando exclusivamente queimadores do tipo Venturi 4 dispostos no teto e/ou na soleira do fomo. A disposição de pelo menos um, mas preferencialmente uma pluralidade de queimadores 4, no teto e/ou na soleira, visa evitar uma diferença de temperatura grande entre o centro e as laterais do forno. Um corte lateral da zona de queima 3 do forno da figura 2 é mostrado na figura 3, na qual observa-se que os queimadores de teto e soleira 4 queimam no sentido horizontal, preferencialmente, em direção contrária ao avanço da carga.

A partir da figura 4, observa-se a zona de queima 3 de um forno a rolos com o sistema aperfeiçoado de combustão, utilizando queimadores do tipo Venturi 4 dispostos no teto e/ou na soleira, e ainda queimadores convencionais 2 dispostos nas laterais e/ou no teto e/ou na soleira. Esta modalidade evita a- inda mais uma diferença de temperatura grande entre o centro e as laterais do forno.

Os queimadores 2, 4 localizados no teto e/ou na soleira, juntamente com os queimadores 2 localizados nas laterais, proporcionam uma queima homogê- nea para a carga, evitando que a carga fique mais queimada nas regiões próximas aos queimadores. Além disso, a carga se desloca continuamente no interior do forno.

O número mínimo de queimadores 2, 4 dispostos no teto e/ou na soleira do forno é um, porém, preferencialmente, utiliza-se uma pluralidade de tais queimadores 2, 4.

Em uma modalidade preferencial, os queimadores 2, 4 do forno queimam alternativamente na forma de um rodízio. De fato, grupos de queimadores são dispostos em um arranjo de rotação lateral, de teto e soleira e são ativa- dos independente e alternativamente em intervalos de tempo presente e em uma condição de laço para evitar superaquecimento localizado.

Além disso, o sistema de combustão apresenta um melhor rendimento no resfriamento, uma vez que permite uma maior entrada de ar na zona de queima oriundo da zona de resfriamento. Assim, grande parte do ar de com- bustão é proveniente do interior do forno, sendo possível a sua utilização graças ao efeito Venturi gerado pelos queimadores. Isto aumenta a eficiência térmica do forno, ao mesmo tempo em que reduz o consumo de gás. A figura 5 ilustra uma vista em corte lateral da zona de queima 3 de um forno com o sistema aperfeiçoado de combustão, conforme mostrado na figura 4. Observa-se que os queimadores de teto e soleira 2, 4 queimam no sentido horizontal, preferencialmente, em direção contrária ao avanço da carga. No entanto, em todas as modalidades da presente invenção, a direção da chama tanto dos queimadores convencionais 2, como dos queimadores do tipo Venturi 4, tem a possibilidade de ser girada em 360 graus. Assim, tais queimadores 2, 4 podem queimar não só no sentido contrário ao avanço da carga, como em qualquer direção de forma horizontal. Deste modo, melhora- se ainda mais a homogeneidade de temperaturas ao longo da seção do forno.

Os queimadores do forno 2, 4 podem ainda queimar alternativamente na forma de um rodízio, sendo o tempo de queima controlado por um controlador lógico programável (PLC) com um software dedicado.

Outra modalidade da presente invenção é apresentada nas figuras 6 e 7 que mostram, respectivamente, uma vista em corte transversal e uma vista em corte lateral da zona de queima 3 de um forno com o sistema aperfeiçoado de combustão, utilizando apenas queimadores convencionais 2 dispostos nas laterais e/ou no teto e/ou na soleira do forno.

Ademais, os queimadores convencionais 2 colocados por cima e por baixo da carga, podem ainda servir como injetores de ar puro, em caso de necessidade da curva de temperatura. Neste caso os queimadores convencionais 2 possuem um defletor cerâmico ou um tubo com furação apropriada para desviar os gases para a horizontal.

Além disso, para evitar o craqueamento do gás, é possível refrigerar a ponta do queimador através de um meio de refrigeração, preferencialmente com uma circulação de uma pequena quantidade de ar pelo mesmo. O meio de refrigeração pode ser ainda um revestimento de água. Analogamente, de modo a melhorar o rendimento térmico, é possível ainda aperfeiçoar as regi- ões de resfriamento dos fornos a fim de obter mais ar e uma maior transferência de calor da carga para este ar, que posteriormente ira adentrar na zona de queima, vindo a ser utilizado como ar de combustão nos queimadores. Isso se dá colocando recirculadores no teto da saída do forno, que forçara a passagem do ar de resfriamento pela carga, proporcionando a elevação da sua temperatura. Esse recurso equivale a aumentar o tamanho do forno, como se estivéssemos "esticando" o forno na sua saída.

Outra possibilidade de se aumentar a quantidade de ar quente, a ser utilizado como ar de combustão, é usar o ar preaquecido no ventilador de resfriamento rápido no lugar de ar ambiente. Nota-se que esse ar pode ser retirado do ar quente na saída do forno.

Em outra modalidade, com o uso de fornos a rolos com muflas internas, o queimador do tipo Venturi pode ser usado como queimador do tipo radiante. Neste tipo de queimador, os gases possuem, na saída do queimador, uma velocidade tangencial alta, o que faz com que os gases quentes de combus- tão "colem" nas paredes do forno.

Tendo sido descrito exemplos de modalidades preferidas, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, dos os possíveis equivalentes.