O presente relatório descritivo trata de uma Patente de Invenção que propõe um processo de revestimento refratário para fornos e, mais particularmente, um processo de revestimento refratário para fornos de cozimento de ânodos. Estes ânodos são utilizados na produção industrial de alumínio metálico via red ução eletrol ítica da a l um ina . O p rocesso p roposto la nça m ão de peças refratá rias m old ad as com dimensões, formatos e encaixes característicos, adequados a cada local de aplicação nos fornos. Os objetivos principais da invenção são melhorar a qualidade do revestimento e facilitar e racionalizar a operação de montagem das peças refratárias.

Como é do conhecimento geral, os ânodos são utilizados na produção industrial de alumínio metálico via redução eletrolítica da alumina, sendo que os referidos ânodos são configurados como blocos fabricados a partir de uma mistura de coque e piche que, depois de devidamente prensados, são enfornados e cozidos em fornos especiais que utilizam o óleo pesado, gás e diesel como combustíveis.

Exemplo típico de um forno de cozimento de ânodos com revestimento refratário realizado na forma tradicional está representado esquematicamente nas figuras 1 e 2 que ilustram a presente Patente de Invenção, nas quais podem ser vistos os seguintes componentes ou partes principais tais como: forno, indicado pela referência numérica 1 ; câmara de combustão, indicada pela referência numérica 2; poço de ânodo, indicado pela referência numérica 3; parede condutora, indicada pela referência numérica 4; parede cabeceira, indicada pela referência numérica 5; ânodo, indicado pela referência numérica 6; soleira, indicada pela referência numérica 7; injetor, indicado pela referência numérica 8. Com relação ao forno para cozimento de ânodos pertencente ao estado da técnica, este é construído dentro de uma estrutura sólida, onde as paredes condutoras 4, as paredes cabeceiras 5 e a soleira 7 são basicamente de refratários com amarração típica, tal como o ilustrado nas figuras 1 e 2.

A composição dos condutos 4 ao longo das paredes cabeceiras 5, que delimita a área útil do forno 1 , determina uma seqdência de corredores paralelos denominados alternadamente de câmaras de combustão 2 e poços de ânodos 3, conforme o ilustrado na figura 2 anexa.

O combustível introduzido pelo injetor 8 na câmara de combustão 2 produz a energia térmica necessária para elevar a temperatura dos condutos 4 até à ordem de 1200°C, nestas condições sendo realizado o cozimento dos ânodos 6.

Os fornos para cozimento de ânodos convencionais apresentam uma série de aspectos negativos, entre os quais podem ser citados: o fato de que a montagem dos mesmos exige mão-de-obra qualificada principalmente no tocante a montagem correta dos elementos refratários; as paredes de refratários erguidas pela técnica convencional permitem a propagação de trincas em função da continuidade das superfícies em contato; segundo a técnica de montagem convencional as paredes de cabeceira e as paredes condutoras apresentam medidas de espessura maior que o desejável incorrendo, por tal motivo, em uma menor eficiência térmica, sendo que essas maiores medidas de espessura influenciam negativamente também no tamanho da estrutura necessária para o cozimento de um determinado volume de ânodos; as paredes erguidas pela técnica convencional não apresentam travamento multidirecional no plano horizontal, impedindo assim a construção de paredes proporcionalmente mais delgadas; são comuns problemas com a vedação entre a parede condutora e o poço do ânodo. Sabe-se que o cozimento dos ânodos 6 é uma das etapas mais onerosas do processo de fabricação do alumínio metálico. Com isto, pode-se afirmar que um ganho qualquer nestes fornos 1 , seja de ordem operacional, de manutenção ou de outra natureza, torna-se bastante impactante.

Neste sentido, verificam-se hoje, em diversas frentes, grandes esforços visando ao desenvolvimento de melhorias que passam pela adequada seleção de refratários, melhores práticas operacionais e de manutenção, aperfeiçoamento do projeto dos fornos, logística eficiente, etc.

Como parte dos mencionados esforços, a presente invenção propõe um processo para a realização do revestimento refratário dos fornos, visando auferir substanciais ganhos na qualidade do revestimento e na operação de montagem das peças refratárias.

A matéria abordada pela presente Patente de Invenção será pormenorizadamente descrita com referência às figuras abaixo relacionadas, nas quais:

as figuras 1 e 2 ilustram fornos para cozimento de ânodos pertencentes ao estado da técnica atual;

a figura 3 ilustra uma vista esquemática parcial de um forno de cozimento de ânodo revestido segundo o processo da invenção; e as figuras 4 e 5 ilustram desenhos esquemáticos de arranjos típicos de montagem com as peças refratárias utilizadas no processo da invenção.

De conformidade com o quanto ilustram as figuras acima relacionadas, o processo de revestimento refratário para fornos de cozimento de ânodos objeto desta Patente de Invenção parte do estado da técnica que contempla os fornos de cozimento de ânodo tal como o ilustrado nas figuras 1 e 2.

A presente patente propõe um forno 1 e cozimento de ânodos 6, definindo as câmaras de combustão e poços de ânodos 3, conforme a figura 3, sendo que o forno 1 é esquematicamente indicado através de linha tracejada no âmbito da referida figura 3.

A variedade possível de combinações entre dimensões e formas das peças tratadas nesta Patente de Invenção possibilita a montagem dos condutos 4 e das paredes cabeceiras 5 com espessuras delgadas e resistência mecânica apropriada.

Dentro do contexto da matéria tratada na presente patente, o concreto 16 serve de base para o assentamento dos tijolos paralelos 17, conforme o retratado na figura 4. Este arranjo, devidamente dimensionado, confere ao piso isolado 10 e à soleira 7 característica específica para que suportem todas as cargas térmica e mecânica direcionadas para baixo e que são inerentes ao processo de cozimento dos ânodos 6.

De acordo com as figuras 3 e 5, as paredes cabeceiras 5 são montadas a partir de um arranjo combinado de peças de amarração 18, peças de composição da parede 19 e peças da torre de exaustão 20, sendo finalizada com a peça topo da parede cabeceira 14 e bloco de exaustão 1 1 .

As peças da torre de exaustão 20 permitem a comunicação das câmaras de combustão 2 com o bloco de exaustão 1 1 , montado sobre a peça de apoio 24, dito bloco de exaustão 1 1 complementando o acabamento superior da parede cabeceira 5, parcialmente realizado pelo topo da parede cabeceira 14.0 acabamento superior da parede externa 15 é realizado pela peça topo da parede externa 12, e se encontra fixado ao conduto 4 localizada nas laterais do forno 1 .

Conforme o retratado na figura 5, os condutos 4, amarrados às paredes cabeceiras 5, são montados a partir de um arranjo combinado de peças com encaixe tipo meia cana e/ou tronco de cone, onde as peças laterais do conduto 21 , responsáveis pela condução do calor e pela vedação entre a câmara de combustão 2 e o poço de ânodo 3 são estrategicamente unidas pela peça de travamento 22, pela peça de apoio 24 e pela peça de fechamento do conduto 25.

O acabamento superior dos condutos 4 é realizado pelo topo do conduto 13 e o seu fechamento inferior feito pela peça base 23, conforme o demonstrado nas figuras 3 e 4.

Tal como deve ter restado evidente a partir da descrição acima, o processo de revestimento refratário para fornos de cozimento de ânodos objeto desta Patente de Invenção apresenta uma série de vantagens sobre o processo convencional de revestimento, valendo destacar, dentre as quais podem ser destacadas: a) permite utilizar mão-de-obra menos qualificada na montagem do revestimento, uma vez que os encaixes centralizam as peças entre si; b) a sequência pré-estabelecida de montagem racionaliza esta operação. Esta sequência é obtida por meio de empadiolamento especial que permite pré-montagem dos condutos com economia de tempo e mão de obra; c) evita o surgimento e a propagação de trincas pela descontinuidade das superfícies em contato; d) possibilita a montagem das paredes cabeceiras 5 e dos condutos 4 com espessuras delgadas, obtendo-se uma maior eficiência térmica pela redução da massa de material refratário e, consequentemente, do espaço construído para um mesmo volume de ânodos 6 a serem cozidos; e) garante uma boa estabilidade pelo travamento multidirecional no plano horizontal, permitindo trabalhar com paredes delgadas; f) perfeita vedação à passagem de gases e líquidos entre o conduto 4 e o poço de ânodo 3, assegurando a estanqueidade necessária pela utilização de peças com macho e fêmea; e g) flexibilidade de montagem em duas posições devido à simetria dos encaixes.