LÍQUIDO"

Refere-se o presente Pedido de Patente de modelo de utilidade, que diz respeito ao campo da indústria siderúrgica, a um conjunto de disposições introduzi- das em componentes da unidade de produção de aço líquido, conhecida como EOF (Energy Optimizing Furnace), objetivando uma maior eficiência tanto na operação quanto na manutenção da unidade como um todo.

O EOF é um forno de fusão e refino, tendo acoplado um pré-aquecedor de carga metálica sólida para a produção de aço líquido, operando com sopro com- binado de oxigénio, submerso na carga metálica líquida e na atmosfera acima do banho metálico líquido, atuando sobre uma carga inicial composta de ferro gusa líquido, carga metálica sólida pré-aquecida e fluxantes para a formação de escória.

Em uma unidade EOF, seus componentes podem ser agrupados, conforme o tipo de operação necessária ao objetivo final, elaboração do aço líquido, nos seguintes equipamentos e sistemas: equipamentos de elaboração de aço líquido, que compreende carro suporte de forno (2 unidades), forno, selagem entre o forno e o pré-aquecedor, pré-aquecedor de carga sólida; carregamento de carga metálica sólida; carregamento de carga líquida; carregamento de adições no forno, contendo bateria de silos; carregamento de adições na panela de aço vazado, contendo bateria de silos; equipamentos vinculados ao processamento dos gases emanados compostos de injetores de ar do pós-combustão, duto desviador (by- pass) de gases; sistema de limpeza dos gases composto de duto de saída de gases, câmara vertical de encharcamento, chaminé de emergência, venturi lavador, ciclone coletor de gotas, sopradores de exaustão, sistema de medição de vazão dos gases ejetados pela chaminé, circuito de água para arrefecimento de temperatura e lavagem dos gases; sistema de água de refrigeração; central hidráulica para o sistema de basculamento do forno; central hidráulica geral; sala de comando; painel de válvulas; espaço para coleta de escoria; equipamento de amos tragem e análise para o aço e escória; equipamento de medição de carbono e temperatura do aço líquido.

Na produção de aço, nesta unidade, o sopro submerso de oxigénio reage com o carbono contido no ferro gusa líquido, gerando bolhas de CO (monóxido de carbono) que ascendem através do banho líquido, promovendo uma forte agitação do mesmo, até atingir a superfície do banho, numa região chamada de "atmosfera" do forno, onde o CO (monóxido de carbono) é queimado para CO ₂ (dióxido de carbono) pela ação de O ₂ (oxigénio) soprado através de injetores e lanças supersônicas atuando acima do banho metálico.

O sopro de O ₂ (oxigénio) tem por função reduzir o teor do C (carbono) contido na carga líquida de ferro gusa, entre 3,5 a 4,5 %, para valores próximos a 0,2 - 0,1% de C (carbono), relação percentual que caracteriza o aço. Desde o início do processo de fusão são adicionados escorificantes, materiais responsáveis por, através de reações químicas, aglutinarem as impurezas contidas na car- ga metálica na forma de escória que, por sua menor densidade, flutua na superfície do banho metálico. No decorrer do processo a temperatura do banho metálico aumenta devido às reações exotérmicas entre o O ₂ (oxigénio) soprado e o C (carbono) contido na carga. A escória, gerada pelas reações dos escorificantes com as impurezas contidas na carga metálica, é retirada e nova escória é forma- da com nova adição de escorificantes. Ligas metálicas são adicionadas ao banho líquido para atender às especificações do tipo de aço a ser produzido.

Medições periódicas de temperatura e percentual de C (carbono) no banho líquido permitem definir o momento em que a análise desejada é atingida, quando o metal líquido deve ser retirado do forno numa operação denominada "va- zamento". Para esta operação uma panela é transportada num carro para junto do forno, posicionada imediatamente abaixo do canal de vazamento do forno. O sopro de O ₂ (oxigénio) é suspenso, o canal de vazamento é aberto e o metal líquido é despejado na panela. Nesse momento, se requeridas pelo tipo de aço a ser produzido, novas adições são feitas no metal líquido, desta vez jogadas dire- tamente na panela, ainda no início de seu enchimento.

0 forno é basculado na direção da panela para facilitar a saída do metal líquido; quando a quantidade programada de metal tiver sido descarregada, o for- no é rapidamente basculado em sentido contrário ao vazamento, retendo a escória remanescente e evitando que a mesma se misture ao aço líquido na panela. O intervalo de tempo decorrido entre dois vazamentos consecutivos do metal na panela é denominado "tempo da corrida" e, no caso do EOF, ocorre numa média variando entre 20 a 45 corridas por dia (72 a 32 minutos por corrida).

No estado atual típico da técnica de operação de uma unidade EOF, tanto em termos operacionais quanto ao arranjo físico dos equipamentos principais, ainda se observam problemas, verificados durante vários anos de operação, tais como:

1 - No carro suporte do forno, o basculamento do forno é efetuado por dois cilindros hidráulicos, montados nos lados externos das "cadeiras" de basculamento assentadas nos colares de roletes. Neste sistema verificou-se que a necessária sincronia de movimento dos cilindros não é completa, çriando-se um descompasso na ação, que implica num acionamento antecipado de um dos lados em relação ao outro, com esforços oblíquos danosos ao equipamento e sobrecar- ga na pressão necessária para o movimento solicitado.

II - A velocidade do basculamento em direção à porta de serviço é lenta, não possibilitando um retorno rápido do forno na fase final do vazamento do aço líquido, permitindo, com isso, que parte da escória vaze para a panela, contaminando o aço. III - A movimentação do carro suporte do forno na área de operação é prejudicada devido ao arranjo estrutural da nave do EOF. A altura das vigas transversais ao deslocamento do carro suporte do forno só permite a transferência da soleira do forno até a posição de manutenção e reparo. IV - No forno em si, o carregamento ou a descarga da carga sólida no pré- aquecedor é realizado através de um sistema onde o cestão especial que transporta a carga assenta em suportes fixos. O dispositivo de abertura do fundo do cestão consiste em suportes laterais deslizantes, montados em guias verticais e conectados às tampas do fundo por hastes; esses suportes se apoiam em duas vigas horizontais com seus extremos encaixados em colunas com rasgo central e suportados na posição de receber o cestão por cilindros hidráulicos, com a haste totalmente estendida. Para promover a abertura das tampas do fundo, os cilindros são acionados, recolhendo a haste. Esta ação faz com que os suportes desli- zem para baixo, provocando a abertura do fundo e a queda da carga sólida.

Este sistema permite que o cestão, colocado na posição de descarga pela ponte rolante, permaneça nessa posição sem o auxílio da ponte, liberando-a para outros serviços. Porém a descida das vigas horizontais é irregular devido à falta de uma sincronia com a precisão necessária para o acionamento dos 4 (quatro) cilindros hidráulicos responsáveis por essa ação.

V - No carregamento de gusa líquido no forno e manutenção da bica de gusa, devido ao arranjo estrutural do prédio da unidade EOF, a ponte rolante auxiliar, com a função de vazar o gusa líquido para o interior do forno, não tem condições de aproximar suficientemente a panela contendo o gusa líquido da bica de descarga no forno, numa boa aproximação ao forno. Nessas condições, a bica é longa, projetando-se além do vão da nave do forno, para possibilitar a descarga do gusa líquido na nave da ponte rolante auxiliar.

O gusa líquido vazado no forno forma incrustações no material refratário da bica, causadas pelo resfriamento do metal em função do longo percurso. O progressivo acúmulo de incrustações no material refratário da bica obriga a frequentes paradas na operação para remoção das incrustações ou mesmo da substituição da bica por uma nova. Tanto uma quanto outra operação implicam em tempos significativos de interrupção na produção do aço, porque a projeção da longa bica de gusa aumenta o afastamento no centro de gravidade do forno em relação ao seu centro de giro, exigindo maior esforço nos cilindros de aciona- mento do basculamento do forno.

VI - No carregamento de adições no forno e na panela de aço, os materiais carregados no forno durante a corrida têm como finalidade: geração de escória; conter um aumento excessivamente rápido da temperatura do banho líquido ou promover um aumento na temperatura do banho, conforme o caso; adicionar certas ligas necessárias ao produto final que se agregam ainda durante o processo de elaboração do aço no interior do forno; adicionar outras fontes disponíveis de ferro metálico (ferro-esponja, por exemplo). Os materiais carregados na panela durante o vazamento do aço têm como finalidade: acrescentar elementos de liga ao aço produzido no forno, de acordo com a composição final programada; adicionar materiais desoxidantes para reduzir o teor de 02 contido no metal vazado; promover uma recuperação da temperatura perdida pela adição de ligas. Trata-se de 2 (dois) sistemas separados que armazenam, dosam e transportam os materiais específicos para adições no forno e adições na panela. Com isso, a e- xistência de 2 (dois) sistemas com funções praticamente iguais, exige uma duplicidade de equipamentos e controles, além de ocupar um espaço maior na instalação. VII - Nos equipamentos vinculados ao processamento dos gases emanados do forno, os problemas observados são:

a) No desviador de gases (By-pass), onde os segmentos horizontais - saída inferior do Pré-aquecedor e entrada no topo - formam depósitos de material par- ticulado carreado pelos gases, exigindo periódica e difícil limpeza dos mesmos através das janelas de inspeção; o acionamento da válvula de controle da vazão, através de cilindro pneumático, não permite uma regulagem precisa. b) Na exaustão dos gases para o sistema de limpeza, o duto de saída dos gases, que tem uma peça de transição retângulo/círculo, com a parte superior refri gerada a água, laterais e o fundo revestidos com concreto refratário, eventuais excessos na temperatura dos gases danificam o refratário, causando pontos quentes e mesmo perfurações nas chapas externas da peça. O fundo da peça, que tem um segmento horizontal onde o material particulado fica depositado, reque- rendo periódica remoção; o segmento circular inclinado entre a peça de transição e a entrada da câmara de encharcamento, revestidos de material refratário, também apresentam, como na peça de transição, pontos desgastados, exigindo reparos no material refratário.

VII - No sistema de água de refrigeração, a água é distribuída através de circuitos que agrupam conjuntos de elementos refrigerados, tais como: circuito de alimentação dos elementos refrigerados do forno; circuito de alimentação dos elementos refrigerados da selagem e parte inferior do pré-aquecedor; circuito de alimentação dos elementos refrigerados da parte superior do pré-aquecedor e tampa deslizante do topo; circuito de alimentação dos elementos refrigerados do sistema de exaustão dos gases. As vazões de água de refrigeração para cada e- lemento, definidas em projeto, são afetadas pelas diferentes perdas de carga (diferença entre a pressão de entrada e a de saída - Δρ). Ura elemento com menor perda de carga terá maior vazão de água que um outro com maior Δρ; tal desequilíbrio faz com que os elementos refrigerados com maior Δρ recebam menos água do que o projetado, tornado-se mais vulneráveis aos efeitos da carga térmica a que são submetidos. Cada um dos circuitos tem o mesmo problema, resultando em caminhos preferenciais da água; os desequilíbrios acima descritos afe- tam todo o sistema, com reais prejuízos para os elementos refrigerados com maior perda de carga.

A presente patente de modelo de utilidade, no sentido de sanar estes problemas, na forma de disposições introduzidas nestes sistemas, apresenta inovações que superam estes problemas, otimizando toda operação de aço líquido na unidade de EOF, permitindo maior desempenho com menores custos de manutenção.

Maiores detalhes das disposições introduzidas em componentes da unidade de produção de aço líquido podem ser conhecidas na descrição detalhada que se segue, reportando-se às figuras anexas que acompanham o presente relatório descritivo, sem, contudo, fazer qualquer restrição quanto as suas proporções, dimensões e eventuais aplicações.

A figura 1 é um corte transversal mostrando o carro suporte com o forno completo (soleira, carcaça e abóbada) e vigas transversais na altura que permite a passagem do conjunto.

A figura 2 é um corte mostrando a área do forno com o novo arranjo e uma única ponte carregando o gusa e bica de gusa mais curta.

A figura 3 é uma vista em planta mostrando o arranjo do sistema único de carregamento do forno e da panela, com o pivotamento da correia de carrega- mento para uma ou outra posição.

A figura 4 é uma vista em corte mostrando o forno, pré-aquecedor e "by- pass".

A figura 5 é uma vista em corte do sistema de exaustão: conjunto mostrando forno, pré-aquecedor, duto de saída e câmara de encharcamento modificados.

De acordo com estas figuras e suas referências numéricas, a presente patente de modelo de utilidade refere-se a um conjunto de disposições introduzidas em componentes da unidade de produção de aço líquido, conhecida como EOF (Energy Optimizing Furnace), consistindo estas disposições, com relação aos itens abordados no estado da técnica, nas seguintes inovações:

No item I, o sistema até então adotado, através de motores hidráulicos acoplados a um eixo comum, foi substituído pelo de sincronismo eletrônico.

No item II, o sistema hidráulico foi redimensionado, de forma a se atingir uma velocidade de aproximadamente 4°/s (quatro graus por segundo) no retor- no. Devido à posição do canal e ao retorno rápido do forno no sentido oposto, consegue-se um vazamento de aço líquido completamente livre de escória, fato nem sempre obtido em outros tipos de vazamento, como no EBT ("Eccentric bottom tapping").

No item III, um novo arranjo estrutural da nave do forno (1) elevou as vigas transversais (2), possibilitando o deslocamento do carro suporte (3) com forno completo: soleira, carcaça e abóbada. Tal possibilidade facilita a manutenção de quaisquer componentes do forno; além disso, confere elasticidade quanto a eventuais modificações no forno, como por exemplo, a instalação do vazamento excêntrico do aço líquido tipo (tipo EBT). (Ver figura 1)

No item IV, como no item I, foi adotado o sistema de sincronismo eletrôni- co, obtendo-se a uniformidade de atuação dos cilindros hidráulicos.

No item V, a nave do forno (1) teve sua largura aumentada (11), de tal forma que a ponte rolante (4) dessa nave fosse capaz de receber a panela (5) de gusa líquido e carregar o gusa líquido no forno através de uma bica de vazamento (6) extremamente curta. Resultados: a ponte auxiliar foi eliminada; a redução no comprimento da bica de descarga no forno eliminou a necessidade de ela ser bipartida, possibilitando o deslocamento completo da soleira, incluindo a bica de gusa, até a área de reparo, durante a manutenção periódica do forno; as incrusta- ções na bica de gusa foram minimizadas, reduzindo reparos durante a operação; os esforços nos cilindros de basculamento foram reduzidos, favorecendo sua a- tuação. (Ver figura 2)

No item VI, criou-se um sistema único para estocagem, dosagem e transporte das adições (7) até as imediações do forno e foi incluído um sistema de descarga giratório (8) capaz de, optativamente, carregar materiais no forno ou na panela (5). Estas soluções simplificaram e "compactaram" o sistema, reduzindo o espaço ocupado, o investimento nos equipamentos e facilitando a manutenção. (Ver figura 3) No item VII, o desviador foi totalmente re-projetado: a saída inferior (9) passou a ter um ângulo ascendente de 45°; a entrada superior no topo (10) do pré-aquecedor é formada por uma curva terminando num ângulo descendente também de 45°. Tal arranjo evita quaisquer depósitos de particulados; o aciona- mento da válvula de regulagem (11) passou a ter comando hidráulico, conferindo à regulagem a precisão desejada; todos os segmentos do desviador passaram a ter paredes tubulares refrigeradas a água. (Ver figura 4)

A peça de transição (12) foi totalmente re-projetada, com uma curva ascendente/descendente na entrada da peça. A nova geometria da peça eliminou pon- tos de deposição de material particulado. A seção da peça passou a ser retangu- lar em toda a sua extensão e sua construção em tubos refrigerados a água, eliminando a possibilidade de "pontos quentes" e as consequentes paradas para manutenção. O segmento inclinado (13) também foi re-projetado, com a mesma seção retangular da peça de saída dos gases e o revestimento refratário foi elimi- nado, adotando-se a construção tubular refrigerada a água. (Ver figura 5)

No item VIII, procedeu-se ao "equilíbrio" das perdas de cargas dos diversos circuitos, como segue: cada elemento refrigerado, seja do tipo que for, é testado ainda na fábrica aplicando-se a vazão indicada para o mesmo e medindo-se a perda de carga. Essa informação permite uma primeira avaliação para projetar um sistema preventivo para correção dos desequilíbrios de pressão em cada circuito; após a montagem de todos os elementos refrigerados na unidade, cada circuito é submetido à vazão total a ele destinada; a perda de carga de cada elemento do circuito é medida, determinando-se o maior Δρ do circuito; placas de orifício são calculadas para os elementos com menor Δρ, fazendo com que todos cheguem à mesma perda de carga máxima. Dessa forma o circuito fica "equilibrado", assegurando-se a vazão projetada para cada elemento, independentemente de sua área exposta ou de sua característica construtiva; determinadas as perdas de carga em cada circuito, a alimentação de cada um também é "equilibrada" através de placas de orifício, dimensionadas em função do maior Δρ exis tente. Com todo o sistema "equilibrado" em relação às perdas de carga, fica assegurada a projetada vazão de água de refrigeração para cada circuito e para cada um de seus componentes, assegurando o correto desempenho do sistema como um todo.