PT1691945E

PT1691945E - Calha aquecida para metal em fusão

Info

Publication number: PT1691945E
Application number: PT04802262T
Authority: PT
Inventors: John S Tingey; David A Salee; Wade Lee Bowles
Original assignee: Novelis Inc
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2008-04-03
Also published as: CN1894061B; DE602004011816T2; CN1894061A; WO2005056219A1; EP1691945B1; US6973955B2; BRPI0417475A; NO20063130L; BRPI0417475B1; ES2298844T3; RU2358831C2; EP1691945A4; DE602004011816D1; JP2007513770A; ATE385868T1; KR20060127034A; US20050126738A1; KR101130362B1; EP1691945A1; CA2546085A1

Description

DESCRIÇÃO

CALHA AQUECIDA PARA METAL EM FUSÃO

Campo técnico A invenção refere-se de uma maneira geral a um aparelho para transporte de metal em fusão, mais especificamente, alumínio em fusão, em processos de fundição de alumínio.

Antecedentes da invenção

No processamento de metal em fusão, são de um modo geral utilizadas calhas para transportar o metal em fusão do forno de fundição para os vários dispositivos de processamento, por . exemplo, moldes de fundição, analisadores, etc. Quando o fluxo de metal é grande, existe um calor considerável suficiente no metal em fusão para compensar as perdas de calor através da calha. Contudo, em situações de fluxo baixo de metal, ou percursos longos na calha, torna-se necessária qualquer forma de aquecimento da calha para evitar perdas excessivas de calor. A Patente US 3 4:94 410 (Birchill e outros) divulga uma calha aquecida genericamente com possibilidade de aquecimento de ambos os lados, mas sem qualquer pormenor que permita conseguir um controlo térmico eficiente. A Patente US 4 345 743 (Sivilotti) recomenda uma conduta adiabática tubular de descarga que inclui um revestimento refractário para conter o metal em fusão e envolvido por elementos de aquecimento. 1 A Patente US N°6 444 165 (Eckert) , de 3 de Setembro de 2002, descreve uma calha aquecida com elementos de aquecimento embebidos nas paredes laterais ou no fundo, em contacto próximo com o material refractãrio da calha.

Estas duas referências utilizam ambas elementos de aquecimento que aquecem por condução. Estes aquecedores tendem a formar pontos quentes e aquecimento desigual devido à dificuldade de assegurar um bom contacto com os produtos refractários envolventes. Podem ser difíceis de manter em virtude de uma tendência para ficarem colados pela impregnação de metal ou pela expansão do elemento envolvente. Com aquecedores funcionando por contacto térmico, a diferença de temperatura entre o aquecedor e os materiais envolventes será pequena no caso de um bom contacto térmico, e portanto é necessária uma elevada temperatura do aquecedor para se obter uma boa densidade de energia e uma boa transferência de energia. A Patente US 4 531 717 (Hebrant) divulga uma calha revestida aquecida com aquecedores montados no topo do revestimento. Estes aquecedores funcionam principalmente por radiação em vez de condução e o fluxo de calor depende de uma quarta potência de temperatura do aquecedor e da superfície que recebe a radiação. Aquecedores por radiação são capazes de elevadas densidades de energia. Contudo, os aquecedores que irradiam a superfície de um metal em fusão são globalmente eficientes devido à capacidade baixa de emissão da superfície. Há uma tendência comum para formar impurezas, ou inclusões, no metal em fusão quando desce na calha, a qual se torna mais séria em calhas aquecidas a partir de cima (aquecidas no topo). Estas inclusões crescem na presença do oxigénio do ar na superfície da calha e nos produtos 2 refractãrios de que são feitas usualmente as calhas. Temperaturas elevadas existentes nas superfícies de metais em fusão e fluxos de metal baixos aumentam dramaticamente estes efeitos.

Torna-se portanto desejável encontrar um aquecedor para calhas que forneça calor regular e controlável para fazer deslocar o metal em fusão, enquanto reduz a formação de inclusões.

Divulgação da invenção A presente invenção proporciona assim, numa forma de realização, uma calha para transporte de metal em fusão, que compreende um revestimento exterior definido por uma parede de fundo e duas paredes laterais, uma camada isoladora preenchendo o revestimento exterior e uma calha condutora refractária em forma de U para transporte de metal fundido, estando o corpo da calha embebido na camada isoladora. Pelo menos, um elemento de aquecimento é posicionado na camada isoladora adjacente mas afastada do corpo da calha, para proporcionar uma camada de ar entre o elemento de aquecimento e o corpo da calha.

Numa outra forma de realização da invenção, é proporcionado um processo para aquecimento de alumínio em fusão numa calha para transporte do metal no qual a calha compreende um revestimento exterior definido por uma parede de fundo e duas paredes laterais, uma camada isoladora que enche o revestimento exterior e uma calha condutora refractária em forma de D para transporte do metal fundido, ficando o corpo da calha embebido na camada isoladora e em que o calor é proporcionado por um ou mais aquecedores por radiação embebidos no forro da calha adjacente à calha condutora refractária em forma de U mas afastada do corpo 3 da calha, para proporcionar uma camada de ar entre o elemento de aquecimento e o corpo da calha.

Breve descrição dos desenhos A presente invenção será descrita em conjunto com as figuras seguintes: A Fig.l é uma vista em perspectiva da calha aquecida da presente invenção; A Fig.2 é uma vista em corte transversal feito pelo meio da calha aquecida da Fig.l; A Fig.3 é uma vista em corte transversal como a da

Fig.2 mostrando outra forma de realização da calha aquecida da presente invenção; A Fig.4 é uma vista em corte transversal como a da

Fig. 2 mostrando uma outra forma de realização da calha aquecida da presente invenção.

Melhores formas de realização da invenção

As Figs.l e 2 mostram uma vista em perspectiva e em corte transversal de uma calha aquecida de acordo com a presente invenção. Com referência a estas figuras, a calha 10 compreende um revestimento 12 exterior, que pode ser de aço ou de outros materiais apropriados bem conhecidos na técnica, e placas 13 de topo capazes de ligar secções da calha umas às outras ou ligar a outras partes do sistema de manuseamento do metal. No interior do revestimento 12 exterior, há uma camada 14 isoladora e no interior da camada 14 isoladora, fica um corpo 16 de calha em forma de U para transporte do metal 18 em fusão. O corpo 16 da calha 4 tem de uma maneira geral uma elevada condutividade e resistência à corrosão do metal em fusão e pode ser feita de um produto refractário denso, por exemplo, carboneto de silício ou grafite. A camada isoladora pode ser constituída por um único tipo de isolador ou pode ser graduada da superfície interior para a exterior com diferentes tipos de subcamadas. 0 isolamento é normalmente um produto refractário de silicato de alumínio fibroso ou um produto refractário isolador que pode jorrar. O corpo da calha é apoiado na camada 14 isoladora envolvente em paredões de material refractário, e.g., prancha refractária de silicato de cálcio (wollastonite).

Um elemento 20 de aquecimento é colocado na camada 14 de isolamento e entre os paredões 19 adjacentes mas separados do corpo 16 da calha para proporcionar uma camada 2 8 de ar, A camada 28 de ar permite a transferência do calor irradiado entre o elemento 20 de aquecimento e o corpo 16 da calha. Como o corpo da calha é altamente condutor, o equilíbrio de calor é tal que haverá uma diferença de temperatura significativa entre o aquecedor e a porção do corpo da calha em frente do aquecedor mas dele afastado. Isto permite um funcionamento eficiente dos aquecedores e um elevado fluxo de calor regular com temperaturas do aquecedor inferiores às utilizadas em situações de aquecimento por condução. A camada 28 de ar é suficiente para evitar, quer contacto térmico intermitente, quer acidental, entre o aquecedor e o corpo da calha e portanto eliminar a transferência de calor localizada por condução e calor irregular e pontos quentes. A dimensão máxima da camada 28 de ar não ê crítica, e, numa forma de realização, uma camada de ar afunilada pode ser utilizada com uma largura maior da camada para permitir uma maior área da superfície do aquecedor comparada com a área da 5 calha frontal, tendo como resultado uma transferência de calor mais eficaz. Para evitar perdas de calor por condução nos paredões 19, a camada de ar é também continuada entre os lados dos aquecedores e dos paredões. Ainda que referido como um aquecedor único, entende-se que o termo "elemento de aquecimento", como aqui ê usado, inclui também mais do que um elemento. Os elementos de aquecimento são normalmente aquecedores por radiação, tais como os fornecidos, por exemplo, por Watlow.

Uma outra prancha 21 de fecho de material refractário, por exemplo, Wollastonite, é montado na parte inferior do aquecedor 20, Esta prancha pode ser removida para permitir que os aquecedores sejam facilmente retirados para manutenção ou substituição sem desmontar a calha. 0 material do corpo da calha deve ter uma elevada capacidade de absorção da radiação ou ser revestido por um revestimento condutor de elevada capacidade de absorção para maximizar a transferência de calor de radiação. 0 carboneto de silício e: a grafite como materiais da calha têm uma capacidade de absorção aceitável para estas aplicações. A camada 2 8 de ar entre, pelo menos, um dos elementos de aquecimento e o corpo da calha ê, de um modo preferido, de, pelo menos, 0,5 cm para evitar contactos térmicos acidentais durante a utilização. Por razões práticas de espaço, ê de uma maneira geral utilizada uma camada de ar com o máximo' de 1 cm. A Fig.2 mostra também' uma outra forma de realização preferida, em que um revestimento 26 isolador, por exemplo, qualquer tipo de revestimento conhecido na técnica, pode ser colocado sobre a calha 10 para reduzir a perda de calor do metal em fusão. Em algumas formas de realização, é 6 considerada a possibilidade da injecção de um gás inerte sob a camada isoladora, e nestes casos, o revestimento é dotado de meios de vedação apropriados.

Na forma de realização preferida, mostrada na Fig.3, a calha pode compreender também uma barreira de intrusão metálica ou não metálica, compreendendo, por exemplo, um separador 30 metálico ou de grafite ou uma folha porosa ajustada à superfície exterior do corpo 16 da calha, adjacente ao elemento 20 de aquecimento, para servir como barreira metálica. O separador pode ser de liga metálica, por exemplo, uma liga Fe-Ni-Cr. A barreira metálica de intrusão deve ter uma estabilidade térmica e não humedecer o alumínio e ser eficiente na passagem do calor irradiado sem perda de efeito. Uma rede de 0,5 mm por 0,5 mm ê normalmente eficaz para este fim.

Uma barreira metálica de intrusão, quando fabricada de metal ou não metal electricamente condutor, pode ser utilizada para detecção de fugas de metal proporcionando meios para detectar uma alteração na condutividade entre a barreira e o metal na calha. Este detector pode ser constituído por uma sonda 32 que é mergulhada no metal na calha e por uma ligação 34 eléctrica à barreira metálica de intrusão com um detector 36 de condutividade entre ambos. Normalmente, será detectada uma condutividade muito baixa, mas se houver infiltração de metal, a condutividade subirá e o detector 36 de condutividade assinalará um defeito para que possa ter lugar uma acção correctiva.

Uma outra forma de realização da presente invenção é mostrada na Fig.4. Nesta forma de realização, os paredões 19 de Wollastonite são inclinados para o exterior 40 de tal maneira que o intervalo 28 de radiação é inclinado para o exterior, permitindo uma maior densidade de energia no 7 aquecedor 20, como acima mencionado. A Fig.4 mostra também uma outra forma de realização, em que aquecedores 42 semelhantes ao aquecedor 20 de fundo são montados entre os suportes 44 de Wollastonite ao longo dos lados da calha 16. Um intervalo 46 para irradiação é considerado para cada um destes aquecedores, e, no desenho ilustrado, este intervalo para radiação é também na realidade inclinado. Deve entender-se que estes aquecedores laterais podem ser utilizados em conjunto com um aquecedor do fundo, como se mostra, ou por si só. Placas de acesso (não representadas) semelhantes â prancha 21 de fecho do fundo podem também ser utilizadas em algumas formas de realização na parte lateral da calha para permitir acesso fácil aos aquecedores laterais.

Um sistema de controlo da temperatura apropriado, bem conhecido na técnica, pode ser utilizado em conjunto com a calha 10 da presente invenção. 0 sistema pode compreender pares termoeléctricos colocados em um ou mais dos elementos 20 de aquecimento e em secções do corpo 16 da calha perto da superfície de topo do metal 18 em fusão. Um programa de controlo de aquecimento da calha utiliza a saída de ambos os tipos de pares termoeléctricos para manter com precisão as temperaturas do metal em fusão ao mesmo tempo que prolonga a vida do elemento 20- de aquecimento limitando a produção de calor do elemento 20. Podem ser utilizadas uma ou mais tensões para aquecer e manter a temperatura de superfície do metal em fusão no corpo da calha. Por exemplo, as tensões podem ser de 220 e 110 volts. A lógica em que se baseia o programa de controlo do aquecedor utiliza o controlo por lacete P.I.D. fechado para manter uma forte tolerância da temperatura do metal em fusão exactamente antes da sua introdução no molde de [ fundição. Um exemplo de um sistema apropriado de controlo 8 de temperatura pode ser encontrado na patente US 6.555.165 (Eckert).

Lisboa, 25 de Março dé 2008 9

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Calha para transporte de metal em fusão caracterizada por compreender: a. um revestimento exterior definido por uma parede de fundo e duas paredes laterais; b. uma camada isoladora que enche o revestimento exterior; c. um corpo de calha condutor refractário para transporte de metal fundido, embebido na camada isoladora; e d. um elemento de aquecimento colocado na camada isoladora, adjacente mas separado do corpo da calha, para proporcionar uma camada de ar entre o elemento de aquecimento e o corpo da calha.
2. Calha de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a camada de ar entre o elemento de aquecimento e o corpo da calha ter, pelo menos, 0,5 cm.
3. Calha de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a camada de ar entre o elemento de aquecimento e o corpo da calha ser inferior a 1,0 cm.
4. Calha de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o elemento de aquecimento estar posicionado adjacente à extremidade de fundo da calha. 1
5. Calha de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por os elementos de aquecimento estarem posicionados adjacentes âs paredes laterais da calha.
6. Calha de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o corpo da calha ser de carboneto de silício ou de grafite.
7. Calha de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender também uma barreira metálica de intrusão ajustada a uma superfície exterior do corpo da calha, adjacente ao elemento de aquecimento.
8. Calha de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por a barreira metálica de intrusão ser de uma liga metálica ou não metálica.
9. Calha de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por a liga de metal ser uma liga de Fe-Ni-Cr.
10. Calha de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por a barreira de intrusão não metálica ser de grafite.
11. Calha de acordo com a reivindicação 1, caracterizáda por compreender também pares termoeléctricos colocados no elemento de aquecimento e no corpo da calha adjacente ao metal em fusão e um programa de controlo de lacete P.I.D. fechado para controlo da saída de calor do elemento de aquecimento.
12. Calha de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por compreender também um detector 2 de condutividade ligado por intermédio de uma ligação à barreira metálica de intrusão e por uma segunda ligação preparada para inserção no metal fundido no interior da calha, tendo o detector de condutividade meios para assinalar quando a condutividade medida aumenta em resultado da intrusão de metal no revestimento da calha.
13. Processo para aquecimento de metal em fusão que é transportado numa calha, caracterizado por compreender uma calha com revestimento exterior definido por uma parede de fundo e por um par de paredes laterais, uma camada isoladora que preenche o revestimento exterior, um corpo de calha condutor refractãrio para o transporte de metal em fusão embebido na camada isoladora e um elemento de aquecimento posicionado na camada isoladora, adjacente mas afastado do corpo da calha, para proporcionar uma camada de ar entre o elemento de aquecimento e a calha e por o processo compreender o aquecimento directo pelo aquecedor do corpo da calha pela transferência de calor irradiado através da camada de ar e desta maneira proporcionar um aquecimento uniforme do corpo da calha e do metal em fusão transportado no seu interior.
14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a distância através da camada de ar ser de 0,5 a 1 cm.
15. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o elemento de aquecimento estar colocado adjacente à extremidade de fundo da calha. 3
16. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por os elementos de aquecimento estarem colocados adjacentes às paredes laterais da calha.
17. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a temperatura do elemento de aquecimento e do corpo da calha adjacente ao metal em fusão ser medida e utilizada para controlar a saída de calor do elemento de aquecimento.
18. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a barreira metálica de intrusão estar prevista numa superfície exterior do corpo da calha adjacente ao elemento de aquecimento e por a condutividade ser medida entre a barreira de intrusão e o metal fundido no interior da calha, indicando um aumento da condutividade a infiltração de metal no revestimento da calha. Lisboa, 25 de Março de 2008 4