BR112017019171B1

BR112017019171B1 - Revestimento de vaso metalúrgico com estrutura de perfuração configurada

Info

Publication number: BR112017019171B1
Application number: BR112017019171-7A
Authority: BR
Inventors: Roger Maddalena; Jose Simoes; Babu Patel; Sunilkumar C. Pillai; Dominique Janssen (Falecido)
Original assignee: Vesuvius Usa Corporation
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2022-01-04
Also published as: BR112017019171A2; UA119904C2; MY186294A; EP3274111A1; KR102412440B1; CA2977653A1; TWI669171B; AU2016235941B2; CA2977653C; EP3274111A4; SI3274111T1; EA032292B1; WO2016153693A1; US20180078999A1; KR20170140211A; MX2017012126A; CN107427904A; JP2018517562A; US10507523B2; TW201641188A

Abstract

Um revestimento para um vaso metalúrgico é configurado para ter uma porosidade construída. O revestimento contém uma pluralidade de regiões, cada estendendo em um plano primário do revestimento, cada região tendo um valor diferente de área de poro ou perfuração total como medido em um plano primário do revestimento. O revestimento pode ser usado para formar parte ou toda a superfície de trabalho dos pisos ou paredes do vaso. Em uso de fundição o revestimento produz uma camada de tamponamento de oxidação em uma interfase de corrida de metal se estendendo a partir da interface entre corrida de metal e as paredes e piso do vaso metalúrgico, de modo que quando em uso de fundição, a taxa de fluxo de metal na camada de tamponamento de oxidação é substancialmente zero, e a concentração de inclusões endógenas, em particular óxidos, na camada de tamponamento de oxidação é substancialmente mais alta que no volume da corrida de metal.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere, em geral, a linhas de formação de metal como linhas de fundição de metal contínuas. Em particular, refere-se a um revestimento para um vaso metalúrgico, como um reservatório distribuidor, capaz de reduzir substancialmente a formação de inclusões de óxido na corrida de metal.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Em processos de formação de metal, corrida de metal é transferida de um vaso metalúrgico para outro, para um molde ou para uma ferramenta. Por exemplo, um reservatório distribuidor de capacidade grande é regularmente alimentado com corrida de metal por uma panela transferindo corrida de metal a partir de um forno para o reservatório distribuidor. Isso permite a fundição contínua de metal a partir do reservatório distribuidor para uma ferramenta ou molde. O fluxo de corrida de metal para fora dos vasos metalúrgicos é acionado por gravidade através de sistemas de bocal localizados na parte inferior dos vasos, normalmente dotados de um sistema de porta para controlar (abrir ou fechar) o fluxo de corrida de metal através do sistema de bocal. Para resistir a altas temperaturas de corridas de metal, as paredes dos vasos são revestidas com material refratário.

[0003] Corridas de metal, em particular aço, são altamente reativos à oxidação e devem, portanto, ser protegidos de qualquer fonte de espécie oxidativa. Pequenas quantidades de alumínio são frequentemente adicionadas para passivar o fero no aso de espécies oxidativas entrarem em contato com a corrida. Na prática, parece que isso frequentemente não é suficiente para evitar a formação de inclusões de óxido na corrida que produzem defeitos em uma parte final produzida da corrida. É reportado que uma fundição de aço de 10 kg pode conter até um milhão de inclusões não metálicas, a maior parte delas sendo óxidos. Inclusões devem ser removidas da parte final por esmerilhamento ou corte; esses procedimentos aumentam o custo de produção e geram grandes quantidades de refugo.

[0004] Inclusões podem ser o resultado de reações coma corrida de metal; essas inclusões são conhecidas como inclusões endógenas. Inclusões exógenas são aquelas nas quais materiais não resultantes da corrida de metal, como areia, escória, e resíduos de bocais; inclusões exógenas são em geral mais grossas que inclusões endógenas.

[0005] Inclusões endógenas compreendem na maior parteóxido de ferro (FeO), alumínio (Al2O3) e de outros compostos presentes em, ou em contato com a corrida, como MnO, Cr2O3, SiO2, TiO2. Outras inclusões podem compreender sulfetos e, até um ponto menor, nitretos e fosforetos. Uma vez que corridas de metal estão em temperaturas muito altas (da ordem de 1600°C para aços com baixo teor de carbono) é evidente que a reatividade de um átomo de ferro com um óxido é muito alta e a reação não pode ser evitada.

[0006] Até a presente data, medidas para reduzir apresença de inclusões em uma fundição de aço é reter as mesmas no vaso metalúrgico no qual foram formadas. A presente invenção propõe uma solução radialmente diferente por reduzir substancialmente a formação de inclusões endógenas em um vaso metalúrgico com meio simples, confiável e econômico.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] A presente invenção é definida pelas reivindicações independentes em anexo. As reivindicações dependentes definem várias modalidades. Em particular, a presente invenção se refere a um revestimento para um vaso metalúrgico para fundir uma corrida de metal. Os exemplos de tais vasos metalúrgicos compreendem um piso, circundado por paredes sobre o perímetro inteiro do pico, e uma saída ou múltiplas saídas, localizadas no piso caracterizadas pelo fato de que pelo menos uma porção do piso e/ou das paredes compreendem meio para criar em uso de fundição uma camada de tamponamento de oxidação em uma interfase de corrida de metal estendendo a partir da interface entre corrida de metal e as paredes e piso do vaso metalúrgico, de modo que quando em uso de fundição, a taxa de fluxo de metal na camada de tamponamento de oxidação é substancialmente zero, e a concentração de inclusões endógenas, em particular óxidos, na camada de tamponamento de oxidação é substancialmente mais alta que no volume da corrida de metal.

[0008] Em uma modalidade específica, a estrutura para criar em uso de fundição uma camada de tamponamento de oxidação compreende uma camada de imobilização porosa revestindo o piso e pelo menos algumas das paredes do vaso, a camada de imobilização tendo uma porosidade aberta, com poros ou perfurações de diâmetro e energia superficial de modo que a permitir a penetração nos mesmos por uma corrida de metal, a camada de imobilização altamente porosa sendo feita de um material substancialmente não oxidativo com relação à corrida de metal. O metal pode permanecer na forma fundida na camada de imobilização, ou pode ser parcial ou totalmente convertido ao estado sólido na camada de imobilização. Uma perfuração é um canal ou passagem através de uma camada, permitindo que um fluido passe de um lado da camada para o outro. A corrida de metal penetrando na porosidade ou perfuração dessa camada de imobilização se torna prisioneira da estrutura porosa ou perfurada, que atua como uma gaiola; a taxa de fluxo se torna substancialmente zero. Como está em contato estreito com o material refratário revestindo as paredes e piso de um recipiente metalúrgico, o material refratário sendo identificado como uma fonte principal de reagentes para a formação de inclusões endógenas, seja por difusão do ar ambiente ou por reação de alguns dos componentes do mesmo, a camada de metal retida na camada de imobilização compreende uma concentração de inclusões endógenas muito mais alta do que o volume da corrida de metal.

[0009] A camada de imobilização perfurada ou altamente porosa ou estrutura de favo de metal pode ser feita de materiais como magnésia, alumina, zircônia, mulita e combinações desses materiais.

[00010] Em outra modalidade específica da invenção, a estrutura porosa ou perfurada é configurada para ter uma pluralidade de regiões planas, ortogonais a uma direção de porosidade direta, tendo valores numéricos diferentes de área de poro ou perfuração. Em um exemplo dessa modalidade da invenção, a estrutura perfurada ou porosa contém poros ou perfurações individuais tendo uma área em seção transversal de poro ou perfuração maior adjacente a uma face da estrutura de poro ou perfuração e uma área em seção transversal de poro ou perfuração menor adjacente a outra face da estrutura de poro ou perfuração.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[00011] Várias modalidades da presente invenção são ilustradas nas figuras em anexo:a figura 1 mostra esquematicamente os vários componentes de uma linha de fundição de metal contínua típica;a figura 2 mostra esquematicamente as definições de termos usados na descrição da geometria de um vaso metalúrgico de acordo com a presente invenção;a figura 3 é um desenho em perspectiva de um vaso metalúrgico contendo uma estrutura de revestimento de acordo com a presente invenção;a figura 4 mostra uma representação esquemática da taxa de fluxo de metal, Q e concentração de óxido de metal como uma função de distância a partir de uma parede ou piso de um vaso metalúrgico de acordo com a persente invenção;a figura 5 mostra esquematicamente as definições de termos usados na descrição da geometria de um vaso metalúrgico de acordo com a presente invenção; ea figura 6 é um desenho em perspectiva de uma porção de uma estrutural sacrificial para uso na fundição da estrutura perfurada de um revestimento da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[00012] Como pode ser visto na ilustração de um aparelho de fundição (10) na figura 1, um reservatório distribuidor é em geral dotado de uma ou várias saídas localizadas em geral em uma ou ambas as extremidades do vaso, e distantes do ponto onde a corrida de metal (12) é alimentada a partir de uma panela (14). A corrida de metal sai da panela (14) através de uma válvula de panela (16) e sistema de bocal de panela (18) para dentro do reservatório distribuidor (20) e sai do reservatório distribuidor 20 através da válvula de reservatório distribuidor (24) e sistema de bocal de reservatório distribuidor (26) para dentro do molde (28). Um reservatório distribuidor atua semelhante a uma banheira com a torneira aberta e saída aberta, criando fluxos de corrida de metal no reservatório distribuidor. Esses fluxos contribuem para uma homogeneização da corrida de metal e também para a distribuição no volume de quaisquer inclusões. Em relação a inclusões endógenas, era suspeito que a taxa de reação (na maior parte oxidação) seja fortemente controlada pela difusão de moléculas reativas. Essa assunção foi confirmada por um experimento, em que uma corrida de aço com baixo teor de carbono foi retida em um cadinho colocado em uma câmara de condicionamento sem oxigênio. Um tubo foi introduzido na corrida de metal e oxigênio foi injetado em velocidade baixa. Após um tempo, a corrida de metal foi deixada solidificar e a composição do lingote desse modo obtido foi analisada. Como esperado, aregião oxidada foi limitada a uma pequena região em torno dasaída do tubo de oxigênio, desse modo confirmando a assunção de que a reação de oxidação é fortemente controlada por difusão. Conclui-se que se fluxo de metal pode ser parado, oxidação pararia também. Evidentemente, isso não é possível em uma operação de fundição contínua que, como seu nome indica, é caracterizada por um fluxo contínuo de corrida de metal.

[00013] A segunda assunção que levou à presente invenção foi que reagentes de oxidação se originam nas paredes e piso do vaso metalúrgico. Em particular, acredita- se que reagentes de oxidação vêm de duas fontes principais:(a) Óxidos reativos do revestimento refrativo, em particular silicatos como olivina ((Mg, Fe)2SiO4); e(b) Ar e umidade difundido de ambiente através do revestimento refratário do vaso metalúrgico e emergindo na superfície do piso e paredes do vaso (por exemplo, um reservatório distribuidor).

[00014] Essa segunda assunção foi validada por testes de laboratório.

[00015] A solução, portanto, prosseguiu a partir dessas duas assunções de início:(a) Taxa de reação de oxidação de metal é controlada por difusão, e(b) Reagentes de oxidação de metal são alimentados paraa corrida a partir das paredes e piso de um vaso metalúrgico.

[00016] Os inventores propuseram a seguinte solução para evitar a formação de inclusões endógenas no volume da corrida de metal. Se fosse possível imobilizar os átomos que formam a corrida de metal próxima à fonte de espécies oxidativas, isto é, as paredes e piso de um vaso metalúrgico, uma “camada de passivação” ou uma “camada de tamponamento” se formaria que seria deixada oxidar, porém, uma vez que a difusão é muito lenta e ausente de qualquer fluxo significativo, a reação de oxidação não se espalharia para o volume da corrida de metal. Esse princípio é ilustrado esquematicamente na figura 4, em que a taxa de fluxo, Q, de corrida de metal é substancialmente zero ao longo de uma distância, δ, a partir da parede ou piso revestido com um material refratário. Na camada, a concentração de óxidos é substancialmente mais alta que no volume da corrida de metal. O motivo é que a fonte de espécies de oxidação são as paredes e piso do vaso metalúrgico. Uma vez que a taxa de fluxo na camada de tamponamento de oxidação é quase zero, a reação de oxidação é controlada por difusão e, portanto, não se espalha rapidamente. Acima da camada de tamponamento de oxidação, entretanto, a taxa de fluxo da corrida de metal aumenta e a reação de oxidação se espalharia mais rapidamente, porém, ausente de quaisquer reagentes de oxidação, somente reações de oxidação muito limitadas ocorrem acima da camada de tamponamento.

[00017] É evidente que embora reações de oxidação tenham sido mencionadas na explicação acima, o mesmo se aplica mutatis mutandis a outras reações como a formação de sulfetos, nitretos e fosforetos, cujas taxas de ração com átomos como Fe são também controladas por difusão.

[00018] Vários dispositivos ou meios para formar uma camada de tamponamento de oxidação podem ser propostas. Em uma primeira modalidade, o dispositivo tem a forma de uma estrutura de revestimento perfurada. Essa estrutura de revestimento perfurada pode ser monolítica ou pode ser composta de uma pluralidade de componentes. A estrutura de revestimento perfurada pode ser usada para revestir parte ou todo o piso de um vaso refratário, e pode ser usada para revestir parte ou todas as paredes de um vaso refratário. Os poros ou perfurações da estrutura de revestimento têm um diâmetro e energia superficial de modo a permitir penetração nos mesmos por uma corrida de metal. A estrutura de revestimento é feita de um material substancialmente não oxidativo com relação à corrida de metal.

[00019] A estrutura de revestimento deve ser feita de um material não reativo com corridas de metal, em particular aços com baixo teor de carbono. Certas modalidades da invenção são caracterizadas pela ausência de silicatos. Os materiais usados para fabricar filtros de espuma de reservatório distribuidor são adequados para fazer a estrutura de revestimento da presente invenção. Em particular, zircônia, alumina, magnésia, mulita e uma combinação desses materiais podem se adequados para formar a estrutura de revestimento da presente invenção e são facilmente disponíveis no mercado.

[00020] Os poros ou perfurações da estrutura de revestimento têm uma energia de superfície de parede compatível com o líquido de metal sendo fundido, e permitem que a corrida de metal passe através da espessura da estrutura de revestimento até atingir volumes de captura na estrutura de revestimento e o revestimento refratário formando as paredes internas e piso do vaso metalúrgico. Os volumes de captura são configurados para maximizar a área da corrida de metal em contato com o revestimento refratário. Os átomos de metal em contato com o revestimento refratário entram em contato com reagente de oxidação, como difundir oxigênio ou componentes do revestimento refratário, e rapidamente reagir óxidos de formação, em particular FeO em corridas de aço com baixo teor de carbono. A corrida de metal, entretanto, é retida nos poros ou perfurações, e volumes de captura, e não podem fluir. Uma vez que o espalhamento controlado por difusão das reações de oxidação é muito lento em corridas de metal paradas, a reação propagará extremamente lentamente através da espessura, δ, da estrutura de revestimento. A corrida de metal fluindo sobre a estrutura de revestimento, portanto, não é contatada por reagentes de oxidação até que a reação de oxidação tenha prosseguido através da espessura, δ, da camada, o que pode demorar mais tempo do que uma operação de fundição.

[00021] É evidente a partir da explicação acima que materiais de espuma tradicionalmente usados como filtros em operações de fundição podem ser usados para formar uma camada de tamponamento de oxidação, porém não são usados como filtros, através dos quais o metal flui para dentro e para fora, porém, para restringir o fluxo de metal. Em uma modalidade da presente invenção, um primeiro material com uma primeira porosidade, ou primeira área de perfuração em seção transversal somada, é usada como uma primeira camada em contato com o corpo da corrida de metal, e um segundo material com uma segunda porosidade, ou segunda área em seção transversal máxima somada de volume aberto, é usada como uma segunda camada, disposta entre a primeira camada e uma terceira camada de apoio de uma estrutura de revestimento. A segunda porosidade, ou segunda área em seção transversal máxima somada de volume aberto do segundo material nessa modalidade é maior que a primeira porosidade ou primeira área de perfuração em seção transversal somada, do primeiro material.

[00022] Como alternativa a painéis de espuma, painéis de favo de metal podem ser usados em certas modalidades da invenção. Esses são usados além de e acima do revestimento de apoio, e não como substituição do revestimento de apoio. O eixo das células de favo de mel (isto é, estendendo a partir de uma abertura até a outra) deve ser perpendicular à parede ou piso ao qual é aplicado. Cada célula pode atuar, dependendo da posição na qual o painel é usado no revestimento, como uma primeira camada na qual as células atuam como poros ou perfurações e controlar o fluxo de corrida para uma segunda camada com área de volume de captura de maior porosidade ou seção transversal como medido em um plano paralelo ao plano maior do painel, ou como uma segunda camada, na qual as células do painel atual como volumes de captura e têm, em suma, uma maior área em seção transversal de volumes de captura, como medido em um plano paralelo ao plano maior de painel, como medido em um plano paralelo ao plano maior de painel. Estruturas de favo de mel são caracterizadas por células hexagonais. Outras geometrias de célula, como células tendo seções transversais circulares ou quadradas podem ser também adequadas. Zircônia, alumina, magnésia, mulita e combinações das mesmas podem ser usadas para os painéis de favo de mel.

[00023] Em outra modalidade da invenção, um vaso refratário tendo uma camada de apoio é dotado de nervuras ou protrusões estendendo para o interior do vaso. Uma primeira camada tendo poros ou perfurações é instalada no interior do vaso refratário de modo que uma superfície maior da primeira camada está em contato com as nervuras ou protrusões da camada de apoio. As nervuras ou protrusões são configuradas de modo que volumes de captura sejam definidos entre a superfície maior da primeira camada voltada para longe do corpo da corrida de metal e a superfície da camada de apoio voltada em direção ao corpo da corrida de metal. O espaçamento entre a superfície maior da primeira camada voltada para longe do corpo da corrida de metal e a superfície da camada de apoio voltada em direção ao corpo da corrida de metal pode estar na faixa de e incluindo 1 mm a e incluindo 50 mm, a partir de e incluindo 1 mm a e incluindo 30 mm, de e incluindo 1 mm a e incluindo 20 mm, e a partir de e incluindo 2 mm a e incluindo 30 mm.

[00024] De acordo com a presente invenção, uma estrutura de revestimento para um vaso refratário pode compreender (a) uma primeira camada tendo uma primeira superfície maior da primeira camada e uma segunda superfície maior da primeira camada disposta oposta à primeira superfície maior da primeira camada, e (b) uma segunda camada tendo uma primeira superfície maior da segunda camada e uma segunda superfície maior da segunda camada disposta oposta à primeira superfície maior da segunda camada, em que a segunda superfície maior da primeira camada está em contato com a primeira superfície maior da segunda camada, em que a primeira camada compreende uma pluralidade de poros ou perfurações que passam a partir da superfície maior da primeira camada para a segunda superfície maior da primeira camada, em que a segunda camada compreende pelo menos um volume de captura, em que a segunda camada compreende pelo menos um volume de captura, em que pelo menos um volume de captura está em comunicação de fluido com pelo menos um poro ou perfuração da primeira camada, e em que pelo menos um volume de captura está em comunicação de fluido com a segunda superfície maior da segunda camada; e em que a área em seção transversal somada de todos os poros ou perfurações na primeira camada é menor que a área em seção transversal máxima somada de todos os volumes de captura na segunda camada.

[00025] Em modalidades específicas da invenção, a primeira camada e a segunda camada podem compreender uma única estrutura monolítica. A estrutura de revestimento pode ser compreendida de zircônia, alumina, magnésia ou mulita, ou combinações desses materiais. A área em seção transversal máxima somada de todos os volumes de captura na segunda camada pode ser pelo menos um fator de 10, pelo menos um fator de 30, pelo menos um fator de 100, pelo menos um fator de 300, pelo menos um fator de 1000, pelo menos um fator de 3000, ou pelo menos um fator de 10000 maior que a área em seção transversal somada de todos os poros ou perfurações na primeira camada. A segunda camada pode compreender uma pluralidade de estruturas stand-off que se projetam a partir da segunda superfície maior da primeira camada. A segunda camada pode compreender uma pluralidade de nichos tendo interiores e abrindo na direção da segunda superfície maior da segunda camada, e os interiores dos nichos podem compreender volumes de captura. A segunda camada pode compreender uma pluralidade de entalhes tendo interiores e abrindo na direção da segunda superfície maior da segunda camada e os interiores dos nichos podem compreender volumes de captura. A segunda camada pode compreender também uma pluralidade de estruturas de separação em comunicação com a primeira camada e a terceira camada. As estruturas de separação podem ser formadas em qualquer geometria adequada, como esferas, cilindros, seções cônicas ou prismas de polígonos. A primeira camada e terceira camada podem ser dotadas de geometrias de recebimento de modo que as estruturas de separação sejam imobilizadas quando a primeira camada é instalada com relação à terceira camada.

[00026] Em modalidades específicas da invenção, a primeira camada tem uma espessura na faixa de e incluindo 5 mm a e incluindo 150 mm, na faixa de e incluindo 5 mm a e incluindo 100 mm, na faixa de e incluindo 10 mm a e incluindo 150 mm ou na faixa de e incluindo 10 mm a e incluindo 100 mm. Em modalidades específicas da invenção, a segunda camada tem uma espessura na faixa de e incluindo 1 mm a e incluindo 50 mm, faixa de e incluindo 2 mm a e incluído 50 mm, a faixa de e incluindo 5 mm a e incluindo 50 mm, a faixa de e incluindo 1 mm a e incluindo 25 mm, faixa de e incluindo 2 mm a e incluindo 25 mm, e a faixa de e incluindo 5 mm a e incluindo 25 mm.

[00027] A estrutura de revestimento da presente invenção pode incluir ainda uma terceira camada ou camada de apoio não perfurada tendo uma primeira superfície maior da terceira camada em contato ou comunicação com a segunda superfície maior da segunda camada. A segunda camada pode ser formada de, ou ter uma espessura definida por uma pluralidade de estruturas de stand-off se projetando a partir da primeirasuperfície maior da terceira camada.

[00028] Os poros ou perfurações na primeira camada podem ter uma geometria alargada em sua interseção com a superfície maior da primeira camada. Os poros ou perfurações podem ter uma geometria em seção transversal selecionada do grupo que consiste em geometria circular, geometria elíptica,geometria oval, geometria quadrada, geometria retangular, geometria poligonal, geometria em paralelogramo e geometriade lente. Os poros ou perfurações têm um diâmetro em seçãotransversal mínimo de e incluindo 2 mm a e incluindo 50 mm, de e incluindo 2 mm a e incluindo 40 mm, de e incluindo 2 mma e incluindo 25 mm, e de e incluindo 2 mm a e incluindo 15 mm. Os poros ou perfurações podem ter a forma de canais oufendas definidas por espaçamento entre painéis adjacentes queformam a primeira camada, em que os canais ou fendas fornecemcomunicação de fluido entre a primeira superfície maior daprimeira camada e a segunda superfície maior da primeira camada.

[00029] A presente invenção também se refere ao uso da estrutura de revestimento como anteriormente descrito em um vaso refratário, e a um vaso metalúrgico tendo um interior e um exterior, em que o interior do vaso metalúrgico compreende uma estrutura de revestimento como anteriormente descrito.

[00030] A presente invenção também se refere a um processo para a minimização de oxidação de um metal fundido durante transferência, compreendendo (a) transferir metal fundido para um vaso tendo uma estrutura de revestimento como anteriormente descrito, e (b) transferir o metal fundido para fora do vaso.

[00031] A figura 2 mostra uma estrutura de revestimento 30 de acordo com a presente invenção. A primeira camada 34 tem uma primeira superfície maior de primeira camada 36 e uma segunda superfície maior de primeira camada 38 disposta oposta à primeira superfície maior de primeira camada 36. A segunda camada 42 tem uma primeira superfícieprincipal da segunda amada 44 e uma segunda superfície principal da segunda camada 46 disposta oposta à primeirasuperfície maior da segunda camada 44. A segunda superfíciemaior da primeira camada 38 está em contato com a primeira superfície maior da segunda camada 44. A terceira camada 50tem uma primeira superfície maior da terceira camada 52 e uma segunda superfície maior da terceira camada 54 disposta oposta à primeira superfície maior da terceira camada 52. Aprimeira camada 34 compreende uma pluralidade de perfurações 60 passando a partir da superfície maior da primeira camada36 para a segunda superfície maior da primeira camada 38. Oelemento 62 é a seção transversal de uma perfuração no plano do desenho. A segunda camada 42 é mostrada como compreendendo pelo menos um volume de captura 64 em comunicação de fluido com pelo menos uma perfuração de primeira camada 60. Pelo menos um volume de captura 64 está em comunicação de fluido com a segunda superfície maior da segunda camada 54. O elemento 66 é a seção transversal de um volume de captura 64 no plano do desenho.

[00032] A figura 3 mostra um vaso metalúrgico 80 contendo uma estrutura de revestimento de acordo com a presente invenção e tendo um volume interior 82. O elemento 84 é o invólucro, camada de isolamento e camada de segurança refratária na qual a estrutura de revestimento está contida. O elemento 84 está em comunicação com a terceira camada ou camada de apoio 50. A terceira camada ou camada de apoio 50 está em comunicação com a segunda camada 42. A segunda camada 42 está em comunicação com a primeira camada 34. A segunda camada 42 contém perfurações 60 através das quais comunicação de fluido é fornecida entre o volume interior 82 e volumes de tubulação 64. Em uso, metal fundido é introduzido no volume interior 82. Uma porção do metal fundido é admitida, através de perfurações 60, para dentro dos volumes de tubulação 64. O movimento de metal fundido em volumes de tubulação 64 é limitado. O metal em volumes de tubulação 64 pode permanecer totalmente ou parcialmente no estado fundido, ou pode parcialmente ou totalmente ser submetido a uma alteração de fase para o estado sólido. Acredita-se que metal em qualquer fase contribuiria para a operação da invenção, visto que metal fundido reagiria com espécies emitidas pela camada de apoio 50 para evitar que as mesmas passem para o volume interior 82, e metal sólido forneceria uma barreira física a espécies emitidas pela camada de apoio 50.

[00033] A figura 4 mostra gráficos de propriedades em um vaso metalúrgico contendo um revestimento de acordo com a invenção. Propriedades são mostradas com relação à distância a partir da terceira camada 50 de um revestimento da presente invenção, em que a taxa de fluxo, Q, de corrida de metal é substancialmente zero sobre uma distância, δ, a partir da terceira camada 50 do revestimento, que pode ser uma parede ou piso revestido com um material refratário. Essa interfase de espessura δ é chamada uma “camada de tamponamento de oxidação.” Nessa modalidade corresponde à espessura de uma primeira camada 34 suportada por uma segunda camada 42. A primeira camada 34 está em comunicação com o volume interior 82 do vaso metalúrgico. A linha de traçado 90 indica taxa de fluxo e metal com relação à distância a partir da terceira camada 50, com valores aumentando da esquerda para a direita. A linha de traçado 92 indica a concentração de óxidos com relação à distância a partir da terceira camada 50, com valores aumentando da esquerda para a direita.

[00034] A figura 5 mostra uma seção transversal 100 de um revestimento da presente invenção. A primeira camada 34 é sustentada por uma segunda camada 42, que, por sua vez, é sustentada na primeira superfície maior da terceira camada 52 da terceira camada 50. A primeira camada 34 contém perfurações 60 que fornecem comunicação de fluido entre o volume interior do vaso 82 e volumes de tubulação 64. O plano maior interno da primeira camada, 102, é um plano contido na primeira camada 34 e paralelo à primeira superfície maior da terceira camada, 52, da terceira camada 50. O plano maior interno da segunda camada, 104, é um plano contido na segunda camada 42 e paralelo à primeira superfície principal da terceira camada, 52, da terceira camada 50.

[00035] Uma estrutura perfurada configurada da presente invenção pode ser instalada em um revestimento de apoio de um vaso refratário colocando uma estrutura sacrificial em contato com o revestimento de apoio. A estrutura sacrificial é configurada de modo que, quando é removida por combustão, calor, ação química ou física, primeira e segunda camadas serão formadas que terão estruturas permitindo que as mesmas funcionem de acordo com a presente invenção. Estruturas sacrificiais podem ser construídas de celulósico, plástico, ou outros materiais orgânicos, materiais grafíticos, vidros, minerais permeáveis, metais ou materiais gasosos, e combinações dos mesmos. O material usado na estrutura sacrificial pode ter a forma de uma folha, pó, pasta pulverizada ou gel. Um ou mais materiais refratários são então aplicados à estrutura sacrificial para fornecer, após remoção da estrutura sacrificial, primeira e segunda camadas de acordo com a presente invenção. Os materiais refratários podem ser aplicados por pistola, pulverização, espátula, fundição, aplicação de vibração a seco, projeção de concreto, argamassa, derramamento, injeção, ou colocação de peças pré-formadas. Os materiais refratários podem ser então secos, curados ou estabilizados para solidificar os mesmos conforme necessário. A estrutura em camadas resultante é então exposta à ação física ou química para remover ou transformar a estrutura sacrificial para criar volumes de tubulação na segunda camada que podem estar em comunicação de fluido com o interior do vaso metalúrgico.

[00036] Uma estrutura perfurada configurada da presente invenção pode ser instalada em um revestimento de apoio de um vaso refratário por fornecer uma estrutura pré- formada para servir como a primeira camada, e colocar a estrutura pré-formada em proximidade de uma terceira camada. A primeira camada e a terceira camada podem se comunicar mutuamente por meio de separadores que se projetam a partir da primeira camada, por meio de separadores que se projetam a partir da terceira camada, ou por meio de espaçadores dispostos entre a primeira camada e a terceira camada. A segunda camada é formada entre a primeira camada e a terceira camada, e um volume de tubulação é formado em um volume dasegunda camada não ocupado por separadores, espaçadores ououtras estruturas de suporte. Separadores, espaçadores ou outras estruturas de suporte podem ser dispostas para fornecer uma segunda camada tendo uma espessura de e incluindo 0,25 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm e 10 mm até e incluindo 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm, 70 mm, 80 mm, 90 mm e 100 mm.

[00037] As perfurações na primeira camada podem ter qualquer estrutura que permita fluxo a partir do corpo de uma corrida de metal através da primeira camada para um volume de tubulação da segunda camada. As perfurações na primeira camada podem ter qualquer forma, ou combinação de formas, que permite que as mesmas funcionem de acordo com a invenção. As perfurações têm um formato cilíndrico, prismático ou cônico truncado. Perfurações podem ter um perfil chanfrado, cônico, de ângulo reto ou arredondado em sua interseção com a primeira superfície da primeira camada. Perfurações na primeira camada podem ter a forma de canais ou fendas ou aberturas formadas entre painéis adjacentes em configurações nas quais a primeira camada compreende um conjunto de painéis adjacentes. Os canais ou fendas ou aberturas podem formar uma rede contínua. Canais ou fendas ou aberturas individuais separando um par de painéis adjacentes podem ser contínuas ou podem ser descontínuas. Os painéis podem ser dotados de separadores que podem ser orientados em direção à primeira camada. Perfurações podem ser formadas por métodos mecânicos, como remoção de um material sacrifical, por perfuração ou por sondagem.

[00038] As perfurações na primeira camada podem ser formadas por fornecer um material sacrificial em um material monolítico aplicado à terceira camada, em combinação com, ou na ausência de uma estrutura sacrificial em comunicação com a terceira camada. O material sacrificial e a estrutura sacrificial podem ser então removidos ou transformados por métodos descritos anteriormente.

[00039] A tubulação na segunda camada pode ter a forma de um volume no qual o espaçamento entre a primeira camada e a terceira camada é mantido por formas cilíndricas, formas sólidas cônicas, formas de prisma retangular, formas de prisma poligonal, esferas ou nervuras.

[00040] A figura 6 mostra uma estrutura sacrificial 110 que pode ser usada para formar uma estrutura perfurada configurada de acordo com a presente invenção. A estrutura sacrificial contém um padrão de tubulação sacrificial 112 em comunicação com um padrão de perfuração de primeira camada 114. O padrão de tubulação sacrificial 112 pode incluir perfurações de separação de segunda camada 116 que fornecem comunicação entre a primeira camada e uma terceira camada instalada em um vaso refratário. Em uso, a estrutura sacrificial 110 é colocada em comunicação com a terceira camada de modo que o padrão de tubulação sacrificial 112 esteja em comunicação com a terceira camada. Material refratário é então fundido no padrão de perfuração de primeira camada de modo que painéis de primeira camada sejamformados entre componentes do padrão de perfuração de primeira camada 114, e de modo que material fundido encha asperfurações de separação de segunda camada 116. Alternativamente, a estrutura sacrificial 110 pode ser configurada para casar com a terceira camada de modo queprotrusões a partir da terceira camada ocupam pelo menos umaporção das perfurações de separação de segunda camada 116. Omaterial fundido que enche as perfurações de separação desegunda camada 116 forma estruturas de separação entre a primeira camada da estrutura perfurada configurada e a terceira camada do revestimento de vaso refratário. O material sacrificial pode então ser removido por processos descritos anteriormente. A primeira camada da estrutura perfurada configurada, resultando de material fundido enchendo volumes vazios no padrão de perfuração de primeira camada 114, contém 'perfurações que podem ter a forma de canais ou fendas ou aberturas entre estruturas de painel adjacentes. Os canais ou fendas ou aberturas podem ser contínuas ao longo de uma borda de uma estrutura de painel, ou podem ser descontínuas. Os canais ou fendas ou aberturaspodem definir uma separação entre painéis a partir de e incluindo 0,1 mm a e incluindo 10 mm, a partir de e incluindo0,5 mm a e incluindo 10 mm, a partir de e incluindo 1 mm a e incluindo 10 mm, a partir de e incluindo 2 mm a e incluindo 10 mm, a partir de e incluindo 5 mm a e incluindo 10 mm, apartir de e incluindo 0,1 mm a e incluindo 20 mm, a partir dee incluindo 0,5 mm a e incluindo 20 mm, a partir de e incluindo 1 mm a e incluindo 20 mm, a partir de e incluindo 2 mm a e incluindo 20 mm, a partir de e incluindo 5 mm a e incluindo 20 mm, a partir de e incluindo 0,1 mm a e incluindo 30 mm, a partir de e incluindo 0,5 mm a e incluindo 30 mm, a partir de e incluindo 1 mm a e incluindo 30 mm, a partir de e incluindo 2 mm a e incluindo 0 mm, e a partir de e incluindo 5 mm a e incluindo 30 mm. Uma fenda é uma abertura estreita e longa. Uma fenda pode ter comprimento que é igual a ou maior que uma ordem de magnitude maior que sua largura.

[00041] Um vaso construído de acordo com a presente invenção pode ser usado em processos metalúrgicos. Um método de uso pode incluir introduzir um metal fundido em um vaso tendo um revestimento de acordo com a presente invenção, e subsequentemente remover o metal fundido a partir do vaso através de um bocal.

EXEMPLO 1

[00042] Painéis de amostra de um revestimento de reservatório distribuidor de multicamadas com uma camada interna (ou segunda) fugitiva (ou sacrificial) foram preparados. A camada interna fugitiva é configurada para separar a primeira (ou externa) camada e a terceira (ou apoio) camada durante a produção de um painel.

[00043] A camada sacrificial pode ser formada de folha de poliestireno, folha de polietileno espumada, papelão, polímero de espuma ou folha corrugada ou qualquer material similar que queimará sob 2000 graus F (1100 graus C), e deixar resíduo mínimo para trás. Para os exemplos específicos descritos, papelão tendo corrugações em cada lado (estria B robusta) foi usado. A altura das corrugações em cada lado do papelão era aproximadamente 3 mm.

[00044] Formadores de furo de entrada de aço foram usados para produzir furos no papelão corrugado. Tarugos de madeira tendo um diâmetro de 3 mm e um comprimento de 38 mm foram inseridos nos furos perpendiculares ao plano do papelão.

[00045] Cinco painéis foram preparados para teste.

[00046] Painéis de base foram preparados de uma alumina de cimento ultrabaixo fundível similar ao material usado como revestimento de segurança no interior de um reservatório distribuidor de aço. As dimensões de cada painelde base eram 36 polegadas x 24 polegadas x 5 polegadas (90 cmx 60 cm x 12,5 cm). Primeiramente, um material de revestimento de reservatório distribuidor (Basilite, um material de pulverização baseado em Magnesita leve contendo >70% em peso de magnésia) foi pulverizado sobre o painel de base a aproximadamente 1 polegada (2,5 cm) de espessura, usando uma máquina de pulverização de Basilite. Folhas decamada sacrificiais (20 polegadas x 12 polegadas, ou 50 cm x 30 cm) tendo configurações de abertura diferentes de acordocom a Tabela 1 foram então comprimidas de forma segura contrao revestimento de Basilite. A seguir, um material à base dealumina (alumina >80% em peso) foi pulverizado a uma espessura de aproximadamente 1 polegada (2 cm) sobre toda a superfície.

[00047] Nos painéis nos quais duas folhas de camada sacrificiais lado a lado separadas foram usadas (painéis 2, 3e 4), as folhas de camada sacrificial lado a lado foram dispostas de modo a serem separadas por uma lacuna de aproximadamente uma polegada (2,5 cm).

[00048] Na construção de painéis selecionados, aberturas retangulares foram fornecidas nas folhas de camada sacrificial. As aberturas retangulares nas folhas de camada sacrificial mediram 1” x 6” (2,5 cm x 15 cm). Os volumes dessas aberturas foram cheios de material refratário durante a construção do painel, de modo que contato direto foi feito, através das aberturas, entre os revestimentos em contato com cada das superfícies das folhas de camada sacrificial.

[00049] Os painéis 1, 2, 3 e 4 permaneceram intactos após pulverização com spray de alumina. No painel 5, a alumina pulverizada começou a escorrer para baixo. Uma rachadura visível foi produzida na superfície da alumina do painel 5.

[00050] Após três horas de secagem em ar quente, todos os painéis foram verticalmente levantados e movidos para o piso do forno.

[00051] Foi observado que a delaminação e achatamento de papelão corrugado ocorreu quando estava úmido e não sustentado, como no caso do painel 5. A lisura da superfície do revestimento de Basilite é importante na colocação adequada da camada fugitiva. Fazer furos após pulverizar a camada baseada em alumina e colocar tarugos nos furos, pode funcionar somente se o papelão for sustentado após pulverização da camada de Basilite.

[00052] Os painéis foram então colocados em um piso do forno para secar a 900 graus Fahrenheit (480 graus Celsius). Após queima, os painéis 1 e 2 não apresentaram rachaduras de separação significativas. Os painéis 3, 4 e 5 apresentaram uma rachadura de separação, predominantemente na interface de painel de base - Basilite.

[00053] Uma verificação de continuidade de lacuna foi realizada no painel 2. Tinta foi introduzida em uma abertura formada na primeira camada (ou externa) do painel. A tinta foi observada fluir para outras aberturas formadas na primeira camada do painel, desse modo confirmando a formação de uma rede de volumes de captura estendendo através da área inteira formada por remoção da camada sacrificial.

[00054] Uma resistência de ligação diminuída tanto de Basilite como de alumina foi observada nas áreas de contato produzidas por fendas retangulares na camada fugitiva.

EXEMPLO II

[00055] Uma porção de material de multicamadas foi removido de um painel formado de acordo com a descrição no Exemplo I, e foi ajustada para queima a 2000 graus F (1100 graus C) por 2 horas. Verificou-se que a camada fugitiva de papelão deixa um resíduo de 9% em peso após a queima, tendo um valor de LOI (perda em ignição) de 90,8% em peso. O resíduo continha 15,51% em peso de Al2O3, 23,84% em peso de SiO2, 51,32% em peso de CaO, 3,15% em peso de MgO, 0,70% em peso de Na2O, 0,330% em peso de P2O5, 1,63% em peso de Fe2O3, 0,62% em peso de K2O, 0,019% em peso de Cr2O3, 1,020% em peso de TiO2 e 0,053% em peso de ZrO2.

[00056] A camada interna fugitiva é convertida em cinza ou outro resíduo após os painéis serem queimados. Nesse caso, a maior parte do resíduo veio dos aditivos de processamento usados para a fabricação de papelão corrugado.

[00057] Inúmeras modificações e variações da presente invenção são possíveis. Portanto, deve ser entendido que compreendido no escopo das seguintes reivindicações, a invenção pode ser posta em prática de outro modo do que como especificamente descrito.

Claims

1. Estrutura de revestimento (30) para um vaso refratário caracterizada pelo fato de compreendera) uma primeira camada (34) tendo uma primeira superfície maior da primeira camada (36) e uma segunda superfície maior da primeira camada (38) disposta oposta à primeira superfície maior da primeira camada (36), eb) uma segunda camada (42) tendo uma primeira superfície maior da segunda camada (44) e uma segunda superfície maior da segunda camada (54) disposta oposta à primeira superfície maior da segunda camada (44),em que a segunda superfície maior da primeira camada (38) está em contato com a primeira superfície maior da segunda camada (44),em que a primeira camada (34) compreende uma pluralidade de perfurações (60) que passam a partir da primeira superfície maior da primeira camada (36) para a segunda superfície maior da primeira camada (38),em que a segunda camada (42) compreende pelo menos um volume de captura (64), em que pelo menos um volume de captura (64) está em comunicação de fluido com pelo menos uma perfuração da primeira camada (60), e em que pelo menos um volume de captura (64) está em comunicação de fluido com a segunda superfície maior da segunda camada (54); eem que a área em seção transversal somada de todas as perfurações (60) na primeira camada (34)é menor que a área em seção transversal máxima somada de todos os volumes de captura (64) na segunda camada (42).

2. Estrutura de revestimento (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira camada (34) e a segunda camada (42) compreendem uma única estrutura monolítica.

3. Estrutura de revestimento (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a estrutura de revestimento (30) é compreendida de um material selecionado do grupo que consiste em magnésia, alumina, zircônia, mulita e combinações desses materiais.

4. Estrutura de revestimento (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a área em seção transversal máxima somada de todos os volumes de captura (64) na segunda camada (42) é pelo menos um fator de 10 maior que a área em seção transversal somada de todas as perfurações (60) na primeira camada (34).

5. Estrutura de revestimento (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a segunda camada (42) compreende uma pluralidade de estruturas standoff que se projetam a partir da segunda superfície maior da primeira camada (38).

6. Estrutura de revestimento (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos um volume de captura (64) compreende pelo menos um nicho ou pelo menos um entalhe.

7. Estrutura de revestimento (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira camada (34) tem uma espessura na faixa de e incluindo 5 mm a e incluindo 100 mm e/ou a segunda camada (42) tem uma espessura na faixa de e incluindo 1 mm a e incluindo 50 mm.

8. Estrutura de revestimento (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender ainda uma terceira camada (50) não perfurada tendo uma primeira superfície maior da primeira camada (36) em comunicação com a segunda superfície maior da segunda camada (54).

9. Estrutura de revestimento (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a segunda camada (42) compreende uma pluralidade de estruturas de stand-off que se projetam a partir da primeira superfície maior da terceira camada (52).

10. Estrutura de revestimento (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as perfurações (60) têm uma geometria alargada em sua interseção com a primeira superfície maior da primeira camada (36).

11. Estrutura de revestimento (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as perfurações (60) têm uma geometria em seção transversal selecionada do grupo que consiste em geometria circular, geometria elíptica, geometria oval, geometria quadrada, geometria retangular, geometria poligonal, geometria em paralelogramo e geometria de lente.

12. Estrutura de revestimento (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as perfurações (60) têm um diâmetro em seção transversal mínimo de e incluindo 2 mm a e incluindo 50 mm.

13. Estrutura de revestimento (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira camada (34) compreende um conjunto de painéis adjacentes, e em que as perfurações (60) compreendem uma pluralidade de fendas descritas por painéis adjacentes.

14. Vaso metalúrgico (80) tendo um interior e um exterior caracterizado pelo fato de que o interior do vaso metalúrgico compreende uma estrutura de revestimento (30) como definida na reivindicação 8.

15. Processo para a minimização de oxidação de um metal fundido caracterizado pelo fato de compreendera) transferir metal fundido para um vaso (80) tendo uma estrutura de revestimento (30) como definida na reivindicação 1, eb) transferir o metal fundido para fora do vaso (80).