Materiais Refratários Empregados Na Siderurgia: Regeneradores De Calor Do Tipo Cowper Stove

1. Introdução : Os regeneradores de calor

Se o ar necessário à combustão fosse introduzido pelas ventaneiras do alto-forno à temperatura ambiente, uma maior quantidade de combustível, seria gasta para gerar o calor necessário para que estes gases atingissem a temperatura da região de queima. Utilizando-se uma parte dos gases de topo do alto-forno para aquecer o ar, antes de soprá-lo pelas ventaneiras, obtém-se uma considerável economia de combustível sólido (carvão vegetal). O ar proveniente dos turbo sopradores é pré-aquecido nos regeneradores a temperaturas da ordem de 500 a 1200°C e, então, introduzido no alto-forno pelas ventaneiras. Os regeneradores de calor utilizados são os "Cowpers" e os "Glendons". Os "Glendons" são regeneradores de calor de menor eficiência, mas com um investimento também inferior. A temperatura do ar soprado chega a 1200°C quando se utiliza "Cowpers" e varia de 500 a 850°C quando os trocadores de calor são os "Glendons". Os altos-fornos a carvão vegetal quase sempre utilizam os "Glendons", mas pode-se utilizar um ou outro trocador de calor, dependendo da usina.

1.1 .Cowpers

Os cowpers são aparelhos que absorvem calor durante o período em que o gás de alto-forno é queimado na câmara de combustão e cedem calor durante o período em que o ar os atravessa, no sentido inverso. Normalmente o alto-forno é equipado com três (ou quatro) cowpers, sendo dois em quecimento e um cedendo calor ao ar soprado.

Os cowpers são constituídos de uma carcaça cilíndrica de chapa metálica( com 7 a 8 m de diâmetro e 25 a 35 m de altura) revestida internamente de tijolos refratários, Num dos lados existe e câmara de combustão, formando um duto, ou chaminé de seção redonda ou oval, onde é queimado o gás de alto-forno em mistura com o ar, o restante do volume interno é ocupado pelo emplilhamento de tijolos refratários de formato especial, que podem ter desenhos e dimensões as mais variádas e formam canais com o máximo de superfície de aquecimento como mostra a figura 1.1

Figura 1.1 : Seção através de um cowpoer, mostrando a câmara de combustão e os diversos tipos de refratários usados

Figura 2.2 Sequência de Cowpers

A figura 1.3 mostra esquematicamente a seção longitudinal de um cowper. No aquecimento do aparelho, o gás de alto-forno é introduzido (pela válvula G) juntamente com o ar (pela válvula A_ e a queima se dá na câmara de combustão (P) . O gás de queima passa pelo domo do cowper e atravessa no sentido descendente o empilhamento de refratários, cede calor aos tijolos e sai pela válvula II, sendo expelido para a chaminé pela tubulação T. No resfriamento do cowper ou aquecimento do ar, fecham-se as válvulas G , A e H e abre-se a válvula S de entrada de ar frio. Este, percorre de baixo para cima todas as passagens do empilhamento de refratários aquecendo-se. Atingindo a cúpula do cowper desce ao longo da câmara de combusão. Da válvula R, vai direto aos altos-fornos.

No duto de ar quente em direçãp ao alto-forno existe uma entrada de ar frio, vinda também do turbo soprador, controlada por meio de uma válvula comandada automáticamente. Isso permite manter constante a temperatura de sopro, pois logo no início da utilização do cowper, a temperatura do ar aquecido é maior que depois de certo tempo quando o empilhamento já cedeu ´parte do calor armazenado. A medida que a temperatura do regenerador vai caindo, a quantidade de ar frio adicionado é reduzida.

Figura 1.3 Esquema de seção longitudinal de um cowper

1.2.Glendons

São constituídos basicamente, de fileiras de garrafas de ferro fundido, interligadas por canais, ou de tubulações de aço inox. Na parte externa das garrafas de ferro fundido ou das tubulações de aço inox, o gás de alto-forno é queimado com ar, aquecendo as mesmas. O ar frio é soprado e passa por dentro dessas garrafas ou tubulações, aquecendo-se. Comumente hoje se utiliza três glendons para o pré-aquecimento do ar frio onde se obtém uma temperatura de coroa na ordem de 850º C. O material refratário utilizado em glendons são tijolos refratários argilosos simples, portanto estes não serão abordados nesse estudo.

Figura 1.4 Corte longitudinal de uma parte do glendon.

Figura 1.5 Aspectos de um glendon (CASTRO, L. F. A.)

1.3.Bibliografia:

[1]Princípios básicos e processos de fabricação do gusa ao aço líquido, pp 79 – 83 CASTRO, L. F. A.

[2] “ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE ESCÓRIAS DE ALTO-FORNO A CARVÃO VEGETAL PRODUZIDAS A PARTIR DE ATIVAÇÃO À QUENTE” Dilermando Salvador de Souza Junior (UFMG, 16 de Outubro, 2007)

[3] Slides e Notas de aula de Siderurgia 1 CASTRO, L. F. A.

2.1 .Refratários para regeneradoeres de calor:Mecanismos de Desgaste

Conforme descrito na introdução, a alvenaria refratária dos cowpers e glendons está sujeita aos seguintes fatores desfavoráveis:

-Temperaturas elevadas,

-Variações constantes da temperatura (Cowpers),

-Altas taxas de compressão e elevadas temperaturas e pressões,

-Contaminação pelas impurezas dos gases,

-Abrasão mecânica.

É importante citar que a depuralção cuidadosa do gás é fator decisivo para a duração dos refratários dos regeneradores. O gás de alto-forno contém óxidos alcalinos, poeiras de zinco e de óxido de ferro, o que provoca após algum tempo de campanha, escoriações nas paredes do poço, domo e nas fiadas superiores do empilhamento no caso de cowpers.

2.1 .Características dos refratários para Cowpers

Os materiais refratários para os regeneradores devem ,além da alta qualidade, possuir a mínima variação dimensional. Rigoroso controle deve ser observado nas diversas fases de fabricação destes, acompanhado de um judicioso plano de inspeção dos produtos fabricados.

Entre os ensaios que normalmente se se submetem os produtos refratários