Método para determinar un parámetro de funcionamiento y/o un parámetro de material en un horno eléctrico de arco, y horno eléctrico de arco.

Método para determinar un parámetro de funcionamiento y/o un parámetro de material en un horno eléctrico de arco

(1), en el que un material fundido (3) que se encuentra en un recipiente inferior (2), especialmente acero, se calienta con al menos un arco eléctrico (4), y al menos un arco eléctrico (4) arde entre al menos un electrodo (5) y el material fundido (3), y mediante al menos un dispositivo de detección óptico (6, 7) se detecta la luz de al menos un arco eléctrico (4) y/o la luz del material fundido (3), y la luz se transmite por un sistema óptico, especialmente mediante al menos un guíaondas de luz (8, 9), a al menos un espectrómetro (10, 11) y en el mismo se detecta y/o se analiza para determinar el parámetro de funcionamiento y/o de material, se caracteriza por que se usan dos dispositivos de detección ópticos (6, 7), que transmiten la luz captada a través de un guíaondas de luz (8, 9) a dos espectrómetros (10, 11), y un dispositivo de detección óptico (6) detecta la luz del arco eléctrico (4) y el otro dispositivo de detección óptico (7) detecta la luz del material fundido (3), y ambos dispositivos de detección ópticos (6, 7) se sitúan en una carcasa (12), que está dispuesta en una zona de pared (14) del recipiente inferior (2) y está dirigido hacia el interior del horno eléctrico de arco (1), y ambos espectrómetros (10, 11) están situados en un espacio de recepción (15), que se dispone junto a, ó en la zona de pared (14) del recipiente inferior (2).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/000845.

Solicitante: GEORGSMARIENHUTTE GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: NEUE HUTTENSTRASSE 1 49124 GEORGSMARIENHÜTTE ALEMANIA.

Inventor/es: KRUGER, KLAUS, GALOCHKIN,ANDREY, DETTMER,BERND, LEHMKUHL,ANDREAS, SCHLINGE,LUDGER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ILUMINACION; CALENTAMIENTO; HORNOS; ESTUFAS > HORNOS, ESTUFAS, HOGARES O RETORTAS DE DESTILACION,... > Hornos de solera, p. ej. hornos de reverbero (F27B... > F27B3/28 (Disposición de los dispositivos de control, de vigilancia, de alarma o dispositivos similares)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/31 (investigando el efecto relativo del material para las longitudes de ondas características de elementos o de moléculas específicas, p. ej. espectrometría de absorción atómica)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de los materiales por... > G01N21/69 (especialmente adaptados para los fluidos)

PDF original: ES-2545133_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método para determinar un parámetro de funcionamiento y/ o un parámetro de material en un horno eléctrico de arco, y horno eléctrico de arco

(0001) La invención hace referencia a un método para determinar un parámetro de funcionamiento y/ o un parámetro de material en un horno eléctrico de arco, en el que un material fundido que se encuentra en un recipiente inferior, especialmente acero, se calienta con al menos un arco eléctrico, y al menos un arco eléctrico arde entre al menos un electrodo y el material fundido, y mediante al menos un dispositivo de detección se detecta la luz de al menos un arco eléctrico y/ o la luz del material fundido, y la luz se transmite por un sistema óptico, especialmente mediante al menos un guíaondas de luz, a al menos un espectrómetro y en el mismo se detecta y/ o se analiza para determinar el parámetro de funcionamiento y/ ó de material. Además, la invención hace referencia a un horno eléctrico de arco.

(0002) Hornos eléctricos de arco de este tipo, así como métodos para su funcionamiento son conocidos por el estado de la técnica suficientemente. El documento GB 867 973 A manifiesta una solución semejante. Una configuración similar se conoce del documento US 6 596 995 B1.

(0003) Los hornos eléctricos de arco puede n estar configurados como horno de corriente continua con un electrodo de fusión y un electrodo de fondo o como horno de corriente alterna con tres electrodos de fusión. Para mantener una longitud de arco eléctrica definida se usa un regulador de electrodos. El recipiente de horno comprende un recipiente inferior de ladrillo o compactado de material resistente al fuego, así como un recipiente superior dispuesto con elementos de refrigeración y una tapa giratoria. En el recipiente superior, están previstos a menudo quemadores auxiliares (funcionamiento con gas natural y oxígeno) . Con la tapa girada pueden cargarse chatarra y aditivos en el horno. La colada del acero fundido se lleva a cabo en una caldera. La escoria puede dejarse en un cubo de escoria.

(0004) Durante el funcionamiento del horno eléctrico de arco hay que tener en cuenta diversas cuestiones, para garantizar una transformación del acero de alta calidad, así como posibilitar una producción económica.

(0005) Un arco eléctrico que arde libremente, es decir, un arco eléctrico no recubierto de chatarra o escoria espumosa, lleva a un desgaste mayor del recipiente del horno y a altas pérdidas de energía en el panel refrigerado por agua. Una ayuda probada consiste en revestir el arco eléctrico de escoria espumosa, para así proteger las paredes del recipiente del horno de la radiación del arco eléctrico. Adicionalmente, las aglomeraciones de escoria en las paredes reducen las pérdidas térmicas, así como la carga térmica del recipiente del horno.

(0006) Es conocido es evaluar el grado de la protección del arco eléctrico en base a las temperaturas de retorno, o bien, en base a la diferencia entre temperaturas de retorno y de salida del panel refrigerado por agua. Si la temperatura sube rápidamente, la causa para ello suele ser un arco eléctrico que arde libremente. Es problemático y desventajoso que la temperatura de retorno del agua fría suba al principio con retraso de tiempo, después de que las aglomeraciones de escoria se hayan fundido, habida cuenta que éstas tienen un efecto de aislamiento del calor.

(0007) La consecuencia es un retraso del tiempo de reacción de hasta 3 minutos, lo cual conlleva pérdidas de energía mayores y un desgaste de las paredes del recipiente.

(0008) Para solucionar este problema, es conocido valorar el sonido aéreo y del sonido propagado por estructuras 45 sólidas, y de ello sacar conclusiones. La desventaja de la valoración del sonido aéreo es, en efecto, que en base a las señales no se puede evaluar qué partes de la pared del recipiente no están protegidas, ya que el recipiente del horno produce un campo sonoro difuso. La información sobre la distribución espacial de la carga de calor sería relevante especialmente en hornos eléctricos de arco de corriente trifásica, habida cuenta que aquí puede regularse la potencia de cada uno de los tres arcos eléctricos individualmente. Además, el sonido aéreo y el sonido propagado por estructuras sólidas representan indicadores, que de un modo complejo, dependen de multitud de parámetros de funcionamiento, por ejemplo, de la consistencia del género de la escoria. Con ello, especialmente respecto a la protección mediante la chatarra, no hay ninguna señal fiable.

(0009) Otra cuestión hace referencia a la temperatura del baño de acero. Al final de la carga, éste debe estar lo 55 suficientemente alto, para que el acero bruto líquido, después de la adición de elementos de aleación y al hacer colada en la caldera, no se solidifique.

(0010) Mediante una medición de temperatura tiene que garantizarse también, que la chatarra cargada sea fundida completamente. Por otro lado, el gasto de energía, el tiempo de continuidad de corriente y, con ello, la secuencia de tiempo de colada deben ser lo menor posible. Por ello, la temperatura del baño de acero no debe ajustarse más alta de lo necesario. Además, una temperatura demasiado alta conlleva un mayor desgaste refractario y puede ocasionar tiempos de espera para la refrigeración del baño de acero.

(0011) Es conocido, medir la temperatura, mientras que a través de la puerta abierta de la escoria del horno se 65 sumerge un manguito de medición con un termoelemento de un sentido en el baño de acero; esto se lleva a cabo manualmente o con ayuda de un manipulador de lanza. La señal eléctrica del termoelemento es proporcional a la temperatura del acero líquido.

(0012) Este método de medición tiene distintas desventajas. Por un lado, se introduce a través de la puerta abierta de la escoria, aire del ambiente frío (llamado: aire indebido) en el interior del horno. Esto conlleva pérdidas de energía y un aumento del contenido en nitrógeno en la atmósfera del horno. Además, cada medición de temperatura manual representa un riesgo en la seguridad del personal usuario, pues el mismo tiene que trabajar en la directa cercanía del horno. Finalmente, esta medición de temperatura ocasiona costes altos de funcionamiento, ya que para cada medición es necesario un nuevo manguito de medición y un nuevo termoelemento. Además se añade, que una toma de muestras se lleva a cabo de modo muy puntual y con ello es representativo solo de manera limitada.

(0013) Una tercera cuestión hace referencia a la calidad del acero fabricado. La calidad y la clase del acero bruto se determinan esencialmente mediante el contenido en carbono, las concentraciones de elementos de aleación (por ejemplo, níquel y cromo) y los elementos acompañantes indeseados (por ejemplo, fósforo y azufre) . Por ello es necesario medir la composición química del baño de acero, para influenciarlo adecuadamente mediante la adición de formadores de escoria, oxígeno, carbón fino y elementos de aleación.

(0014) La solución usada hasta ahora para la determinación de la composición del acero consiste en extraer una prueba del baño de acero líquido mediante un manguito de medición, lo cual puede llevarse a cabo con la medición de temperatura mencionada más arriba. Esta prueba es enfriada, pulida y, a continuación, examinada mediante el método de fluorescencia de rayos X en el laboratorio.

(0015) Habida cuenta que la cantidad de la prueba solo consiste en una parte de la cantidad total, es posible una gran divergencia del promedio de la carga.

(0016) Por otro lado, la distribución espacial de la composición química en el recipiente del horno es, según el momento de la toma de muestra, más o menos inhomogénea.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1ª. Método para determinar un parámetro de funcionamiento y/o un parámetro de material en un horno eléctrico de arco (1) , en el que un material fundido (3) que se encuentra en un recipiente inferior (2) , especialmente acero, se 5 calienta con al menos un arco eléctrico (4) , y al menos un arco eléctrico (4) arde entre al menos un electrodo (5) y el material fundido (3) , y mediante al menos un dispositivo de detección óptico (6, 7) se detecta la luz de al menos un arco eléctrico (4) y/o la luz del material fundido (3) , y la luz se transmite por un sistema óptico, especialmente mediante al menos un guíaondas de luz (8, 9) , a al menos un espectrómetro (10, 11) y en el mismo se detecta y/o se analiza para determinar el parámetro de funcionamiento y/o de material, se caracteriza por que se usan dos 10 dispositivos de detección ópticos (6, 7) , que transmiten la luz captada a través de un guíaondas de luz (8, 9) a dos espectrómetros (10, 11) , y un dispositivo de detección óptico (6) detecta la luz del arco eléctrico (4) y el otro dispositivo de detección óptico (7) detecta la luz del material fundido (3) , y ambos dispositivos de detección ópticos (6, 7) se sitúan en una carcasa (12) , que está dispuesta en una zona de pared (14) del recipiente inferior (2) y está dirigido hacia el interior del horno eléctrico de arco (1) , y ambos espectrómetros (10, 11) están situados en un espacio de recepción (15) , que se dispone junto a, ó en la zona de pared (14) del recipiente inferior (2) .

2ª. Método según la reivindicación 1ª, que se caracteriza por que se realiza un análisis del espectro de radiación para la luz procedente del arco eléctrico (4) para determinar el grado de la protección del arco eléctrico.

3ª. Método según la reivindicación 1ª, que se caracteriza por que se realiza un análisis espectroscópico para la luz procedente del arco eléctrico (4) , o bien, de la atmósfera del plasma del arco eléctrico, para determinar la composición del material fundido (3) .

4ª. Método según la reivindicación 1ª, que se caracteriza por que se realiza un análisis del espectro de radiación 25 para de la luz procedente del material fundido (3) , para determinar la temperatura del material fundido (3) .

5ª. Horno eléctrico de arco (1) con un recipiente inferior (2) para la recepción de material fundido (3) y al menos un electrodo (5) , en el que se puede calentar el materia fundido (3) mediante al menos un arco eléctrico (4) entre el electrodo (5) y el material fundido (3) , y por encima del material fundido (3) hay dispuesto al menos un dispositivo de 30 detección óptico (6, 7) que está configurado para la detección de luz del al menos un arco eléctrico (4) y/o de luz del material fundido (3) , y además hay dispuesto al menos un espectrómetro (10, 11) , que está configurado para la detección de un parámetro de funcionamiento y/o de material, y el al menos un dispositivo de detección óptico (6, 7) y el al menos un espectrómetro (10, 11) están unidos mediante un sistema óptico, especialmente para la realización del método según una de las reivindicaciones 1ª hasta 4ª, que se caracteriza por que se disponen dos dispositivos 35 de detección ópticos (6, 7) , que están unidos mediante respectivos guíaondas de luz (8, 9) con dos espectrómetros (10, 11) , y hay configurado y dispuesto un dispositivo de detección óptico (6) para la detección de la luz del arco eléctrico (4) , y hay configurado y dispuesto un dispositivo de detección óptico (7) para la detección de la luz del material fundido (3) , y ambos dispositivos de detección ópticos (6, 7) están dispuestos en una carcasa (12) , que está dispuesta en una zona de pared (14) del recipiente inferior (2) y que está dirigida hacia el interior del horno eléctrico de arco (1) , y ambos espectrómetros (10, 11) están dispuestos en un espacio de recepción (15) , que está dispuesto junto a, o en la zona de pared (14) del recipiente inferior (2) .

6ª. Horno eléctrico de arco según la reivindicación 5ª, que se caracteriza por que la carcasa (12) está provista de medios (13) para la conducción de un gas, especialmente de aire comprimido.

7ª. Horno eléctrico de arco según la reivindicación 5ª, que se caracteriza por que el espacio de recepción (15) está provisto de medios (16, 17) para la conducción de entrada y salida de un medio de refrigeración, especialmente de agua.