Procedimiento para el control de un proceso de fusión en un horno de arco eléctrico, así como instalación de tratamiento de señales, código de programa y medio de archivo para llevar a cabo este procedimiento.

Procedimiento para el control de un proceso de fusión en un horno de arco eléctrico con al menos dos electrodos

(13), en el que mediante la valoración de señales acústicas aéreas, que discurren a través del interior de un recipiente de horno (12), se genera al menos una clase de valores característicos para la distribución de producto de fusión, caldo y escoria en el relleno de horno, en especial

· valores característicos (SM) como medida de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno del recipiente de horno (12), y/o

· valores característicos (M) como medida de la fragmentación del producto de fusión (20) en el volumen del relleno de horno, en especial en la región por debajo de los electrodos (13), y/o

· valores característicos (MM) como medida de la modificación de la parte de producto de fusión situada sobre la pared de horno,

caracterizado porque

· para la región de influencia térmica de cada arco eléctrico del electrodo (13) afectado se generan valores característicos locales,

· de los valores característicos locales se deducen picos de carga térmicos locales, existentes o previos, en las regiones de influencia de los arcos eléctricos,

· en función de los valores característicos generados, se modifica en un primer orden la distribución de energía entre los arcos eléctricos electrodos durante el tiempo necesario, de tal modo que se debilitan los picos de carga térmica o se evita su aparición,

· en función de los valores característicos generados, se reduce durante el tiempo requerido y en un segundo orden la potencia térmica de los arcos eléctricos, mediante la reducción de la tensión secundaria de un transformador de horno (15) que alimenta los electrodos (13) y/o mediante la modificación de la reactancia de una reactancia suplementaria (16) conectada en serie a los electrodos (13), si el efecto conseguido mediante la modificación de primer orden de la distribución de energía no es suficiente o puede preverse que este efecto no va a ser suficiente, para anular o evitar los picos de carga térmica.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/063459.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: KRUGER, KLAUS, MATSCHULLAT,THOMAS, DITTMER,BJÖRN, DÖBBELER,ARNO, LEADBETTER,SASCHA, RIEGER,DETLEF.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > Calefacción por descarga eléctrica (antorchas de... > H05B7/148 (Control automático de la potencia (disposiciones para el avance de los electrodos H05B 7/109; disposiciones para el avance automático de los electrodos para la soldadura o corte con arco en líneas continuas o por puntos B23K 9/12; disposición de los electrodos en los hornos F27D 11/10; regulación de las características eléctricas de los arcos G05F 1/02))

PDF original: ES-2480279_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para el control de un proceso de fusión en un horno de arco eléctrico, así como instalación de tratamiento de señales, código de programa y medio de archivo para llevar a cabo este procedimiento.

La invención se refiere a un procedimiento para el control de un proceso de fusión en un horno de arco eléctrico con al menos dos electrodos, en el que mediante la valoración de señales acústicas aéreas y/o corporales, que discurren a través del interior de un recipiente de horno, se genera al menos una clase de los siguientes valores característicos para la distribución de producto de fusión, caldo y escoria en el relleno de horno. La primera clase de valores característicos representa el apantallamiento de la radiación térmica que se produce sobre la pared de horno del recipiente de horno. La segunda clase de valores característicos representa las fragmentación y el estado de fusión (a partir de ahora sólo se cita abreviadamente en cada caso la fragmentación) del producto de fusión en el volumen del relleno de horno, en especial en la región por debajo de los electrodos. La tercera clase de valores característicos representa la modificación de la parte de producto de fusión situada sobre la pared de horno.

Se conocen procedimientos de este tipo de documentos como el DE 10 2005 039 378 A1.

Asimismo la invención se refiere también a una instalación de tratamiento de señales para un horno de arco eléctrico con un código de programa legible por máquina, un código de programa legible por máquina de este tipo y un medio de archivo con un código de programa legible por máquina de este tipo, que son adecuados para controlar los procesos en un horno de arco eléctrico.

La utilización de señales acústicas (es decir señales acústicas corporales, generadas por al menos un arco eléctrico y que se retransmiten a través del producto de fusión, o señales acústicas aéreas que se retransmiten a través del volumen aéreo entre el producto de fusión) para generar diferentes valores característicos ya es conocida. Aquí se detectan oscilaciones acústicas que pueden valorarse incluyendo los recorridos de corriente y tensión de los arcos eléctricos del horno de arco eléctrico. Las señales acústicas se producen por principio en el interior del relleno de horno, ya que los arcos eléctricos del horno de arco eléctrico representan una fuente acústica.

Conforme al documento DE 10 2008 006 965 A1 es conocido por ejemplo que, para establecer una llamada magnitud de radiación (llamada a partir de ahora también abreviadamente SM) , se detecten oscilaciones acústicas corporales sobre la pared de horno y a partir de un margen de frecuencias de las oscilaciones detectadas pueda establecerse una señal de valoración de oscilaciones asociada. A partir de la corriente de electrodo detectada puede establecerse en el mismo margen de frecuencias una señal de valoración de corriente asociada, que se interpreta como causa de la generación de oscilaciones. La magnitud de radiación se obtiene después en principio como el cociente entre la señal de valoración de oscilaciones y la señal de valoración de corriente.

Conforme al documento DE 10 2008 006 966 A1 se conoce asimismo que puede establecerse una llamada medida de fragmentación (llamada a partir de ahora también abreviadamente M) , por medio de que se detecta la corriente de electrodo alimentada, a partir de la corriente de electrodo detectada se establece una magnitud de valor efectivo, y a partir de la corriente de electrodo detectada se establece asimismo, en un margen de frecuencias determinado de la corriente de electrodo detectada, una parte de corriente asociada. La medida de fragmentación se obtiene después como el cociente entre la parte de corriente y la magnitud de valor efectivo.

Aparte de esto, del documento DE 10 2008 006 958 A1 se conoce que puede establecerse una llamada magnitud para la modificación de la masa de una parte de producto de fusión situada en la delimitación del horno de arco eléctrico (llamada también a partir de ahora abreviadamente MM) , por medio de que se detecta la corriente de electrodo alimentada, a partir de la cual en un determinado margen de frecuencias se obtiene una señal de valoración de oscilaciones. Por último se establece el desplazamiento de fase entre la señal de valoración de corriente y la señal de valoración de oscilaciones para una mayoría de frecuencias comunes. A partir de estos desplazamientos de fase establecidos puede derivarse una magnitud para la modificación de la masa del producto de fusión, situado en la delimitación de la pared de horno.

Con los valores característicos citados anteriormente puede llevarse a cabo un procedimiento más afinado para el control del proceso de fusión. Para aclarar esto, se pretende a continuación explicar con más detalle el proceso de fusión que tiene lugar en el horno de arco eléctrico. Un horno de arco eléctrico se usa para producir metal líquido, normalmente acero. El metal líquido se produce a partir de producto de fusión sólido, por ejemplo chatarra y/o hierro reducido (el llamado hierro esponja o DRI/HBI) incluso con hierro bruto líquido y/o sólido, junto con otros materiales suplementarios. Para esto se aplica al horno de arco eléctrico de forma preferida energía para fundir el producto de fusión mediante tres electrodos, normalmente en forma de un arco eléctrico entre electrodo y producto de fusión. Para que la fusión pueda realizarse de la forma más eficiente posible, debería aplicarse en lo posible toda la energía proporcionada por el arco eléctrico al producto de fusión. Por producto de fusión se entiende con ello el material sólido a fundir, como producto fundido metal líquido y/o escoria. El producto de fusión y el producto fundido en su conjunto producen el relleno de horno.

A causa del modo de conducción prefijado en los hornos de arco eléctrico habituales, sin embargo, puede producirse que el arco eléctrico esté encendido libremente durante el proceso de fusión. Es decir la radiación térmica que parte del arco eléctrico, configurado entre electrodo y producto de fusión, llega en una magnitud elevada hasta una delimitación del horno de arco eléctrico, en especial a una pared refrigerada del horno de arco eléctrico. Por medio de esto aumenta el consumo de energía del horno, a causa de que por un lado la energía del horno de arco eléctrico sólo se aplica en una menor medida al producto de fusión, y por otro lado se disipa más energía a través de la refrigeración del horno.

Aquí se procede a la consideración de utilizar, para el control del modo de conducción de hornos de arco eléctrico y la regulación de la potencia del arco eléctrico, la magnitud MM para la modificación del producto de fusión situado sobre la pared de horno, la medida de fragmentación M, la magnitud de radiación SM o valores característicos apropiados de forma similar para la distribución de producto de fusión, caldo y escoria en el relleno de horno. La medida de fragmentación M puede utilizarse para regular el valor nominal de corriente de electrodo en los electrodos. Si por ejemplo debajo de un electrodo se encuentra una chatarra relativamente ligera, es decir una elevada proporción de volumen de aire en la chatarra, puede retraerse la potencia de radiación para impedir el citado encendido libre del arco eléctrico a causa de una fusión demasiado rápida de la chatarra ligera. Si se determina una magnitud de radiación SM excesiva sobre las paredes de horno, puede retraerse la potencia de radiación del arco eléctrico, para evitar un esfuerzo térmico excesivo sobre las paredes de horno así como una pérdida de potencia excesivamente elevada. Si durante el establecimiento de la magnitud de apantallamiento... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para el control de un proceso de fusión en un horno de arco eléctrico con al menos dos electrodos (13) , en el que mediante la valoración de señales acústicas aéreas, que discurren a través del interior de un recipiente de horno (12) , se genera al menos una clase de valores característicos para la distribución de producto de fusión, caldo y escoria en el relleno de horno, en especial

â?¢ valores característicos (SM) como medida de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno del recipiente de horno (12) , y/o

â?¢ valores característicos (M) como medida de la fragmentación del producto de fusión (20) en el volumen del relleno de horno, en especial en la región por debajo de los electrodos (13) , y/o

â?¢ valores característicos (MM) como medida de la modificación de la parte de producto de fusión situada sobre la pared de horno,

caracterizado porque

â?¢ para la región de influencia térmica de cada arco eléctrico del electrodo (13) afectado se generan valores característicos locales,

â?¢ de los valores característicos locales se deducen picos de carga térmicos locales, existentes o previos, en las regiones de influencia de los arcos eléctricos,

â?¢ en función de los valores característicos generados, se modifica en un primer orden la distribución de energía entre los arcos eléctricos electrodos durante el tiempo necesario, de tal modo que se debilitan los picos de carga térmica o se evita su aparición,

â?¢ en función de los valores característicos generados, se reduce durante el tiempo requerido y en un segundo orden la potencia térmica de los arcos eléctricos, mediante la reducción de la tensión secundaria de un transformador de horno (15) que alimenta los electrodos (13) y/o mediante la modificación de la reactancia de una reactancia suplementaria (16) conectada en serie a los electrodos (13) , si el efecto conseguido mediante la modificación de primer orden de la distribución de energía no es suficiente o puede preverse que este efecto no va a ser suficiente, para anular o evitar los picos de carga térmica.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los valores característicos (SM) se generan para la radiación térmica que incide sobre la pared de horno, y estos se enlazan con un valor característico (E) para la energía específica aplicada desde la adición de la última carga de producto de fusión por unidad de masa de producto de fusión de la última carga.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque adicionalmente, para el margen de influencia térmico de cada electrodo se generan valores característicos locales (T) para la carga térmica sobre la pared de horno y/o valores característicos locales (G) para el gradiente de la carga térmica, y estos valores característicos (T, G) se enlazan con los valores característicos locales (SM) correspondientes para la magnitud de radiación térmica que incide sobre la pared de horno.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los valores característicos (SM) se generan para la radiación térmica que incide sobre la pared de horno y, adicionalmente, para el margen de influencia térmico de cada electrodo se generan valores característicos locales (T) para la carga térmica sobre la pared de horno y/o valores característicos locales (G) para el gradiente de una modificación de esa carga térmica, en donde estos valores característicos (T, G) se enlazan con los valores característicos locales (SM) correspondientes para la radiación térmica que incide sobre la pared de horno.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 ó 4, caracterizado porque mediante los valores característicos

(T) generados para la carga térmica sobre la pared de horno y/o valores característicos (G) para el gradiente de una modificación de esta carga térmica se reduce la potencia térmica de los arcos eléctricos, mediante la activación de un transformador de horno y/o de una reactancia suplementaria, durante el tiempo en el que estos valores característicos estén situados por encima de un valor crítico para la pared de horno.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se generan los valores característicos (M) para la fragmentación del producto de fusión (20) en el volumen del relleno de horno, en especial en la región por debajo de los electrodos (13) , y estos se enlazan con un valor característico (E) para la energía 9

específica aplicada por unidad másica de producto de fusión de la última carga desde la adición de la última carga de producto de fusión.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se generan los valores característicos (MM) como medida de la modificación de la parte de producto de fusión que hace contacto con la pared de horno, y estos se enlazan con un valor característico (E) para la energía específica aplicada por unidad másica de producto de fusión de la última carga desde la adición de la última carga de producto de fusión.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque que la potencia térmica en el interior del recipiente de horno (12) se aumenta adicionalmente mediante reacciones químicas, con el uso de un quemador (17) y/o una lanza (18) , en donde en función de los valores característicos generados se reduce la potencia térmica de las reacciones químicas, durante el tiempo necesario, mediante la reducción de la alimentación de combustible al quemador (17) y/o de oxígeno a la lanza (18) .

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque se generan los valores característicos (SM) para la radiación térmica que incide sobre la pared de horno y/o los valores característicos (MM) como medida de la modificación de la parte de producto de fusión que hace contacto con la pared de horno, y estos se enlazan con un valor característico (E) para la energía específica aplicada por unidad másica de producto de fusión de la última carga desde la adición de la última carga de producto de fusión.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque adicionalmente, para el margen de influencia térmico de cada arco eléctrico se generan valores característicos locales (T) para la carga térmica sobre la pared de horno y/o valores característicos locales (G) para el gradiente de esta carga térmica, y estos valores característicos (T, G) se enlazan con los valores característicos locales (SM, MM) correspondientes conforme a la reivindicación 9.

11. Instalación de tratamiento de señales para un horno de arco eléctrico, con un código de programa legible por máquina, que presenta órdenes de control que autorizan a la instalación de tratamiento de datos a llevar a cabo un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9.

12. Código de programa legible por máquina para una instalación de tratamiento de señales para un horno de arco

eléctrico, en donde el código de programa presenta órdenes de control que autorizan a la instalación de tratamiento de datos a llevar a cabo el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9.

13. Medio de archivo con un código de programa legible por máquina archivado en el mismo conforme a la reivindicación 12.