Procedimiento para hacer funcionar un horno de arco eléctrico, instalación de control y/o regulación para un horno de arco eléctrico y horno de arco eléctrico.

Procedimiento para hacer funcionar un horno de arco eléctrico, en donde con al menos un electrodo se genera un arco eléctrico para fundir metal

, en donde un arco eléctrico asociado al menos un electrodo presenta una primera potencia de radiación sobre la base de un primer juego de parámetros de funcionamiento ajustado, en donde el horno de arco eléctrico se hace funcionar conforme a un programa de marcha prefijado, que se basa en un desarrollo de proceso esperado, en donde se vigila si entre el desarrollo de proceso real y el desarrollo de proceso esperado existe una desviación indeseada, caracterizado porque en el caso de existir una desviación se prefija una segunda potencia de radiación modificada y, con base en la segunda potencia de radiación modificada, se establece un segundo juego de parámetros modificado, en especial al menos un valor de impedancia

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/051409.

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-2484701_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para hacer funcionar un horno de arco eléctrico, instalación de control y/o regulación para un horno de arco eléctrico y horno de arco eléctrico

La invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar un horno de arco eléctrico, en donde con al menos un electrodo se genera un arco eléctrico para fundir metal, en donde un arco eléctrico asociado al al menos un electrodo presenta una primera potencia de radiación sobre la base de un primer juego de parámetros de funcionamiento ajustado, en donde el horno de arco eléctrico se hace funcionar conforme a un programa de marcha prefijado, que se basa en un desarrollo de proceso esperado, en donde se vigila si entre el desarrollo de proceso real y el desarrollo de proceso esperado existe una desviación indeseada. Además de esto, la invención se refiere a una instalación de control y/o regulación correspondiente para un horno de arco eléctrico, así como a un horno de arco eléctrico.

Para la producción de acero en un horno de arco eléctrico se funde chatarra normalmente con un programa de marcha archivado fijamente, en el que se prefijan los valores nominales de la regulación de electrodos (por ejemplo en forma de valores nominales de corriente o ¡mpedancia). Estos valores nominales deben garantizar una productividad y rentabilidad elevadas y se basan casi siempre en valores experimentales. A causa de características variables de la chatarra a fundir debería realizarse de forma ideal una adaptación del programa de marcha al desarrollo real del proceso. De este modo la broza de chatarra puede tener una densidad a granel que difiera, tanto localmente como en conjunto, lo que influye en la velocidad del progreso de la fusión.

Para evitar pérdidas de energía excesivas debería adaptarse el punto de trabajo eléctrico, en cualquier caso, al progreso real de la fusión. Esto puede realizarse básicamente de diferente forma según el tipo de ejecución de la regulación de un horno de arco eléctrico. En la mayoría de los casos los parámetros correspondientes son la reactancia de una bobina de estrangulación conectable en etapas, la tensión/ las tensiones secundaria(s) de conductores externos de un transformador de horno conectable de forma escalonada y la corriente de arco eléctrico, respectivamente la ¡mpedancia, a través de los valores nominales para la regulación de electrodos.

A través de estas magnitudes de ajuste puede controlarse el proceso de fusión. Estas magnitudes se prefijan normalmente a través de un diagrama, respectivamente diagrama de marcha, en función de la energía aplicada.

Si el desarrollo de proceso difiere del desarrollo esperado, que está archivado en el diagrama de marcha, debería intervenirse en el desarrollo automatizado a través de las magnitudes antes citadas.

Para el caso de una desviación simétrica, es decir de una desviación que afecte a todo el horno, esto puede suceder teniendo en cuenta la carga nominal de los recursos, por ejemplo mediante una modificación uniforme o simétrica de los valores nominales de ¡mpedancia. Sin embargo si sólo se ven afectadas algunas regiones del horno por una desviación del proceso de fusión esperado, es necesario proceder de forma diferenciada.

Si se vierte la broza de chatarra en una región del horno más rápidamente, debería procederse específicamente con el objetivo de ajustarse a este desarrollo de proceso asimétrico. Una diferencia así en el comportamiento de fusión de diferentes regiones del recipiente de horno puede estar causada, por ejemplo, por una falta de homogeneidad local en la inserción de chatarra. La consecuencia es la configuración de unas regiones especialmente calientes en el recipiente de horno (hot-spots). La radiación y el apantallamiento diferentes de los arcos eléctricos pueden obtenerse por ejemplo mediante la distribución de temperaturas del panel o, mejor y más rápidamente, mediante el cálculo de los factores de apantallamiento, como se describe en la publicación para información de solicitud de patente WO 2995396 A1.

Una reducción de la potencia de fusión de todo el horno de arco eléctrico alargaría innecesariamente la duración del proceso y, de este modo, reduciría la productividad. Es ventajoso no reducir la potencia de fusión, sino redistribuirla en el recipiente de tal forma, que las regiones con mucha chatarra no fundida reciban una mayor potencia de radiación.

Un menor apantallamiento de arcos eléctricos aislados, que conduce a un calentamiento indeseado de paneles enfrentados a causa de la radiación, debería conducir por el contrario a la reducción de la potencia de radiación. Según la ejecución del horno, una distribución asimétrica así de la potencia de radiación puede llevarse a cabo de modo y manera diferentes.

Una desviación de la dirección del proceso prefijado fijamente mediante el programa de marcha se lleva a cabo de dos maneras. Por un lado el personal manipulador puede intervenir manualmente en el desarrollo del proceso, con base en su experiencia personal o con base en mensajes de alerta. Por otro lado mediante un acuse de recibo del proceso, ejecutado casi siempre en forma de una valoración del estado térmico del panel del recipiente de horno, puede realizarse una adaptación al desarrollo momentáneo del proceso. De este modo y manera puede regularse de

forma automatizada el punto de trabajo eléctrico en forma de prefijaciones eléctricas de valores nominales. Habitualmente una adaptación de potencia de este tipo se realiza simétricamente en las tres fases.

En el caso de la regulación automatizada citada en último lugar se calcula, con base en el estado térmico, cómo debe modificarse la potencia de fusión de los arcos eléctricos. Diferentes investigaciones han mostrado que la potencia de fusión de los arcos eléctricos está caracterizada esencialmente por convección y radiación térmica. En el caso aquí contemplado de la potencia de fusión directamente sobre los elementos de pared o la chatarra situada delante, tiene un interés especial la potencia de radiación entregada por los arcos eléctricos.

Algunas pocas soluciones automatizadas prevén también el ajuste asimétrico de las prefijaciones de valores nominales. Para esto se adaptan los valores nominales de las impedanclas de barra, según reglas eurístlcas, o bien se eligen tensiones de horno asimétricas en el caso de un transformador de horno apropiado. Una prefijación directa de la distribución de radiación buscada no es posible hasta hoy. Partiendo de las impedancias elegidas puede establecerse a continuación, a través de modelos empíricos, la distribución de radiación conseguida.

Aparte de esto es conocido que el cálculo de las magnitudes eléctricas, basado en lo cual después se estima la potencia de radiación, se lleve a cabo sobre la base de esquema de conexiones sustitutorio linealizado y simplificado, véase por ejemplo S. Kóhle, esquemas de conexiones sustitutorio y modelos del sistema de alta corriente de hornos de arco eléctrico de corriente alteran, acero y hierro 11, páginas 51 a 59. Un planteamiento más amplio consiste en enlazar las potencias de radiación así encontradas con un diagrama circular, por ejemplo conocido de Górtleret al., Energetically optimized Control of an Electric Are Furnace, IEEE International Conference on Control Applications, Taipeh, Taiwán, páginas 137 a 142.

Del documento DE 197 11 453 A1 se conoce un procedimiento para regular o controlar un proceso de fusión en un horno de arco eléctrico de corriente alterna. Aquí se detecta la temperatura en el entorno de un electrodo y, con base en la temperatura detectada, se ajusta la potencia efectiva del electrodo. Aquí existe el Inconveniente de que no se realiza una intervención de control... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para hacer funcionar un horno de arco eléctrico, en donde con al menos un electrodo se genera un arco eléctrico para fundir metal, en donde un arco eléctrico asociado al menos un electrodo presenta una primera potencia de radiación sobre la base de un primer juego de parámetros de funcionamiento ajustado, en donde el horno de arco eléctrico se hace funcionar conforme a un programa de marcha prefijado, que se basa en un desarrollo de proceso esperado, en donde se vigila si entre el desarrollo de proceso real y el desarrollo de proceso esperado existe una desviación ¡ndeseada, caracterizado porque en el caso de existir una desviación se prefija una segunda potencia de radiación modificada y, con base en la segunda potencia de radiación modificada, se establece un segundo juego de parámetros modificado, en especial al menos un valor de impedancia.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el asegundo juego de parámetros de funcionamiento se establece Iterativamente.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque para el establecimiento iterativo se utiliza un primer modelo, para establecer una potencia de radiación a partir de magnitudes eléctricas.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque adicionalmente se utiliza un segundo modelo con el que se trasladan las magnitudes que influyen indirectamente en la potencia de radiación, en especial la impedancia, a las magnitudes eléctricas que Influyen directamente en la potencia de radiación, en especial corriente de arco eléctrico y/o resistencia.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el segundo modelo utiliza para la transición un esquema de conexiones eléctrico sustitutorio para el horno de arco eléctrico.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque para establecer el segundo juego de parámetros de funcionamiento modificado se tiene en cuenta el cumplimiento de las condiciones secundarias, en especial las limitaciones técnicas del funcionamiento del horno de arco eléctrico.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la segunda potencia de radiación modificada se prefija en función de un apantallamiento del arco eléctrico, existentes en el horno de arco eléctrico.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la segunda potencia de radiación modificada se prefija en función de una distribución de chatarra y/o fragmentación existente en el horno de arco eléctrico.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el horno de arco eléctrico presenta tres electrodos, a los que está asociado en cada caso un arco eléctrico, en donde si existe una desviación para al menos dos arcos eléctricos, de forma preferida cada uno de los tres, se fija en cada caso una segunda potencia de radiación modificada, con base en la cual se establece un segundo juego de parámetros de funcionamiento para al menos dos, de forma preferida cada uno de los tres arcos eléctricos.

1. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque se modifica la potencia de radiación de al menos dos arcos eléctricos, en donde la suma de las diferentes potencias de radiación es fundamentalmente igual a las de los arcos eléctricos asociados a los tres electrodos, antes y después de modificar la potencia de radiación.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el horno de arco eléctrico presenta tres electrodos, a los que en cada caso está asociado un arco eléctrico, en donde si existe una desviación para cada arco eléctrico se prefija en cada caso una segunda potencia de radiación modificada, y con base en esta segunda potencia de radiación se establece un juego de parámetros de funcionamiento común, en especial valores de impedancia, de tal forma que cada arco eléctrico alcanza la potencia de radiación fijada.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la potencia de radiación para los tres arcos eléctricos se fija de tal modo que se reduce, en especial se minimiza, una carga térmica del horno de arco eléctrico, en especial de los elementos de refrigeración del horno de arco eléctrico.

13. Instalación de control y/o regulación para un horno de arco eléctrico, que comprende un código de programa legible mediante una máquina, que presenta órdenes de control que, al ejecutarse, autorizan a la instalación de control y/o regulación a llevar a cabo el procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores.

14. Horno de arco eléctrico para fundir metal, con al menos un electrodo, de forma preferida tres, para generar un arco eléctrico, con una instalación de control y/o regulación según la reivindicación 13, en donde la instalación de control y/o regulación está unida de forma efectiva a unos medios para ajustar una potencia de radiación y/o magnitudes en las que Influye la potencia de radiación