Sistema de medición de temperatura.

Un sistema de medición de temperatura para controlar la temperatura de una barra de metal (104) en un sistema de colada continua (100) que comprende:

a) un sensor de temperatura (118) adaptado y configurado para recibir energía térmica de la barra de metal (104); y

b) una tira bimetálica generalmente alargada (120) asociada operativamente con el sensor de temperatura (118), estando configurada y adaptada la tira bimetálica (120) para mover el sensor de temperatura (118) en respuesta a la energía térmica recibida desde la barra de metal (104) hacia atrás y adelante entre:

i) una primera posición en la ausencia de la barra de metal (104), en la que la tira bimetálica (120) retrae el sensor de temperatura (118) a una posición que despeja un maniquí (116) pasante sin dañar el sensor (118); y

ii) una segunda posición cuando está en presencia de la barra de metal (104), en la que el sensor de temperatura (118) está en contacto térmico con la barra de metal (104) .

Sistema de medición de temperatura Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se refiere a un sistema de medición de temperatura para controlar las temperaturas de operación en un proceso. Particularmente, la presente invención se refiere a un sistema de medición de temperatura en el que el sensor de temperatura está desviado en la dirección de la energía térmica emitida por el cuerpo a medir.

Descripción de la técnica relacionada Una variedad de dispositivos de medición de temperatura son conocidos en la técnica para controlar las temperaturas dentro de un proceso. De estos dispositivos, muchos están dirigidos a medir la temperatura del metal que está colándose en un proceso de colada continua.

En una máquina de colada continua (o "fundidor") , el metal fundido se vierte en un molde opuesto de cobre refrigerado que controla la anchura física y el espesor del producto acabado. El metal sale del molde en forma de una barra o desbaste plano que tiene una fina capa de metal solidificado con un núcleo de metal fundido. La barra continúa en una zona de refrigeración secundaria para solidificar aún más el metal. A medida que el metal se hace pasar a través de la máquina, el mismo se enfría gradualmente (refrigeración secundaria) con pulverizadores de agua o pulverizadores de mezcla agua/aire que se utilizan para convertir el metal fundido de un estado líquido a un estado semi-sólido a medida que cambia la dirección de la dirección vertical a la dirección horizontal para la manipulación y procesamiento. La velocidad de refrigeración tiene un efecto directo sobre la característica metalúrgica del metal que se está produciendo y existe una curva de refrigeración ideal, conocida por los expertos en la materia, que se debe seguir para conseguir la mejor calidad.

Desafortunadamente, debido al diseño de las máquinas de colada continua por módem, el mejor control posible de la temperatura está limitado en virtud del estado de la técnica. Desde la salida del molde hasta el punto horizontal, la longitud de la máquina de colada continua se divide en zonas y valores preestablecidos de flujo de agua están disponibles para aumentar o disminuir el volumen de agua de refrigeración en aquellas zonas para alcanzar una temperatura de salida de la zona. Actualmente, la temperatura superficial metálica se mide con pirómetros ópticos o dispositivos similares. Sin embargo, no se han realizado intentos exitosos para integrar dicha temperatura en una curva predeterminada tal como una curva ideal, y el resultado es una refrigeración imprecisa. Esto se debe en gran parte a la incapacidad de los sistemas tradicionales de medición para hacer lecturas de temperatura precisas en el entorno de colada, que incluye diversos flujos de temperatura de los fluidos de refrigeración, gases, vapor caliente y otras impurezas, y del metal en las diversas etapas de la transición de líquido a sólido.

Es deseable mantener la temperatura superficial del metal controlada a fin de evitar fisuras superficiales o defectos internos, que pueden ocurrir si el metal se enfría demasiado rápido, o evitar un escape de metal fundido desdel núcleo del desbaste plano. El escape es un problema importante que se produce cuando se rompe la capa fina de la barra de material, permitiendo que el metal todavía fundido dentro de la barra se derrame y ensucie el sistema de colada, lo que requiere una parada costosa. A menudo, el escape se debe a una tasa de retirada demasiada alta, lo que da como resultado que la capa no tenga suficiente tiempo para solidificarse hasta el espesor requerido. Como alternativa, el escape se puede deber a que el metal esté demasiado caliente, lo que significa que la solidificación final se realiza por debajo de los rodillos de enderezamiento y la barra se rompe debido a las tensiones aplicadas durante el enderezamiento. Un escape típico puede costarle a una fábrica de acero $250.000 y no es raro tener dos o tres escapes al mes.

Estos fallos dan como resultado, desechos, procesamientos más costosos, o costosas y peligrosas consecuencias para el personal y para el equipo. En particular, para la industria del acero, las temperaturas superficiales adecuadamente controladas resultan en una mejor calidad del acero y en mayores tasas de producción. Para reducir al mínimo los escapes, la sabiduría convencional es seguir procesos de refrigeración empíricamente establecidos, que tienden a sobre-refrigerar el desbaste plano a medida que pasa por la máquina de colada. Esto se logra controlando el flujo de refrigerante, con la ayuda de una serie de caudales preestablecidos. Los caudales preestablecidos se ajustan para lograr una temperatura aproximada en varios puntos a lo largo de la máquina de colada. Aunque la temperatura del desbaste plano a veces se controla con un dispositivo de medición, este dispositivo no está integrado en el sistema de control de refrigerante. Es común tener sólo un pirómetro fijo a la salida de la máquina de colada antes que se corte el desbaste plano. La falta de control de temperatura precisa resultante durante la formación de la capa puede afectar a la calidad del producto debido a la incapacidad del sistema para seguir una tasa de refrigeración preferida.

Se han hecho intentos en la técnica para hacer frente a estas deficiencias, proporcionando un mecanismo de retroalimentación para controlar la refrigeración del desbaste plano a medida que pasa a través de la máquina de colada. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos N° 4.073.332 describe un sistema de este tipo. Sin embargo, estos sistemas sufren de ciertas deficiencias. Un ejemplo particular de tal deficiencia es la falta de sensores de

temperatura que son adecuados para el ambiente hostil en el interior de una máquina de colada, que tiende a ser extremadamente caliente con muy baja visibilidad y alta vibración. Esta deficiencia se reconoce en parte por la Patente de Estados Unidos N° 4.073.332 en la Col. 5, líneas 6-10. Además, se ha reconocido por otros que el enfoque descrito en la Patente de Estados Unidos N° 4.073.332 no es factible. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos N° 4.699.202 reconoce las deficiencias de la Patente de Estados Unidos N° 4.073.332 en la Col. 2, líneas 821 en detalle. Las memorias descriptivas de cada una de estas patentes se incorporan por referencia en sus totalidades en el presente documento.

El documento US 4.707.148 describe un dispositivo de detección de temperatura por termopar que comprende termopares fijados a una nervadura de soporte común por medio de un elemento térmico que incluye una tira de metal con memoria de forma. El documento US 3.015.234 describe un sistema de medición de temperatura para medir la temperatura de un recipiente caliente que comprende un elemento de detección de temperatura mantenido en contacto forzado con la pared de un pozo que sobresale en el recipiente por la flexión de una tira bimetálica. El documento US 4.699.202 describe un sistema y procedimiento para refrigerar una tira de metal en un sistema de colada continua. El documento US 4.787.438 describe un procedimiento y aparato para la colada continua de una tira de metal, por ejemplo, una tira de acero.

Lo necesario para mejorar la calidad y cantidad de materiales de colada continua junto con un menor tiempo de parada es una unidad en ciertas industrias de producción de metales, tales como la industria del acero. El estado de la técnica aún no incluye un sistema para medir la temperatura del metal continuamente colado con una precisión suficiente para permitir el control activo del proceso de colada continua de un modo significativo. Todavía existe una necesidad ampliamente sentida en la técnica para tal sistema. También existe una necesidad en la técnica para tal sistema de medición de temperatura que sea fácil de fabricar y utilizar, y que sea lo suficientemente robusto como para funcionar de forma fiable en entornos hostiles, tales como, en un proceso de colada continua. La presente invención proporciona una solución para estos problemas.

Sumario de la invención El objetivo y ventajas de la presente invención se expondrán en y resultarán evidentes a partir de la descripción que sigue a continuación. Las ventajas adicionales de la invención se realizarán y alcanzarán mediante los procedimientos y sistemas particularmente señalados en la descripción escrita y en las reivindicaciones de la misma, así como a partir de los dibujos adjuntos.

Para lograr estas y otras ventajas y de acuerdo con el propósito de la invención, que se representa en este documento, la invención proporciona un sistema... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de medición de temperatura para controlar la temperatura de una barra de metal (104) en un sistema de colada continua (100) que comprende:

a) un sensor de temperatura (118) adaptado y configurado para recibir energía térmica de la barra de metal (104) ; y b) una tira bimetálica generalmente alargada (120) asociada operativamente con el sensor de temperatura (118) , estando configurada y adaptada la tira bimetálica (120) para mover el sensor de temperatura (118) en respuesta a la energía térmica recibida desde la barra de metal (104) hacia atrás y adelante entre:

i) una primera posición en la ausencia de la barra de metal (104) , en la que la tira bimetálica (120) retrae el sensor de temperatura (118) a una posición que despeja un maniquí (116) pasante sin dañar el sensor (118) ; y ii) una segunda posición cuando está en presencia de la barra de metal (104) , en la que el sensor de temperatura (118) está en contacto térmico con la barra de metal (104) .

2. El sistema de medición de temperatura de la reivindicación 1, en el que el sensor de temperatura (118) incluye un termopar.

3. El sistema de medición de temperatura de la reivindicación 2, en el que el termopar es de un tipo seleccionado de la lista que consiste en una punta sensible, unión a tierra, consumible, no consumible, y termopila.

4. El sistema de medición de temperatura de la reivindicación 1, en el que el sensor de temperatura (118) incluye al menos un sensor de temperatura seleccionado de la lista que consiste en un termistor, un termómetro de fibra óptica, un RTD, un TSC, y un conjunto de electrodos calibrados para inferir la temperatura en base a la resistencia eléctrica entre los electrodos.

5. El sistema de medición de temperatura de la reivindicación 1, en el que el sensor de temperatura (118) está en contacto térmico con la barra de metal (104) a través de una capa protectora (122) , mientras está en la segunda posición.

6. El sistema de medición de temperatura de la reivindicación 5, en el que la capa protectora (122) es una barra de desgaste fijada a la tira bimetálica (120) .

7. Un procedimiento para medir una temperatura de un cuerpo (104) , comprendiendo el procedimiento las etapas de:

a) proporcionar un sensor de temperatura (118) con un miembro de desviación sensible al calor (120) acoplado al mismo; b) extender el miembro de desviación sensible al calor (120) desde una primera posición en la que el sensor de temperatura (118) está desplazado lejos del cuerpo (104) , hasta una segunda posición en la que el sensor de temperatura (118) está en estrecha proximidad con el cuerpo (104) en respuesta al calor recibido desdel cuerpo (104) ; c) medir la temperatura del cuerpo (104) con el sensor de temperatura (108) ; d) retirar el cuerpo (104) de la estrecha proximidad con el sensor de temperatura (118) y con el miembro de desviación sensible al calor (120) ; y e) retraer el miembro de desviación sensible al calor (120) desde la segunda posición hasta la primera posición en respuesta a la falta de proximidad con el cuerpo (104) .

en el que el cuerpo (104) es una barra de metal en una sistema de colada continua (100) , y en el que la etapa de retracción incluye retraer el sensor de temperatura (118) a una ubicación que está libre de un maniquí (116) dispuesto de forma que se pueda mover dentro del sistema de colada continua (100) , estando adaptado y configurado el maniquí (116) para coincidir con la barra de metal (104) en la posición extendida cuando una nueva barra de metal se forma inicialmente en el sistema, estando además adaptado y configurado el maniquí (116) para retraerse a medida que la barra se mueve a través del sistema.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que la etapa de extensión incluye la extensión hasta una segunda posición en la que el sensor de temperatura (118) entra en contacto físicamente con una superficie del cuerpo (104) .

9. El procedimiento de la reivindicación 7 u 8, en el que la etapa de medición incluye proteger el sensor de temperatura (118) del contacto físico directo con la barra de metal midiendo la temperatura del cuerpo (104) con el sensor de temperatura dispuesto dentro de una barra de desgaste (122) , estando la barra de desgaste (122) en contacto físico directo con la barra de metal (104) .