Dispositivo y procedimiento de medición de la temperatura del metal líquido en un horno eléctrico.

Dispositivo de medición de la temperatura del metal (40) líquido en un horno (30) de arco eléctrico,

u otrorecipiente similar a un horno, que comprende una tubería (14) de suministro que tiene un extremo inferior con unaboquilla (25) para suministrar un chorro de gas inerte o de aire contra la capa de escoria por encima del menisco(41) de metal (40) líquido, y medio (22) de detección óptica para detectar dicha temperatura, caracterizado porqueel medio (22) de detección óptica está asociado a una parte superior de la tubería (14) de suministro y porque eldispositivo comprende además un tubo (18) para introducir el gas inerte en la tubería (14) de suministro, en el que laconexión entre el tubo (18) y la tubería (14) de suministro está situada aguas abajo de dicho medio (22) de detecciónóptica, y en el que el tubo (18) está asociado con una válvula (19) configurada para suministrar un impulso de flujo avelocidad supersónica de gas inerte o de aire.

Dispositivo y procedimiento de medición de la temperatura del metal líquido en un horno eléctrico Campo de la invención La presente invención se refiere a un dispositivo, y al procedimiento correspondiente, para medir la temperatura del metal líquido, por ejemplo acero o similares, en un horno de arco eléctrico u otro recipiente de fundición similar análogo o comparable a un horno.

En particular, la invención se refiere a un dispositivo y procedimiento de medición que no requieren el contacto del instrumento de medición con el baño de metal líquido, cuya temperatura se desea conocer.

Antecedentes de la invención Se sabe que, durante el proceso de fundición en un horno de arco eléctrico, es muy importante conocer con precisión la temperatura del baño de líquido y para obtener el mayor número posible de valores de dicha temperatura en el curso del proceso.

La medición se puede realizar de forma continua o con mediciones del tipo discretas, introduciendo en momentos predeterminados los instrumentos de medición adecuados en contacto o en proximidad con el metal líquido cuya temperatura se va a medir. Tales mediciones se divulgan en los documentos US 6 172 367, US 2004/0240518 y US

5.951.164.

Las soluciones que prevén sumergir el instrumento de medición en, o en cualquier caso, ponerlo en contacto incluso durante un corto tiempo con, el metal líquido no son muy fiables en la medida en que requieren sistemas de refrigeración intensos que pueden alterar el resultado de la medición, y están sujetos a un desgaste prematuro y necesitan un mantenimiento costoso y frecuente.

Por ejemplo, la solución descrita en el documento JP 6129912 A prevé utilizar un termopar, protegido por un cartucho consumible y de un solo uso, que se sumerge manualmente o por medio de sistemas mecánicos automatizados, en el baño de líquido. Con cada una de las mediciones, el cartucho tiene que cambiarse, y generalmente no se realiza más de una medición para cada ciclo de fundición para limitar el coste de las piezas de repuesto. Adicionalmente, esta solución no permite realizar la medición continua.

Se conocen también soluciones, por ejemplo, a partir de los documentos JP 62 293 128 A y a partir de JP 62 226 025 A, que prevén a utilizar un dispositivo de medición de temperatura que comprende un instrumento de medición montado directamente en una lanza a través de la que se sopla oxígeno a alta presión, para liberar a una superficie del metal de la escoria y exponerla para su detección por el instrumento de medición.

Sin embargo, estas soluciones tampoco son muy fiables, en la medida en que el oxígeno que se inyecta en el baño aumenta la temperatura del mismo, falsificando la medición y haciéndola, por tanto, que no sea muy fiable.

Estas soluciones están también fácilmente sujetas a desgaste, en particular, a un sobrecalentamiento e impactos contra la chatarra.

Por otra parte, estas soluciones son problemáticas debido a que el dispositivo de medición es golpeado por el chorro de gas o de aire a muy alta velocidad, lo que crea por un lado pérdidas de carga en el flujo, y por lo tanto menos fuerza de impacto del chorro de gas/aire contra la capa de escoria, y por el otro lado posibles daños y desgaste en el instrumento de medición y, posiblemente, una menor sensibilidad y por consiguiente menor precisión en la medición.

Otra desventaja de las soluciones conocidas es que es difícil garantizar el mantenimiento de una distancia constante, o al menos una distancia conocida, entre el dispositivo de medición y el menisco del metal líquido, en particular, debido a la reducción en el espesor del material refractario a medida que avanza el ciclo de fundición, o debido a las fluctuaciones en el nivel del metal líquido debido a otras causas. Esta variación en la distancia entre el dispositivo de medición y el menisco del metal líquido provoca la pérdida de precisión en la medición.

Un primer propósito de la presente invención es obtener un dispositivo, y el procedimiento correspondiente, para medir la temperatura del metal líquido en un horno de fundición que sean simples y económicos y que reduzcan a un mínimo la necesidad de mantenimiento y sustitución de piezas.

Otro propósito es conseguir un dispositivo que esté mínimamente sujeto a riesgos de daños y al desgaste, y que garantice en cualquier caso mediciones precisas, fiables y sustancialmente constantes independientemente de las variaciones en el nivel del menisco del metal líquido, cuya temperatura se desea conocer.

El solicitante ha ideado, probado y realizado la presente invención para obtener estos fines, y otras ventajas como se mostrará a continuación en el presente documento.

Sumario de la invención La presente invención se expone y caracteriza en las respectivas reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la idea inventiva principal.

El dispositivo para medir la temperatura de acuerdo con la presente invención se aplica preferentemente, pero no necesariamente, a un horno de arco eléctrico (HAE) del tipo que tiene un orificio para descargar el acero líquido que se encuentra en la parte inferior de la solera en una posición excéntrica ("descarga de colada inferior excéntrica" (EBT) ) , para evitar que la escoria espumosa acompañe al acero líquido durante la descarga de colada.

Este tipo de horno proporciona también la posibilidad de bascular alrededor de un eje, por medio de sistemas de accionamiento adecuados, para efectuar, por ejemplo, las operaciones para descargar la escoria, por un lado, y para aprovechar el acero líquido de la EBT, por el otro lado.

Durante su uso, ventajosamente, el dispositivo de medición de acuerdo con la invención se monta en una posición algo elevada con respecto al menisco del acero líquido, preferiblemente igual o superior a 1 metro. En esta posición, el extremo inferior del dispositivo, insertado en el interior del horno, está ventajosamente protegido de posibles impactos con la chatarra durante la etapa de carga, y también de posibles salpicaduras de acero y de escoria, y también de los riesgos de sobrecalentamiento, por otra parte, esta posición elevada asegura que el dispositivo no sea alcanzado nunca por el nivel de la escoria.

El dispositivo de acuerdo con la invención consiste esencialmente en una tubería tubular enfriada, por ejemplo, mediante la circulación de agua por una camisa externa, que se extiende ventajosamente hasta una parte considerable de la longitud total del dispositivo; la entrada y salida de agua en dicha camisa se consiguen por medio de dos tubos adecuados.

En una realización preferente, el dispositivo está contenido en una caja o recipiente, amovible y/o de abertura, que tiene también la tarea de protegerlo de daños y facilitar la retirada del mismo para las operaciones de mantenimiento o reparación.

En la extensión axial de la tubería, fuera y por encima de la misma, se dispone un instrumento de detección óptica, capaz de medir sin contacto la temperatura del acero líquido.

El principio de funcionamiento del dispositivo de acuerdo con la invención se basa en la abertura de un paso en la capa de escoria por medio de un chorro de fluido gaseoso, por ejemplo aire o gas inerte, emitido a alta velocidad, de manera ventajosa con un impulso de flujo, a través de dicha tubería tubular, y en efectuar la lectura de la temperatura indirectamente, sin contacto, a través de dicho instrumento óptico.

De acuerdo con una característica del dispositivo de acuerdo con la invención, el instrumento de detección óptica está situado en una posición aguas arriba de la entrada del chorro de gas inerte o de aire dentro de dicha tubería tubular.

Gracias a este posicionamiento del instrumento de detección, el chorro de gas inerte/aire no se ve perturbado por ningún elemento de obstrucción en su recorrido en el interior de la tubería tubular desde la entrada hasta la salida del dispositivo. De esta manera, no hay pérdidas de carga y, por lo tanto, no hay reducción en la fuerza de impacto del chorro, que puede por tanto dirigirse contra la escoria con la máxima fuerza posible.

Por otra parte, el flujo mantiene, también en la salida de la tubería tubular, una sección sustancialmente constante hasta el punto de impacto con la escoria, y una longitud coherente proporcional con los valores de flujo y la presión de alimentación, lo que implica una mayor eficacia en la abertura del paso en la escoria por medio del chorro.

En una realización preferida de la invención, aguas arriba de los tubos de entrada y de salida del agua de refrigeración,... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de medición de la temperatura del metal (40) líquido en un horno (30) de arco eléctrico, u otro recipiente similar a un horno, que comprende una tubería (14) de suministro que tiene un extremo inferior con una boquilla (25) para suministrar un chorro de gas inerte o de aire contra la capa de escoria por encima del menisco (41) de metal (40) líquido, y medio (22) de detección óptica para detectar dicha temperatura, caracterizado porque el medio (22) de detección óptica está asociado a una parte superior de la tubería (14) de suministro y porque el dispositivo comprende además un tubo (18) para introducir el gas inerte en la tubería (14) de suministro, en el que la conexión entre el tubo (18) y la tubería (14) de suministro está situada aguas abajo de dicho medio (22) de detección óptica, y en el que el tubo (18) está asociado con una válvula (19) configurada para suministrar un impulso de flujo a velocidad supersónica de gas inerte o de aire.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el tiempo de abertura de la válvula (19) es de aproximadamente 1 segundo.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, instalado en un horno (30) de arco eléctrico que tiene el orificio (34) de descarga de colada del metal (40) líquido en la parte (32) inferior de la solera (31) situado en una posición excéntrica, caracterizado porque está montado en el borde externo del horno (30) al lado de dicho orificio (34) de descarga de colada.

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque en la posición no basculada del horno (30) , tiene una posición de montaje elevada con respecto al menisco (41) del metal (40) líquido, al menos igual a 1 metro .

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos la boquilla (25) , insertada en el interior del horno (30) , de dicha tubería (14) de suministro del chorro de gas inerte o de aire, está asociada con una camisa (27) externa para la refrigeración y protección mecánica.

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque dicha camisa (27) externa está montada en el interior del horno (30) y permanece en posición también en el caso de que el dispositivo (10) sea retirado.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo tiene una posición de montaje operativa con un eje inclinado con respecto a la vertical hacia la parte (32) inferior de dicho horno (30) .

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo comprende un recipiente (12) para alojar y proteger la tubería de suministro de gas inerte o de aire (14) y al medio (22) de detección óptica.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha válvula es una electroválvula (19) de dos vías electro del tipo abierta-cerrada.

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha válvula es una válvula (19) proporcional conectada al tubo (18) por medio de una línea de distribución de gas inerte o de aire a alta presión.

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha tubería de suministro de gas inerte o de aire (14) tiene, al menos en correspondencia con su sección de salida, una configuración interna en forma de una boquilla (25) convergente/divergente.

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio (22) de detección óptica es del tipo bicromático, es decir, capaz de leer dos bandas de frecuencia.

13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo comprende uno o más conductos situados alrededor de dicha tubería (14) de suministro, a través de los que una mezcla de un combustible gaseoso y oxígeno es suministrada para obtener, a la salida de dicha tubería (14) , una llama anular de protección alrededor de dicho chorro de gas durante el suministro del gas hacia la escoria (42) .

14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo comprende uno o más quemadores situados cerca de y/o alrededor de dicha tubería (14) de suministro para el suministro de una mezcla de un combustible gaseoso y oxígeno para mantener limpio y libre de obstrucciones, el espacio del horno a través del que el pirómetro (22) realiza su detección.

15. Procedimiento de medición de la temperatura del metal (40) líquido en un horno (30) de arco eléctrico, u otro recipiente de fundición similar análogo o comparable a un horno, en el que es utilizado un dispositivo (10) de medición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, que comprende al menos una etapa de suministrar un chorro de gas inerte o de aire contra la capa de escoria por encima del menisco (41) de metal (40) líquido con un impulso de flujo a velocidad supersónica, y una etapa de detectar la temperatura sin contacto mediante un medio (22) de detección óptica, y en el que simultáneamente con dicha etapa de suministrar el chorro de aire/gas, o inmediatamente antes, dicho horno (30) o recipiente es basculado para llevar a dicho dispositivo (10) de medición a una posición más cercana con respecto a dicho menisco (41) de metal (40) líquido, en el que la posición de entrada del impulso de flujo de gas inerte o de aire está situada aguas abajo de la ubicación del medio

(22) de detección óptica.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque la cantidad de basculamiento del horno (30) es tal como para llevar la distancia del dispositivo (10) desde el menisco (41) a un valor predefinido.

17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15 o 16, caracterizado porque el chorro de gas inerte o de aire es producido a través de una válvula (19) de apertura-cierre que se mantiene abierta durante un tiempo de aproximadamente 1 segundo.

18. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque proporciona un flujo de aire a presión, incluso cuando la válvula (19) de apertura-cierre está cerrada, para efectuar un lavado continuo de la tubería (14) de suministro, para evitar bloqueos en la misma, por ejemplo, en las etapas de cargar la chatarra.