MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA LA DETERMINACIÓN SIN CONTACTO DE UNA TEMPERATURA T DE UN BAÑO DE METAL FUNDIDO.

Método para la determinación sin contacto de una temperatura T de un baño de metal fundido (2) en un horno (1) que comprende,

al menos, una unidad de quemador y lanza (3) que se conduce por encima del baño de metal fundido (2) a través de una pared (1b) del horno (1) en una cámara del horno (1a) mediante, al menos, una unidad de medición de temperatura (10) dispuesta a continuación de la, al menos una, unidad de quemador y lanza (3), que presenta las siguientes etapas: a) Accionamiento de la, al menos una, unidad de quemador y lanza (3) en el modo de lanza, en el que un flujo de gas se conduce con una velocidad supersónica hacia la cámara del horno (1a); b) Soplado mediante el flujo de gas para retirar la escoria (2a) de una superficie del baño de metal fundido (2); c) Conformación del flujo de gas durante un primer periodo de tiempo, mediante un primer gas en forma de oxígeno o un gas que contiene oxígeno; d) Conmutación del primer gas a un segundo gas en forma de un gas inerte, manteniendo el modo de lanza durante un segundo periodo de tiempo; e) Medición de la presión p y del caudal del flujo Q del segundo gas, así como una medición permanente de la temperatura, al menos, durante el segundo periodo de tiempo, en donde una temperatura medida sólo se registra como temperatura T del baño de metal fundido (2) después de que el flujo de gas se encuentre en un estado laminar, y después de que durante un intervalo de tiempo Δt de, al menos, 2 segundos sólo se produzcan fluctuaciones de la temperatura medida de 1% como máximo

Método y dispositivo para la determinación sin contacto de una temperatura T de un baño de metal fundido La presente invención hace referencia a un método para la determinación sin contacto de una temperatura T de un baño de metal fundido en un horno que comprende, al menos, una unidad de quemador y lanza que se conduce por encima del baño de metal fundido a través de una pared del horno en una cámara del horno mediante, al menos, una unidad de medición de temperatura dispuesta a continuación de la, al menos una, unidad de quemador y lanza. Además, la presente invención hace referencia a un dispositivo para la determinación sin contacto de una temperatura T de un baño de metal fundido en un horno, en donde dicho dispositivo comprende, al menos, una unidad de quemador y lanza que se conduce por encima del baño de metal fundido a través de una pared del horno en una cámara del horno. Además, la presente invención hace referencia a un horno, particularmente un horno de arco, con un dispositivo de esta clase.

Los hornos para la fabricación y/o la obtención de metales fundidos, se emplean generalmente en la industria del acero. En el caso de un horno de esta clase se puede tratar, por ejemplo, de un horno de arco, un horno de cuchara, una instalación de desgasificación u otra instalación de la metalurgia secundaria. En la fabricación de acero, resulta importante poder lograr en cada momento deseado una temperatura del baño de metal fundido en el horno. Esto se puede realizar mediante una medición por contacto, generalmente mediante una toma manual de muestras y de la temperatura a través de una lanza, o mediante una medición sin contacto en base a una radiación electromagnética emitida por el baño de metal fundido. Dichas mediciones se conocen a partir de los documentos DE 3413589 y US6172367.

De la patente EP 1 440 298 B1 se conoce un dispositivo para la medición continua sin contacto de la temperatura de un baño de metal fundido en un horno. Dicho dispositivo está equipado con un instrumento para el análisis de la temperatura dispuesto en una lanza, que sopla gas inerte contra una superficie de una escoria que se encuentra sobre el baño de metal fundido en el horno o en el recipiente.

De la patente WO 2004/083722 A1 se conoce un dispositivo para el análisis óptico de un baño de metal fundido en un horno. El dispositivo comprende una lanza con un orificio de salida para un flujo de gas coherente, que se orienta hacia el baño de metal fundido, una ventana en la lanza que se encuentra dispuesta de manera tal que los datos ópticos se puedan detectar a lo largo de la dirección de propagación del flujo de gas coherente, así como un analizador y medios para la transmisión de los datos ópticos hacia el analizador.

También se conocen unidades de quemador y lanza que conforman una combinación de un quemador y una lanza, en donde una unidad de esta clase puede funcionar en el modo de quemador o en el modo de lanza.

Los hornos metalúrgicos, particularmente los hornos de arco, presentan generalmente quemadores instalados en la pared del horno y orientados hacia la superficie del baño de metal fundido en la cámara del horno, para introducir energía en el baño de metal fundido o bien, para acelerar el proceso de fundición en el horno. Dicho quemador en el modo de quemador forma una llama. Además, el combustible, particularmente gas natural, aceite y similares, se queman mezclando con un gas de combustión que contiene oxígeno.

Las lanzas se introducen generalmente en el horno de manera localizada y frecuentemente sólo se limitan en el tiempo, por ejemplo, para suministrar gases como oxígeno para el afinamiento del baño de metal fundido, para realizar mediciones o para tomar muestras.

Como en el caso de un quemador convencional, también en el caso de una unidad de quemador y lanza, cuando se acciona en el modo de quemador se crea una llama y se suministra energía a la cámara del horno. Sin embargo, la unidad de quemador y lanza se puede aprovechar como una lanza después de desconectar el modo de quemador, es decir, después de cortar la llama, mediante la cual se puede inyectar un flujo de gas en la cámara de gas y se pueden realizar mediciones en el baño de metal fundido. Además de las conexiones para el combustible y el gas de combustión existentes en un quemador convencional, en una unidad de quemador y lanza existen conexiones de gas para, al menos, un gas a inyectar en el modo de lanza. No se generan costes adicionales ni se requiere espacio adicional para los dispositivos adicionales, cuando se emplea y se modifica un quemador convencional para crear una unidad de quemador y lanza de manera que dicho quemador también se pueda utilizar como una lanza.

En el modo de lanza, el interior de la unidad de quemador y lanza se puede utilizar para realizar una medición de la temperatura en el baño de metal fundido, mediante una unidad de medición de temperatura en la cámara del horno. En particular, en el modo de lanza se inyecta en la cámara del horno además un gas a inyectar con una velocidad supersónica en la dirección del baño de metal fundido, con el fin de retirar soplando la escoria que se forma sobre el baño de metal fundido, y para liberar la superficie del baño de metal fundido de manera localizada para una medición sin contacto de la temperatura. Para crear un flujo de gas con una velocidad supersónica, la unidad de

quemador y lanza presenta particularmente una tobera convergente-divergente, mediante la cual se suministra el gas a inyectar con una presión de algunos bares.

El funcionamiento estándar de un horno metalúrgico se realiza con, al menos, una unidad de quemador y lanza, generalmente de la siguiente manera: Durante la carga en la cámara del horno del material a fundir, la unidad de quemador y lanza funciona con una llama de protección para mantener libre el orificio de la unidad de quemador y lanza, orientado hacia la cámara del horno. A continuación, la unidad de quemador y lanza funciona en modo de quemador, y el rendimiento aumenta gradualmente para ayudar a la fundición del material en la cámara del horno. En cuanto se alcance una cantidad suficiente de baño de metal fundido, la unidad de quemador y lanza se conmuta al modo de lanza y en la cámara del horno se inyecta oxígeno o un gas que contenga oxígeno con una velocidad supersónica para el afinamiento del baño de metal fundido. Generalmente durante el modo de lanza, se enciende nuevamente la llama de protección que rodea al flujo de gas inyectado. En cuanto el horno se encuentre preparado para realizar la colada, es decir, cuando la cámara del horno se pueda vaciar, el flujo de gas se puede cortar, la unidad de quemador y lanza puede seguir funcionando utilizando la llama de protección, y se puede retirar el baño de metal fundido. El funcionamiento estándar comienza nuevamente con la carga del material a fundir en la cámara del horno.

Para realizar una medición de la temperatura sin contacto en el baño de metal fundido conformado, se puede disponer a continuación de una unidad de quemador y lanza, al menos, una unidad de medición de temperatura que se monta en o en las proximidades del extremo de la unidad de quemador y lanza, opuesto al baño de metal fundido. Además, la medición de la temperatura se realiza, por ejemplo, mediante un orificio central en la unidad de quemador y lanza, que se extiende a lo largo de un eje longitudinal de la unidad de lanza quemador a través de dicha unidad, y a través de la cual se puede detectar la radiación electromagnética emitida por el baño de metal fundido.

Sin embargo, se ha observado que una unidad de quemador y lanza en el funcionamiento estándar descrito anteriormente no se puede utilizar sin dificultades para una medición sin contacto de la temperatura. Por lo tanto, durante el modo de quemador existen influencias perturbadoras debido a la propia radiación de la llama, que conducen a una medición incorrecta de la temperatura T del baño de metal fundido. Durante el modo de lanza en el que en el funcionamiento estándar en la cámara del horno se inyecta oxígeno o un gas que contiene oxígeno, el oxígeno en la cámara del horno se quema de manera exotérmica, de manera que también en este caso existen influencias perturbadoras debido al proceso de combustión, que conducen a una medición incorrecta de la temperatura T del baño de metal fundido.

El objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método y un dispositivo de la clase mencionada en la introducción, con los cuales se pueda determinar sin contacto una temperatura T... [Seguir leyendo]

1. Método para la determinación sin contacto de una temperatura T de un baño de metal fundido (2) en un horno (1) que comprende, al menos, una unidad de quemador y lanza (3) que se conduce por encima del baño de metal fundido (2) a través de una pared (1b) del horno (1) en una cámara del horno (1a) mediante, al menos, una unidad de medición de temperatura (10) dispuesta a continuación de la, al menos una, unidad de quemador y lanza (3) , que presenta las siguientes etapas:

a) Accionamiento de la, al menos una, unidad de quemador y lanza (3) en el modo de lanza, en el que un flujo de gas se conduce con una velocidad supersónica hacia la cámara del horno (1a) ;

b) Soplado mediante el flujo de gas para retirar la escoria (2a) de una superficie del baño de metal fundido (2) ;

c) Conformación del flujo de gas durante un primer periodo de tiempo, mediante un primer gas en forma de oxígeno o un gas que contiene oxígeno;

d) Conmutación del primer gas a un segundo gas en forma de un gas inerte, manteniendo el modo de lanza durante un segundo periodo de tiempo;

e) Medición de la presión p y del caudal del flujo Q del segundo gas, así como una medición permanente de la temperatura, al menos, durante el segundo periodo de tiempo, en donde una temperatura medida sólo se registra como temperatura T del baño de metal fundido (2) después de que el flujo de gas se encuentre en un estado laminar, y después de que durante un intervalo de tiempo t de, al menos, 2 segundos sólo se produzcan fluctuaciones de la temperatura medida de 1% como máximo.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde de acuerdo con la etapa e) se realiza una conmutación del segundo gas al primer gas, manteniendo el modo de lanza.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la conmutación del segundo gas al primer gas se realiza en cuanto se detecta un descenso de la temperatura T de más del 1%, durante otro intervalo de tiempo t1 de 10 segundos como máximo.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la conmutación del segundo gas al primer gas se realiza en cuanto se detecta un descenso de la temperatura T de más del 5%, durante el otro intervalo de tiempo t1 de 10 segundos como máximo.

5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde a continuación se repiten las etapas d) y e) .

6. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde mediante la, al menos una, unidad de medición de temperatura (10) se detecta una radiación emitida a lo largo de un eje longitudinal de la unidad de quemador y lanza (3) en dirección a la unidad de quemador y lanza (3) .

7. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la temperatura T del baño de metal fundido

(2) se utiliza para el control y/o la regulación de una variable del proceso para un proceso que se desarrolla en la cámara de horno (1a) .

8. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el primer gas está conformado por oxígeno y el gas inerte, por nitrógeno.

9. Dispositivo para la determinación sin contacto de una temperatura T de un baño de metal fundido (2) en un horno (1) , particularmente de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en donde dicho dispositivo comprende, al menos, una unidad de quemador y lanza (3) que se conduce por encima del baño de metal fundido (2) a través de una pared (1b) del horno (1) en una cámara del horno (1a) , en donde la unidad de quemador y lanza (3) presenta, al menos, conexiones para un primer gas en forma de oxígeno o de un gas que contiene oxígeno, para un segundo gas en forma de un gas inerte y para un gas de combustión, en donde el dispositivo comprende además, al menos, un instrumento de medición (14) para la determinación de una presión p y un caudal del flujo Q del segundo gas, así como, al menos, una unidad de medición de temperatura (10) dispuesta a continuación de la, al menos una, unidad de quemador y lanza (3) , para la determinación de la temperatura T, en donde el dispositivo presenta, al menos, un dispositivo conmutador que en un modo de lanza permite una conmutación del primer gas al segundo gas y de manera inversa, y en donde el dispositivo comprende, al menos, una unidad de cálculo (11) conectada con la, al menos una, unidad de medición de la temperatura (10) y el, al menos un, instrumento de medición (14) , que se encuentra configurada para evaluar una medición permanente de la temperatura en el modo de lanza, de manera tal que una temperatura medida sólo sea válida como temperatura T del baño de metal fundido (2) , después de que el

segundo gas se encuentre en un estado laminar, y después de que durante un intervalo de tiempo t de, al menos, 2 segundos, sólo existan fluctuaciones de la temperatura medida del 1% como máximo.

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la, al menos una, unidad de cálculo (11) se encuentra configurada para realizar la conmutación del segundo gas al primer gas, en cuanto se detecta un descenso de la 5 temperatura T de más del 1%, durante otro intervalo de tiempo t1 de 10 segundos como máximo.

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9 ó 10, en donde la, al menos una, unidad de medición de temperatura (10) se encuentra configurada para detectar una radiación emitida a lo largo de un eje longitudinal de la unidad de quemador y lanza (3) en dirección a la unidad de quemador y lanza (3) .

12. Horno (1) , en particular un horno de arco que comprende, al menos, un dispositivo de acuerdo con una de las 10 reivindicaciones 9 a 11.