ES2305326T3 - Dispositivo y procedimiento para la medicion discreta y continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su produccion o tratamiento. - Google Patents

Abstract

Dispositivo (10) para la medición continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción y tratamiento, que comprende un instrumento de análisis térmico (14) situado en una lanza (12) que inyecta gas inerte y/o aire comprimido a alta presión contra una superficie de escoria (18) metálica de un horno o recipiente (20) caracterizado porque comprende en el interior de dicha lanza (12) una estructura tubular (11), en la que se inserta dicho instrumento de análisis térmico (14) a través de un soporte (15) y porque está montada una boquilla (22) convergente y divergente en dicha estructura tubular (11), delante del instrumento de análisis térmico (14) para inyectar un chorro supersónico de gas inerte compacto.

Description

Dispositivo y procedimiento para la medición discreta y continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción o tratamiento.

La presente invención se refiere a un dispositivo para la medición continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción o tratamiento.

La invención también se refiere a un procedimiento para la medición continua de dicha temperatura.

En la producción de acero en un horno eléctrico, la detección de la temperatura del baño de acero fundido en el horno o recipiente adquiere una importancia particular.

Además, a menudo se ha intentado desarrollar una tecnología que proporcione el valor de temperatura continuo del metal fundido, sin alterar el procedimiento de producción o tratamiento.

En la actualidad, la mayor parte de las acerías sumergen un termopar protegido por una cubierta degradable en el líquido, manualmente o a través de sistemas mecánicos automatizados conocidos comúnmente como manipuladores.

Está claro que para cada medición individual, es necesario cambiar la cubierta y, por tanto, la temperatura no puede leerse de manera continua.

La solicitud de patente alemana DE-1408873 propone un procedimiento por el que se inserta un termopar en el recubrimiento refractario, con un sistema de enfriamiento por agua. Un procedimiento de este tipo presenta los problemas del tiempo que dura el termopar y de la precisión de la medición debido al alto enfriamiento necesario para el termopar.

La patente US nº 006071466 de la compañía Voest Alpine tiene como su objetivo la medición de la temperatura del baño y se basa en la lectura de las ondas electromagnéticas emitidas por la base del baño.

Una tubería con inyección de aire caliente desde la que se inyecta el gas inerte está dispuesta sobre la base. El gas forma una burbuja sobre la base del baño mantenida mediante un flujo de metano y nitrógeno y mediante las posteriores reacciones de pirólisis.

Un instrumento óptico lee la temperatura del líquido que rodea tal como una burbuja. Sin embargo, este procedimiento estaba dificultado por una tendencia sustancial al bloqueo.

A continuación, todavía a partir de la compañía Voest Alpine, con la patente US nº 6.172.367, se propuso otro dispositivo basado sin embargo en el mismo principio de dinámica de fluidos.

En este caso, la tubería con inyección de aire caliente está situada en el lado, pero todavía por debajo de la altura hidrostática de líquido del acero.

De esta forma se obtiene una mejor precisión, puesto que el haz de ondas electromagnéticas emitidas por el acero tiene lugar en una dirección paralela al eje del instrumento, compensando la perturbación de las ondas oblicuas.

No obstante, este dispositivo también adolece de problemas de bloqueo debido a la dificultad de mantener la burbuja. De hecho, el haz de metano y nitrógeno y las posteriores reacciones de pirólisis a menudo no son suficientes para mantener la burbuja.

Los problemas de estos últimos dos sistemas se producen por el hecho de que ambos están por debajo de la altura hidrostática de líquido, donde las condiciones circundantes son peores.

Además, hay un sistema denominado "ENDO-GLAS" desarrollado por la compañía Tech-Plus, que utiliza un lector óptico situado dentro de una lanza enfriada por agua desde la que puede inyectarse gas inerte. El sistema está equipado con un manipulador que empuja la lanza hacia el interior del horno. Normalmente está situado por encima del horno, con la posibilidad de ajustar el ángulo de entrada.

El sistema no es fijo como los dos anteriores y, por tanto, para cada medición es necesario esperar a la entrada de la lanza en el horno.

El inconveniente es similar al de los manipuladores de termopar, es decir, no permite la medición continua. De hecho, aunque se enfría, la lanza no puede permanecer siempre dentro del horno.

Los documentos JP 62 293128 A y JP 62 226025 A dan a conocer ejemplos de dispositivos para la medición continua de la temperatura de metal fundido que están colocados por encima de la altura hidrostática de liquido del baño de acero fundido y comprenden un instrumento de análisis térmico situado en una lanza que inyecta un chorro de oxígeno a alta velocidad contra la superficie de escoria metálica.

El objetivo general de la presente invención es indicar un dispositivo y un procedimiento para la medición discreta y continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción o tratamiento lo que permite la medición precisa y fiable de la temperatura del baño.

Otro objetivo es superar los inconvenientes mencionados anteriormente de la técnica anterior de una forma extremadamente sencilla, rentable y particularmente funcional.

En vista de los fines mencionados anteriormente, según la presente invención, se ha pensado en realizar un dispositivo y en indicar un procedimiento para la medición continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción o tratamiento, que presenta las características explicadas en las reivindicaciones adjuntas.

Las características estructurales y funcionales de la presente invención y sus ventajas en comparación con la técnica anterior se aclararán incluso más a partir de un examen de la siguiente descripción, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, que muestran un dispositivo para la medición discreta y continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción o tratamiento realizado según los principios innovadores de la propia invención.

En los dibujos:

- la figura 1 muestra una vista en sección de un horno o recipiente equipado con un dispositivo para la medición continua de la temperatura de acero fundido según la técnica enseñada por la patente US nº 006071466;

- la figura 2 es una vista en sección de un horno o recipiente equipado con una lanza según la técnica enseñada por la solicitud de patente europea EP 0947587, en la que se inserta un dispositivo para la medición discreta y continua de la temperatura de metal fundido según la invención;

- la figura 3 es una vista en sección axonométrica en despiece ordenado de los componentes del dispositivo de medición de la figura 2.

Haciendo referencia a los dibujos, un dispositivo para la medición discreta y continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción o tratamiento en cuestión se indica globalmente con 10.

En el ejemplo ilustrado, según la presente invención, el dispositivo 10 está insertado en una lanza 12 de forma tubular, equipada con un aparato de enfriamiento o aislamiento.

La lanza 12 está insertada en un recubrimiento 13 refractario de un horno o recipiente 20.

El enfriamiento de la lanza 12 tiene lugar, por ejemplo, según lo que se enseña por la solicitud de patente europea EP 0 947 587, que indica un tipo de enfriamiento basado en la capacidad calorífica del agua atomizada que es superior a la del agua en estado líquido.

Un extremo de cabeza de la lanza 12 está situado al nivel 18 de la escoria metálica presente en el horno o recipiente 20, con un ángulo de aproximadamente 45º con respecto al lado vertical del horno 20.

El dispositivo 10 comprende esencialmente una estructura tubular 11, situada en una zona segura y bien refrigerada, en la que está insertado un instrumento de análisis térmico 14 a través de un soporte 15. El instrumento 14 puede ser un pirómetro del tipo convencional o un cabezal óptico, y está conectado al exterior a través de una fibra óptica 16, por ejemplo una monofibra recubierta con una envoltura flexible realizada en acero inoxidable.

La lanza 12 está equipada con inyectores de gas inerte, tales como argón, y aire comprimido. Además, puede prever inyectores para combustible y un agente de combustión, tal como metano y oxígeno.

En la parte superior de la estructura tubular 11 del dispositivo 10, delante del instrumento de análisis térmico 14, está montada una boquilla 22 convergente y divergente.

El funcionamiento del dispositivo 10 para la medición discreta y continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción o tratamiento según la invención queda claro a partir de lo que se describió anteriormente con referencia a las figuras, y en resumen es el siguiente.

Se inyecta un chorro de gas inerte a alta presión, tal como argón, a través de la lanza 12, sobre la escoria 18; el chorro permanece compacto gracias a la forma geométrica de la boquilla y a la posible llama de cobertura que quema metano y oxígeno.

Es necesario llevar a cabo un ajuste en el caudal de gas inerte y el posible combustible para obtener un chorro supersónico de gas inerte compacto de manera que penetre en la escoria 18 y que exponga localmente la superficie del metal fundido.

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De esta forma, se proporciona al instrumento de análisis térmico 14 un espacio cónico despejado a través del cual es posible observar la superficie del baño.

Por tanto, el pirómetro o el cabezal óptico pueden leer la temperatura del metal fundido.

En una forma de realización preferida, el pirómetro es dicromático, es decir, lee dos bandas de frecuencia y, por tanto, es menos sensible a las perturbaciones.

La fibra óptica 16, conectada al instrumento 14 de análisis, atraviesa la longitud completa de la lanza 12 y lleva la señal a un aparato que visualiza la temperatura en tiempo real. Un aparato de este tipo presenta la posibilidad de una calibración para diversos tipos de material.

Cuando no se desea llevar a cabo la medición, la lanza 12 se mantendrá despejada mediante un flujo de aire comprimido, evitando posibles obstrucciones que en cualquier caso no llegarían a constituir un problema dado el hecho de que la lanza 12 no está sumergida por debajo de la altura hidrostática de líquido del baño de metal.

El enfriamiento de la lanza 12 permite que el dispositivo 10 de medición esté protegido de las altas temperaturas del horno o recipiente.

De manera indicativa, un cabezal óptico y una fibra óptica 16 del tipo comercial pueden resistir una temperatura máxima de aproximadamente 250ºC. Dichos cabezales ópticos pueden sustituirse en cualquier caso sin necesidad de cambiar las piezas restantes.

En el caso de utilización de un pirómetro, también se utiliza un convertidor para visualizar la señal con un campo de medición, por ejemplo, de entre 750 y 1.800ºC, y con una precisión, a aproximadamente 1.500ºC, del \pm0,6% del valor medido en grados centígrados.

Una vez calibrado, el instrumento de análisis térmico 14 detecta temperaturas que han demostrado ser particularmente constantes, dado que si el valor medido con el termopar es constante, el valor medido con el dispositivo 10 también es constante.

En una forma de realización preferida, el instrumento 14 puede leer la temperatura cada 10 milisegundos, y debe observarse que las difíciles condiciones circundantes, con polvos, pulverizadores, etc., del horno o recipiente 20 no afectan significativamente a la medición.

El dispositivo 10 puede estar conectado a un procesador electrónico común que, equipado con un programa apropiado, muestra la progresión de la medición en tiempo real, con información adicional tal como el pico máximo y el promedio en un periodo de tiempo dado.

La boquilla 22 permite que un flujo adecuado de argón o aire comprimido proteja al instrumento 14 de análisis de la posible suciedad.

La lanza 12 puede colocarse en cualquier punto del horno eléctrico, y esto permite que se lleven a cabo mediciones puntuales en la misma zona en la que normalmente se inserta el termopar en la técnica anterior. Al hacer esto, se dan al operario los mismos puntos de referencia que actualmente conoce usando termopares.

El dispositivo 10 puede llevar a cabo mediciones continuas, facilitando el desarrollo de la automatización del horno o recipiente, sobre todo en el caso de aquellos en los que se prevé una carga continua, cuya velocidad de carga puede ajustarse en referencia a la progresión de la temperatura del baño.

En general, un procedimiento para la medición discreta y continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción o tratamiento consiste en realizar una abertura en una capa de superficie de la escoria a través de la inyección de gas inerte, de manera que se haga que el acero fundido sea visible para un instrumento de análisis térmico con medición desde una distancia.

A partir de lo que se ha descrito anteriormente haciendo referencia a las figuras, resulta claro cómo un dispositivo y un procedimiento para la medición discreta y continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción o tratamiento según la invención son particularmente útiles y ventajosos. Por tanto, se alcanzan los objetivos mencionados en el preámbulo de la descripción.

Naturalmente, las formas del dispositivo para la medición discreta y continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción o tratamiento de la invención pueden ser diferentes a las que se muestran como ejemplo no limitativo en los dibujos, de la misma manera que los materiales pueden ser diferentes.

Por tanto, el alcance de protección se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

1. Dispositivo (10) para la medición continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción y tratamiento, que comprende un instrumento de análisis térmico (14) situado en una lanza (12) que inyecta gas inerte y/o aire comprimido a alta presión contra una superficie de escoria (18) metálica de un horno o recipiente (20) caracterizado porque comprende en el interior de dicha lanza (12) una estructura tubular (11), en la que se inserta dicho instrumento de análisis térmico (14) a través de un soporte (15) y porque está montada una boquilla (22) convergente y divergente en dicha estructura tubular (11), delante del instrumento de análisis térmico (14) para inyectar un chorro supersónico de gas inerte compacto.

2. Dispositivo (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho flujo de gas inerte y/o aire comprimido está protegido por una llama de cobertura, realizada a través de un combustible y un agente de combustión inyectados mediante dicha lanza (12).

3. Dispositivo (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho gas inerte es argón.

4. Dispositivo (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho instrumento de análisis térmico (14) es un cabezal óptico o un pirómetro.

5. Dispositivo (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha lanza (12) está insertada en un recubrimiento (13) refractario de dicho horno o recipiente (20), estando situado un extremo de cabeza de dicha lanza (12) al nivel de dicha escoria (18) de acero presente en el horno o recipiente (20), con un ángulo de 45º con respecto al lado vertical del propio horno o recipiente (20).

6. Dispositivo (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho instrumento (14) está conectado al exterior a través de una fibra óptica (16).

7. Dispositivo (10) según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha fibra óptica (16) es una monofibra recubierta con una envoltura flexible realizada en acero inoxidable.

8. Dispositivo (10) según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho combustible es metano y dicho agente de combustión es oxígeno.

9. Dispositivo (10) según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho pirómetro es bicromático.

10. Dispositivo (10) según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha fibra óptica (16) atraviesa la longitud completa de la lanza (12) y conduce una señal a un aparato que visualiza la temperatura en tiempo real.

11. Procedimiento para la medición discreta y continua de la temperatura de metal fundido en un horno o recipiente para su producción y tratamiento, caracterizado porque comprende una etapa de inyectar de manera continua un chorro supersónico de gas inerte compacto sobre una capa de superficie de escoria de acero de dicho horno eléctrico, por medio de una boquilla convergente y divergente que está montada en la parte superior de una estructura tubular delante de un instrumento de análisis térmico, realizando dicha inyección continua de gas inerte una abertura en dicha escoria, haciéndose visible dicho metal fundido a través de dicha abertura para dicho instrumento de análisis térmico con medición desde una distancia, y porque comprende una etapa de inyectar un flujo de aire comprimido para evitar posibles obstrucciones cuando no se lleva a cabo la medición.