ES2523772T3 - Metallurgical container and procedure for manufacturing a vessel wall - Google Patents
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Abstract
Recipiente metalúrgico con un espacio hueco para el tratamiento de un primer metal líquido o para la licuación de un metal, en el que el recipiente comprende una pared refrigerable (1) con un lado caliente dirigido hacia el espacio hueco y con un lado frío alejado del espacio hueco de un segundo metal y en el que la pared (1) está equipada en la zona del lado caliente con guías de ondas de luz (5, 6, 7) dispuestas cerca de la superficie para la detección de datos del recipiente metalúrgico o del primer metal, en el que las guías de ondas de luz (5, 6, 7) están introducidas en ranuras (2, 3, 4; 28), que están practicadas desde el lado caliente en la pared (1) y las ranuras (2, 3, 4; 28) están cerradas con las guías de ondas de luz introducidas a través de pieza de relleno (8, 9, 10; 27) sobre el lado caliente, caracterizado porque las ranuras (2, 3, 4; 28) presentan una sección transversal que se estrecha hacia su fondo de ranura (25).Metallurgical container with a hollow space for the treatment of a first liquid metal or for the liquefaction of a metal, in which the container comprises a coolable wall (1) with a hot side directed towards the hollow space and with a cold side away from the hollow space of a second metal and in which the wall (1) is equipped in the area of the hot side with light waveguides (5, 6, 7) arranged close to the surface for data detection of the metallurgical vessel or of the first metal, in which the light waveguides (5, 6, 7) are inserted into grooves (2, 3, 4; 28), which are made from the hot side in the wall (1) and the grooves (2, 3, 4; 28) are closed with the light waveguides introduced through the filler piece (8, 9, 10; 27) on the hot side, characterized in that the grooves (2, 3, 4; 28) have a cross section that tapers towards their groove bottom (25).
Description
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DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
Recipiente metalúrgico y procedimiento para la fabricación de una pared del recipiente Metallurgical container and procedure for manufacturing a vessel wall
La invención se refiere a un recipiente metalúrgico con un espacio hueco para el tratamiento de un primer metal líquido o para la licuación de un metal, en el que el recipiente comprende una pared refrigerable con un lado caliente dirigido hacia el espacio hueco y con un lado frío alejado del espacio hueco de un segundo metal y en el que unas guías de ondas de luz están introducidas para la detección de datos del recipiente metalúrgico o del primer metal en la pared del recipiente. En este caso, el primer metal es especialmente acero, pero puede ser también otro metal. El segundo metal es especialmente cobre, pero se puede prever también otro metal. La invención se refiere, además, a la utilización de guías de ondas de luz en una pared del recipiente así como a un procedimiento para la fabricación de la pared para el recipiente metálico. The invention relates to a metallurgical container with a hollow space for the treatment of a first liquid metal or for the liquefaction of a metal, in which the container comprises a refrigerable wall with a hot side directed towards the hollow space and with a side cold away from the hollow space of a second metal and in which light wave guides are introduced for the detection of data from the metallurgical container or the first metal in the wall of the container. In this case, the first metal is especially steel, but it can also be another metal. The second metal is especially copper, but another metal can also be provided. The invention also relates to the use of light wave guides in a wall of the container as well as to a method for manufacturing the wall for the metal container.
Para la generación de acero se conocen una serie de dispositivos, que procesan en el camino desde el alto horno y el convertidor hierros brutos líquidos, predominantemente calientes, en combinación con chatarra, mineral, hierro esponjoso y otros materiales de aportación. De la misma manera se emplean recipientes de fundición, por ejemplo hornos eléctricos de arco voltaico, en los que se utilizan predominantemente materiales de aportación fríos o precalentados como chatarra y hierro esponjoso. Tanto las coquillas como también los hornos de arco voltaico y otros dispositivos para la fundición o almacenamiento de metal fundido se designan como recipientes metalúrgicos. A series of devices are known for the generation of steel, which process on the road from the blast furnace and the converter raw, predominantly hot, crude irons, in combination with scrap, mineral, spongy iron and other contribution materials. In the same way, foundry containers are used, for example electric arc furnaces, in which predominantly cold or preheated contribution materials such as scrap iron and spongy iron are used. Both shells and also arc furnaces and other devices for casting or storing molten metal are designated as metallurgical vessels.
En los documentos DE 10 2008 060 507 A1, DE 10 2008 029 742 A1 y DE 10 2008 060 032 A1 se describe la medición de la temperatura en una coquilla de una instalación de fundición con la ayuda de un procedimiento de medición de fibra óptica. En este caso se emplean sensores para la medición de la temperatura en al menos una placa de cobre en la pared de la coquilla. Los sensores están conectados con un sistema de detección de la temperatura. In DE 10 2008 060 507 A1, DE 10 2008 029 742 A1 and DE 10 2008 060 032 A1, the temperature measurement in a die of a foundry installation with the aid of a fiber optic measurement procedure is described. In this case, sensors are used to measure the temperature in at least one copper plate on the wall of the shell. The sensors are connected to a temperature detection system.
Como sensores se emplean guías de ondas de luz, a través de la cuales se conduce luz láser. Sobre el lado exterior de las placas de cobres están formadas unas ranuras, en las que están tendidas las guías de ondas de luz. La detección de la temperatura por medio de guías de onda de luz posibilita un gasto de cables considerablemente más reducido que la utilización de termo elementos en la coquilla. Además, se necesita considerablemente menos gato de trabajo y de costes para la instalación de las fibras en la placa de cobre de la coquilla. La utilización de las guías de ondas de luz posibilita, además, una resolución local más eleva que la que se puede conseguir en el caso de la utilización de termo elementos, que están insertados en taladros. Una guía de ondas de luz puede sustituir a más de cien termo elementos junto con los cables correspondientes. As sensors, light wave guides are used, through which laser light is conducted. Grooves are formed on the outer side of the copper plates, in which the light wave guides are laid. The detection of the temperature by means of light waveguides allows a considerably lower cable expenditure than the use of thermo elements in the shell. In addition, considerably less work and cost jack is needed for the installation of the fibers in the copper plate of the shell. The use of the light wave guides also allows a higher local resolution than can be achieved in the case of the use of thermo elements, which are inserted in drills. A light wave guide can replace more than one hundred thermo elements together with the corresponding cables.
Las guías de ondas de luz están tendidas, por ejemplo, en forma de meandro entre los canales de refrigeración sobre el lado trasero, es decir, sobre el lado frío, de una placa de cobre de una coquilla en ranuras. Las guías de ondas de luz pueden estar fundida por medio de resina fundida en las ranura. También se conoce un cierre por medio de otros componentes o por medio de capas aplicadas galvánicamente. The light wave guides are laid, for example, in the form of a meander between the cooling channels on the rear side, that is, on the cold side, of a copper plate of a slotted slot. The light wave guides can be cast by means of molten resin in the grooves. A closure is also known by means of other components or by means of galvanically applied layers.
Se conoce a partir del documento DE 10 2008 006 965 A1 un procedimiento para la determinación de una medida de radiación para una radiación térmica que procede desde un arco voltaico que arde entre un electrodo y la colada en un horno de arco voltaico para la fabricación de metal líquido, en general acero, que se emplea cuando la radiación incide sobre una delimitación del horno de arco voltaico. From DE 10 2008 006 965 A1, a process for determining a radiation measurement for a thermal radiation from a voltaic arc that burns between an electrode and the casting in a voltaic arc furnace for the manufacture of liquid metal, in general steel, which is used when the radiation strikes a delimitation of the arc furnace.
En el horno de arco voltaico se fabrica metal líquido que resulta a partir de un material sólido fundido, tal vez chatarra o hierro reducido, utilizando otros materiales de aportación. A tal fin se introduce por medio de uno o varios electrodos energía para la fundición del material de fundición en el horno de arco voltaico, en general, en forma de un arco voltaico entre el electrodo y el material de fundición. Para que se pueda realizar la fundición de la manera más eficiente posible, se trata de introducir, a ser posible, toda la energía preparada por el arco voltaico en el material de fundición. Como material de fundición se entiende en este caso material sólido de fundición, metal líquido y/o también escoria. In the electric arc furnace, liquid metal is produced that results from a molten solid material, perhaps scrap or reduced iron, using other contribution materials. To this end, energy is introduced by means of one or several electrodes for the smelting of the smelting material in the arc furnace, in general, in the form of a voltaic arc between the electrode and the smelting material. So that the smelting can be carried out in the most efficient way possible, it is about introducing, if possible, all the energy prepared by the arc into the smelting material. In this case, foundry material is understood as solid material of cast iron, liquid metal and / or slag.
En virtud del modo de funcionamiento habitual en los hornos de arco voltaico actuales, sin embargo, puede suceder que el arco voltaico arda libremente durante el proceso de fundición, es decir, que la radiación térmica generada por el arco voltaico, que se configura entre el electrodo y el material de fundición, llega en gran medida a una delimitación del horno de arco voltaico, en particular una pared refrigerada del horno de arco voltaico. De esta manera se incrementa el consumo de energía del horno, de manera que, por una parte, reintroduce energía del horno de arco voltaico solamente en una extensión reducida en el material de fundición y, por otra parte, dado el caso, debe elevarse la potencia de refrigeración para la refrigeración de las paredes del horno, para proteger las duelas de la pared/cobre. By virtue of the usual mode of operation in current arc furnaces, however, it may happen that the arc burns freely during the smelting process, that is, the thermal radiation generated by the arc, which is configured between the electrode and foundry material, largely reaches a delimitation of the arc furnace, in particular a refrigerated wall of the arc furnace. In this way, the energy consumption of the furnace is increased, so that, on the one hand, it reintroduces energy from the arc furnace only to a reduced extent in the smelting material and, on the other hand, if necessary, the Cooling power for cooling the oven walls, to protect the wall / copper staves.
En el procedimiento conocido, se detecta una corriente de electrodos alimentada al electrodo, de manera que se detectan oscilaciones del sonido estructural del horno de arco voltaico y a partir de la corriente de electrodos detectada se calcula una señal de evaluación de la corriente asociada a una gama de frecuencia de la corriente de electrodos detectada, de manera que a partir de las oscilaciones detectadas el sonido estructural se calcula una In the known procedure, an electrode current fed to the electrode is detected, so that oscillations of the structural sound of the arc furnace are detected and a current evaluation signal associated with a range is calculated from the electrode current detected. frequency of the electrode current detected, so that from the oscillations detected the structural sound is calculated a
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señal de evaluación de las oscilaciones, que está asociada a una gama de frecuencia de las vibraciones del sonido estructural. En este caso se forma como medida para la oscilación térmica un cociente de la señal de evaluación de la oscilación y la señal de evaluación de la corriente para al menos una frecuencia común a la corriente de electrodos detectada y a las oscilaciones del sonido estructural detectadas, para calcular la medida de la radiación. oscillation evaluation signal, which is associated with a frequency range of structural sound vibrations. In this case, a quotient of the oscillation evaluation signal and the current evaluation signal for at least one frequency common to the electrode current detected and the structural sound oscillations detected are formed as a measure for the thermal oscillation. Calculate the radiation measurement.
En una pared o en los paneles del recipiente del horno, es decir, en la delimitación exterior del recipiente del horno están dispuestos sensores de sonido estructural para la detección de oscilaciones en el recipiente del horno. Las señale, que son transmitidas desde ellos, son conducidas con preferencia, al menos parcialmente, a través de un conductor de guía de ondas. On the wall or in the panels of the oven container, that is, in the outer delimitation of the oven container, structural sound sensors are arranged for the detection of oscillations in the oven container. The signals, which are transmitted from them, are preferably conducted, at least partially, through a waveguide conductor.
Se conoce instalar guías de onda de luz sobre el lado alejado del espacio hueco que contiene el metal líquido, es decir, el lado frío, de la placas de la pared que están constituida de cobre en ranuras. Durante la introducción desde el lado frío, en el caso de modificaciones de la temperatura, existen con frecuencia tiempos de subida, es decir, los tiempos hasta la consecución de un valor del 68 % del valor de la temperatura a alcanzar, de dos o tres segundos. Tales tiempos de subida largos descalifican las guía de ondas de luz para el cometido de la regulación del nivel de la colada. Por lo tanto, en este caso se alude al empleo de sistemas radiométricos, que utilizan radiación radioactiva, en los que se pueden realizar tiempos de subida desde medio hasta un segundo. It is known to install light wave guides on the side away from the hollow space that contains the liquid metal, that is, the cold side, of the wall plates that are made of copper in grooves. During the introduction from the cold side, in the case of changes in the temperature, there are frequently rising times, that is, the times until a value of 68% of the temperature value to be reached is reached, of two or three seconds. Such long rise times disqualify the light waveguides for the purpose of regulating the level of the laundry. Therefore, in this case we refer to the use of radiometric systems, which use radioactive radiation, in which rise times can be made from medium to one second.
Se conoce a partir del documento JP 09 047855 A, el empleo de guías de ondas de luz sobre el lado interior de paredes de una coquilla de fundición por extrusión. Las guías de ondas de luz están alojadas, respectivamente, en ranuras y están incrustadas en una mezcla de un polvo de óxido de aluminio y una resina epóxido con buena conductividad térmica. La masa de relleno puede estar recubierta con capas de cobre y níquel. It is known from JP 09 047855 A, the use of light wave guides on the inner side of the walls of an extrusion die. The light wave guides are housed, respectively, in slots and are embedded in a mixture of an aluminum oxide powder and an epoxy resin with good thermal conductivity. The filling dough may be coated with layers of copper and nickel.
El cometido de la invención es mejorar un recipiente metalúrgico conocido del tipo mencionado al principio, la utilización de guías de ondas de luz en una pared del recipiente y un procedimiento conocido para la fabricación de una pared para el recipiente, de tal manera que se posibilita una detección exacta de datos de la temperatura y de datos de la dilatación, con respecto al recipiente y al material en el recipiente. The purpose of the invention is to improve a known metallurgical container of the type mentioned at the beginning, the use of light wave guides in a wall of the container and a known method for manufacturing a wall for the container, so that it is possible an exact detection of temperature data and expansion data, with respect to the container and the material in the container.
De acuerdo con la invención, este cometido se soluciona como se indica en las reivindicaciones 1, 12 y 14 de la patente, respectivamente. According to the invention, this task is solved as indicated in claims 1, 12 and 14 of the patent, respectively.
El concepto de “recipiente metalúrgico” comprende en el sentido de la presente invención todos los tipos de recipientes metalúrgicos, también hornos de colada, en particular hornos eléctricos de arco voltaico, y también coquillas, en particular para fundición por extrusión. The concept of "metallurgical vessel" comprises in the sense of the present invention all types of metallurgical vessels, also casting furnaces, in particular electric arc furnaces, and also shells, in particular for extrusion casting.
El concepto de “pared” comprende en el sentido de la presente invención también elementos de pared individuales, por ejemplo placas de pared, como parte de una pared entera del recipiente. A la inversa, el concepto de placa de pared debe entenderse tanto como elemento individual como también como toda la pared del recipiente. In the sense of the present invention, the concept of "wall" also includes individual wall elements, for example wall plates, as part of an entire wall of the container. Conversely, the concept of wall plate should be understood as both an individual element and also as the entire wall of the container.
A través de la introducción de acuerdo con la invención de guías de ondas de luz en las paredes del horno eléctrico de arco voltaico se pueden representar las temperaturas o el comportamiento de dilatación o bien de oscilación del recipiente metalúrgico sobre el lado caliente a diferentes alturas del recipiente. En este caso, se detectan de la misma manera modificaciones dinámicas a través del proceso, por ejemplo condicionada por modificaciones de la circulación en la colada. El concepto posibilita una representación de la carga térmica y mecánica de la pared del recipiente en cada estado de funcionamiento, también en función del tiempo. De esta manera es posible también buscar de manera selectiva errores (del proceso), como grietas longitudinales en la pared o adherencias de colada en el lado caliente, como causa de las signaturas característica sobre el producto fundido posterior. Through the introduction according to the invention of light wave guides on the walls of the electric arc furnace, the temperatures or the expansion or oscillation behavior of the metallurgical vessel on the hot side at different heights of the surface can be represented container. In this case, dynamic modifications are detected in the same way throughout the process, for example conditioned by modifications of the circulation in the laundry. The concept enables a representation of the thermal and mechanical load of the vessel wall in each operating state, also as a function of time. In this way it is also possible to selectively search for errors (of the process), such as longitudinal cracks in the wall or casting adhesions on the hot side, as a cause of the characteristic signatures on the subsequent molten product.
En este nuevo concepto, las guías de ondas de luz no son introducidas, como se conoce hasta ahora, desde el lado frío rodeado por agua de refrigeración, sino directamente desde el lado caliente cargado térmicamente en la pared del recipiente. Esto posibilita una supervisión muy próxima en el tiempo de las duelas frente a situaciones de sobrecarga. En el caso de que la guía de ondas de luz LWL indique en la duela de cobre un recalentamiento incipiente, se puede reducir la potencia de calefacción del electrodo. A través de la medición exacta se puede accionar el horno de arco voltaico más cerca del límite de funcionamiento con más potencia calefactora, puesto que no se necesita ninguna reserva de seguridad innecesariamente alta para la protección de las duelas. In this new concept, the light wave guides are not introduced, as is known until now, from the cold side surrounded by cooling water, but directly from the hot side thermally charged on the vessel wall. This allows very close supervision in time of the staves against overload situations. In the event that the LWL light waveguide indicates an incipient overheating on the copper stave, the heating power of the electrode can be reduced. The exact arc furnace can be operated closer to the operating limit with more heating power through the exact measurement, since no unnecessarily high safety reserve is needed for the protection of the staves.
A tal fin se fresa sobre el lado caliente una ranura continua, que se cierra posteriormente sobre el lado caliente por medio de la pieza de relleno del material de base del lado caliente. Esta pieza de relleno se funde con preferencia a través de la soldadura por fricción y agitación de nuevo con el cuerpo de base. En este caso, hay que dimensionar la profundidad de la ranura de tal forma que la carga térmica a través del procedimiento de soldadura no puede dañar las guías de ondas de luz. To this end, a continuous groove is milled on the hot side, which is subsequently closed on the hot side by means of the filling piece of the base material of the hot side. This filling piece is preferably melted through friction welding and stirring again with the base body. In this case, the groove depth must be sized so that the thermal load through the welding procedure cannot damage the light wave guides.
Este concepto presenta para el empleo de una coquilla de de fundición la ventaja de que la fibra de medición está dispuesta muy cerca de la zona, en la que tiene lugar el proceso de fundición. De esta manera, se pueden emplear guías de ondas de luz para la medición de la temperatura o para la medición de la dilatación, sin que haya que tolerar tiempos de subida o tiempos muertos demasiado largos. En el caso de empleo del procedimiento de fibras This concept presents the advantage that the measuring fiber is arranged very close to the area, in which the casting process takes place, for the use of a casting die. In this way, light wave guides can be used for temperature measurement or for dilation measurement, without having to tolerate rise times or dead times that are too long. In the case of using the fiber process
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Bragg para la medición de la temperatura en conductores de guía de ondas tendidos de acuerdo con la invención, en el caso de utilización de un tubo envolvente suficientemente fino, que rodea la guía de ondas de luz, se consiguen tiempos de subida de sólo 0,1 s. Esto significa que en el caso de introducción de una guía de ondas de luz rodeada por un tubo envolvente en la ranura de un lado caliente / placa de cobre todavía se puede aceptar una elevación del tiempo muerto o un tiempo de subida adicional de otros 0,25 s, sin obtener un resultado que sea peor que en un procedimiento radiométrico conocido. A través de la invención se puede realizar una exactitud de medición tan buena con tiempos muertos y tiempos de subida reducidos cuando las ranuras, en las que se encuentran las guías de ondas de luz, tienen solamente una profundidad reducida de aproximadamente 3 – 12 mm. Esto significa que las guías de ondas de luz se encuentran de acuerdo con la invención, por ejemplo, en el intervalo de 3 – 12 mm detrás del lado caliente. Por medio de fresado, por ejemplo por medio de una fresa de disco, se fabrican ranuras, que tienen una anchura de uno a dos milímetros. En éstas se pueden insertar las guías de ondas de luz envueltas con tubos envolventes. A continuación se llenan las ranuras con preferencia por medio de tiras metálicas adaptada a la anchura de las ranura como piezas de relleno. Por último, se conectan las tiras metálicas en sus cantos laterales con el material de las placas de cobre. Esto se puede realizar por medio de una pluralidad de tecnologías, por ejemplo por medio de soldadura o estañado. Bragg for temperature measurement in waveguide conductors laid out in accordance with the invention, in the case of using a sufficiently thin envelope tube, which surrounds the light waveguide, rise times of only 0 are achieved, 1 s. This means that in the case of the introduction of a light waveguide surrounded by an envelope tube in the groove of a hot side / copper plate, a dead time rise or an additional rise time of another 0 can still be accepted, 25 s, without obtaining a result that is worse than in a known radiometric procedure. Through the invention such good measurement accuracy can be achieved with dead times and reduced rise times when the grooves, in which the light wave guides are located, have only a reduced depth of approximately 3-12 mm. This means that the light wave guides are in accordance with the invention, for example, in the range of 3-12 mm behind the hot side. By means of milling, for example by means of a milling cutter, grooves are manufactured, which have a width of one to two millimeters. In these, the light wave guides wrapped with enveloping tubes can be inserted. The grooves are then filled with preference by means of metal strips adapted to the width of the grooves as fillers. Finally, the metal strips are connected in their lateral edges with the material of the copper plates. This can be done by means of a plurality of technologies, for example by welding or tin plating.
De acuerdo con la invención, las ranuras presentan una sección transversal que se estrecha hacia el fondo de la ranura. Esto impide que durante la soldadura por fricción y agitación un bulón que avanza con presión sobre el material de soldadura pueda introducir a presión la pieza de relleno demasiado profundamente y de esta manera pueda aplastar el tubo envolvente de la guía de onda de luz. According to the invention, the grooves have a cross section that narrows towards the bottom of the groove. This prevents that during friction and stir welding a bolt that advances with pressure on the welding material can press the filler piece too deeply and thus can crush the envelope tube of the light waveguide.
Los desarrollos ventajosos de la invención se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes, de la descripción y del dibujo. Advantageous developments of the invention are deduced from the dependent claims, the description and the drawing.
De manera ventajosa, las piezas de relleno, que cierran las ranuras, están constituidas del mismo material que las placas de la pared. Advantageously, the filling pieces, which close the grooves, are made of the same material as the wall plates.
A tal fin, las ranuras presentan con ventaja una sección transversal al menos esencialmente de forma trapezoidal. A través de la sección transversal en forma trapezoidal se puede impedir la opresión de la pieza de relleno y el aplastamiento del tubo envolvente. To this end, the grooves advantageously have a cross section at least essentially trapezoidal. Through the trapezoidal cross-section, the oppression of the filling piece and the crushing of the wrapping tube can be prevented.
Se entiende que las piezas de relleno tienen con preferencia una sección transversal adaptada a las ranuras, en particular una sección transversal igualmente de forma trapezoidal. It is understood that the filling pieces preferably have a cross section adapted to the grooves, in particular a cross section equally trapezoidal.
Con preferencia, las piezas de relleno tienen frente a las ranuras, en particular en la zona, que se conecta en la superficie de las piezas de la pared, una inframedida insignificante. De esta manera es posible que las piezas de relleno se puedan conectar por medio de actuación mecánica, en particular por medio de laminación o soldadura, con el material de las placas de la pared, sin dañar los tubos envolventes de las guías de ondas de luz en el fondo de la ranura. Preferably, the filling pieces have an insignificant under-measure in front of the grooves, in particular in the area, which is connected to the surface of the wall pieces. In this way it is possible that the filling parts can be connected by means of mechanical actuation, in particular by means of lamination or welding, with the material of the wall plates, without damaging the enveloping tubes of the light waveguides at the bottom of the groove.
La unión entre las piezas de relleno y el material que las rodea lateralmente de las placas de la pared se realiza por medio de un proceso de soldadura, a saber, por medio de soldadura por fricción, en particular por medio de soldadura por fricción y agitación. The connection between the filler pieces and the material that surrounds them laterally from the wall plates is carried out by means of a welding process, namely by friction welding, in particular by friction welding and agitation .
Con ventaja, pero no necesariamente, las guías de ondas de luz están introducidas en tubos envolventes, en particular de metal. Advantageously, but not necessarily, the light wave guides are inserted in enveloping tubes, in particular metal.
A tal fin, se puede prever, además, con ventaja que las piezas de relleno y la placa de la pared estén recubiertas sobre sus superficies accesibles desde el exterior con una capa de níquel o cromo. To this end, it can also be provided with advantage that the filler pieces and the wall plate are coated on their surfaces accessible from the outside with a layer of nickel or chrome.
Con ventaja, las guías de ondas de luz tienen un diámetro de aproximadamente 0,15 mm. Los tubos envolventes adaptados a tal fin tienen un diámetro de aproximadamente 0,5 a 1 mm. Con preferencia, las piezas de relleno tienen una anchura de 1 a 2 mm. With advantage, the light wave guides have a diameter of approximately 0.15 mm. The wrapping tubes adapted for this purpose have a diameter of approximately 0.5 to 1 mm. Preferably, the filling pieces have a width of 1 to 2 mm.
Las guías de ondas de luz se pueden emplear de acuerdo con la técnica de medición de múltiples maneras. De acuerdo con su objeto de aplicación, se colocan sueltas en las ranuras o taladros, en particular para la medición de la temperatura, puesto que para la medición de la temperatura es importante que las guías de ondas de luz, en virtud de su modificación de la temperatura, se puedan comprimir y dilatar por sí mismas sin impedimentos. Light waveguides can be used according to the measurement technique in multiple ways. According to their object of application, they are placed loose in the grooves or holes, in particular for the measurement of temperature, since for the measurement of temperature it is important that the light wave guides, by virtue of their modification of the temperature, can be compressed and dilated by themselves without impediments.
Con preferencia, las guías de ondas de luz están tendidas en la zona en la proximidad de las duelas de cobre. Esto tiene la ventaja de que la potencia calefactora del (los) electrodo(s) del horno se puede reducir ya de nuevo tan pronto como las guías de ondas de luz permiten esperar un fallo de las duelas en el futuro próximo. Preferably, the light wave guides are laid in the area in the vicinity of the copper staves. This has the advantage that the heating power of the oven electrode (s) can be reduced again as soon as the light wave guides allow the failure of the staves in the near future.
En cambio, para una medición de la dilatación es importante que las guías de ondas de luz estén conectadas fijamente, al menos puntualmente, pero con preferencia sobre toda su longitud con el material que las rodea de la pared y/o con las piezas de relleno. Esta forma de fijación es necesaria para que las dilataciones del recipiente sean On the other hand, for a measurement of the expansion it is important that the light waveguides are fixedly connected, at least punctually, but preferably over their entire length with the surrounding material of the wall and / or with the filling parts . This form of fixing is necessary so that the dilations of the container are
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transmitidas inmediatamente sobre la guía de ondas de luz y la guía de ondas de luz pueda emitir señales, que representan las dilataciones del recipiente metalúrgico. También se puede registrar y evaluar la curva de tiempo de las dilataciones, oscilaciones y/o temperaturas, como son registradas en cada caso con las guías de ondas de luz. Se entiende que en este recipiente metalúrgico pueden estar presentes de acuerdo con sus diferentes objetos de aplicación tanto guías de ondas de luz tendidas sueltas como también encoladas fijamente en las ranuras o taladros sobre el lado caliente de las placas de la pared. transmitted immediately on the light wave guide and the light wave guide can emit signals, which represent the dilatations of the metallurgical vessel. You can also record and evaluate the time curve of the dilations, oscillations and / or temperatures, as they are recorded in each case with the light wave guides. It is understood that in this metallurgical container, both loose waveguides and also glued in the grooves or holes on the hot side of the wall plates can be present in accordance with their different application objects.
La invención se refiere también a la utilización de guías de ondas de luz en paredes de recipientes metalúrgicos. Las guías de ondas de luz miden la temperatura de la pared, de la colada de metal del primer metal en el recipiente o las dilataciones u oscilaciones mecánicas de la pared. Con preferencia, los datos se emplean, por ejemplo, para la regulación del nivel de la colada. The invention also relates to the use of light wave guides in walls of metallurgical vessels. The light waveguides measure the temperature of the wall, of the metal casting of the first metal in the vessel or the dilations or mechanical oscillations of the wall. Preferably, the data is used, for example, for the regulation of the laundry level.
La invención se refiere también a un procedimiento para la fabricación de una pared, que comprende placas de pared, de un recipiente metalúrgico. A tal fin, está previsto de acuerdo con la invención que sobre el lado caliente de la pared se fabriquen ranuras a través de erosión del material, en particular a través de fresado, de tal manera que las guía de ondas de luz son colocadas en las ranuras, las ranuras son cerradas por medio de piezas de relleno y a continuación se conectan las piezas de relleno a través de un procedimiento de soldadura, en particular a través de soldadura por fricción y agitación, con el material de las placas de la pared. The invention also relates to a process for the manufacture of a wall, comprising wall plates, of a metallurgical container. For this purpose, it is provided in accordance with the invention that grooves are manufactured on the hot side of the wall through erosion of the material, in particular through milling, such that the light wave guides are placed in the grooves, the grooves are closed by means of filling pieces and then the filling parts are connected through a welding procedure, in particular through friction welding and agitation, with the material of the wall plates.
A continuación se explica en detalle la invención en ejemplos de realización con la ayuda de las figuras. En este caso: The invention will be explained in detail in the following examples with the help of the figures. In this case:
La figura 1 muestra una vista en planta superior en perspectiva sobre una placa de pared de una coquilla de fundición, en la que están practicadas ranuras para el alojamiento de guías de ondas de luz. Figure 1 shows a top plan view in perspective on a wall plate of a foundry shell, in which slots are formed for the accommodation of light wave guides.
La figura 2 muestra una pieza de relleno y una placa con una ranura, en la que se inserta la pieza de relleno, respectivamente, en la sección transversal, y Figure 2 shows a filler piece and a plate with a groove, into which the filler piece is inserted, respectively, in the cross section, and
La figura 3 muestra una vista lateral en perspectiva de otra placa de pared, en la que está practicada una ranura cerrada con una pieza de relleno de forma trapezoidal y que recibe una guía de ondas de luz, en conexión con una disposición representada esquemáticamente para la soldadura por fricción y agitación. Figure 3 shows a side perspective view of another wall plate, in which a closed groove is made with a trapezoidal filling piece and receiving a light wave guide, in connection with an arrangement schematically represented for friction welding and stirring.
Una placa de pared 1 (figura 1) de un recipiente metálico, por ejemplo de una coquilla para la fundición de metal, en particular de acero, está constituida con preferencia de cobre y presenta sobre el lado, que está dirigido hacia el espacio de fundición que recibe el metal líquido, el llamado lado caliente, es decir, en la representación sobre el lado superior, unas ranuras 2, 3 y 4, que tienen una sección transversal rectangular, cuadrada o de forma trapezoidal y cuyo fondo está con preferencia redondeado. En las ranuras 2, 3 y 4 están insertadas unas guías de ondas de luz 5, 6 y 7, respectivamente. Desde el lado superior / lado caliente se cubren sobre las guías de ondas de luz 5, 6 y 7 en las ranuras, respectivamente, con pieza de relleno 8, 9 y 10, respectivamente. Adicionalmente se pueden prever para la fijación o bien sólo en los extremos laterales exteriores 11, 12 o también en la zona entre los dos extremos 11, 12, en proyección unos sujetadores 13, 14 y 15, respectivamente, que fijan las guías de ondas de luz 5 a 7 y/o las pieza de relleno 8 a 10 que se encuentran sobre ellas, mientras que éstas de conectan por medio de un proceso de soldadura por fricción con las zonas 16, 17, 18 y 19 que se conectan en ellas de la placa de pared 1. A wall plate 1 (figure 1) of a metal container, for example of a die for metal casting, in particular steel, is preferably made of copper and has on the side, which is directed towards the casting space which receives the liquid metal, the so-called hot side, that is, in the representation on the upper side, grooves 2, 3 and 4, which have a rectangular, square or trapezoidal cross-section and whose bottom is preferably rounded. Slots 2, 3 and 4 are inserted with light wave guides 5, 6 and 7, respectively. From the upper side / hot side they are covered on the light wave guides 5, 6 and 7 in the slots, respectively, with padding piece 8, 9 and 10, respectively. Additionally, fasteners 13, 14 and 15, respectively, which fix the waveguide guides, can be provided for fixing either on the outer lateral ends 11, 12 or also in the area between the two ends 11, 12 light 5 to 7 and / or the filling part 8 to 10 that are on them, while these are connected by means of a friction welding process with zones 16, 17, 18 and 19 that are connected therein the wall plate 1.
Las guías de ondas de luz 5 a 7 están constituidas de un material conductor óptico con un índice de refracción que se reduce en la sección transversal desde dentro hacia fuera; con preferencia son recibida en cada caso por envolturas o casquillos metálicos y pueden tolerar, para la medición de la temperatura, temperaturas de hasta 600ºC como carga permanente. Sobre su lado trasero, la placa de pared 1 está inundada por agua de refrigeración. El agua de refrigeración circula a través de canales (no representados). The light wave guides 5 to 7 are constituted of an optical conductive material with an index of refraction that is reduced in cross section from the inside out; preferably they are received in each case by metal casings or caps and can tolerate, for temperature measurement, temperatures of up to 600 ° C as permanent charge. On its rear side, the wall plate 1 is flooded with cooling water. The cooling water circulates through channels (not shown).
Las guías de ondas de luz 5 a 7 presentan en el lado extremo unos conectores de lentes, para desacoplar las ondas de luz y alimentarlas a una unidad de evaluación. Puesto que las ondas de luz son conducidas sobre conectores de lentes desde la carcasa del componente en la posición de medición respectiva hacia la unidad de evaluación, se consigue una transmisión robusta de las señales. Las guías de ondas de luz 5 a 7 tienen un diámetro de por ejemplo 0,15 mm sin el tubo envolvente y de por ejemplo 1 mm incluyendo el tubo envolvente. Como procedimientos de medición se contemplan un procedimiento de medición de rejilla de fibras Bragg Procedimiento-(FBG = Fiber Bragg Grating) y/o el procedimiento OTDR (OTDR = Optical Time Domain Reflectometry) así como el procedimiento OFDR (Optical Frequency Domain Reflectometry). The light wave guides 5 to 7 have on the end side lens connectors, to decouple the light waves and feed them to an evaluation unit. Since the light waves are conducted on lens connectors from the component housing in the respective measurement position to the evaluation unit, a robust transmission of the signals is achieved. The light wave guides 5 to 7 have a diameter of for example 0.15 mm without the envelope tube and for example 1 mm including the envelope tube. Measuring procedures include a measurement procedure of Bragg fiber grating Procedure- (FBG = Fiber Bragg Grating) and / or the OTDR procedure (OTDR = Optical Time Domain Reflectometry) as well as the OFDR (Optical Frequency Domain Reflectometry) procedure.
Las piezas de relleno 8, 9, 10 presentan, como se representa en la figura 2 con la ayuda de la pieza de relleno 8, una sección transversal 20 con preferencia de forma trapezoidal. A este respecto, las paredes laterales 21, 22 forman con un canto superior 23 de la pieza de relleno 8 con preferencia el mismo ángulo obtuso α, que está presente también entre las paredes laterales 23, 24 de la ranura 2 y las zonas 16, 17 que se conectan en cada caso lateralmente en ellas. Sobre el fondo 25 de la ranura 2, que está con preferencia redondeado, se encuentra la guía de ondas de luz 5 rodeada por un tubo envolvente 25. La pieza envolvente 8 puede presentar frente a la ranura 2 también una inframedida insignificante. Entonces se introduce a presión mecánicamente en la ranura 2 y se conecta, The filling pieces 8, 9, 10 have, as shown in Figure 2 with the help of the filling piece 8, a cross section 20 preferably with trapezoidal shape. In this regard, the side walls 21, 22 form with an upper edge 23 of the filling piece 8 preferably the same obtuse angle α, which is also present between the side walls 23, 24 of the groove 2 and the zones 16, 17 that connect in each case laterally in them. On the bottom 25 of the groove 2, which is preferably rounded, is the light wave guide 5 surrounded by a wrapping tube 25. The wrapping piece 8 can also have an insignificant under-measure in front of the groove 2. It is then mechanically pressed into slot 2 and connected,
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por ejemplo, por medio de soldadura o estañado con las zonas 16, 17 que rodean la ranura 2. for example, by means of welding or tinning with the zones 16, 17 surrounding the groove 2.
Cuando una pieza de relleno 27 (figura 3) está adaptada de forma suficientemente exacta a la forma de una ranura 28 en una pieza de trabajo 29, es decir, por ejemplo, una placa de cobre para la coquilla de fundición, que debe cubrirse por arriba desde el lado caliente, se conecta la pieza envolvente 27, después de que ha sido introducida en la ranura 28, con preferencia a través de soldadura de fricción y agitación con zonas laterales 30, 31. A tal fin, se conduce un aparato de soldadura con agitación 32 por encima de la placa de la pared 1 en la dirección de una flecha A sobre el desarrollo de la ranura 28 sobre la pieza de relleno 27, de manera que un pasador de soldadura 34 colocado en un saliente de la herramienta 33 lleva a cabo movimientos giratorios simultáneamente con el contacto con la pieza de relleno 27. En este caso, la pieza de relleno 27 y las zonas 30, 31 se calientan tan fuertemente que como consecuencia del calor de fricción entre sí inician una unión del material, que tiene una alta estabilidad. When a filler piece 27 (Figure 3) is sufficiently accurately adapted to the shape of a groove 28 in a workpiece 29, that is, for example, a copper plate for the cast iron, which must be covered by Up from the hot side, the enclosure 27 is connected, after it has been introduced into the groove 28, preferably through friction welding and stirring with lateral zones 30, 31. To this end, an apparatus for conducting stir welding 32 above the wall plate 1 in the direction of an arrow A on the development of the groove 28 on the filling piece 27, such that a welding pin 34 placed on a projection of the tool 33 It performs rotational movements simultaneously with the contact with the filling piece 27. In this case, the filling piece 27 and the zones 30, 31 are heated so strongly that as a consequence of the heat of friction between them they initiate a union of the m Aterial, which has high stability.
La introducción de las guías de ondas de luz en la zona de elementos de refrigeración, por ejemplo las llamadas duelas de cobre, en el lado caliente del recipiente metalúrgico posibilita de manera más ventajosa un modo muy rápido y racional de introducción de las fibras. The introduction of the light wave guides in the area of cooling elements, for example the so-called copper staves, on the hot side of the metallurgical vessel allows a very fast and rational way of introducing the fibers more advantageously.
El desarrollo temporal de la temperatura de la pared del recipiente o de la colada metálica en el recipiente y/o el desarrollo temporal de la dilatación del recipiente se pueden detectar con la ayuda de guías de ondas de luz y se pueden utilizar, por ejemplo, para la optimización / incremento de la potencia de los electrodos. La potencia de los electrodos se controla de conformidad con las curvas de tiempo consideradas, de tal manera que no se dañan las paredes del recipiente. En particular, a través de la evaluación de la curvas de tiempo se puede calcular el límite de fallo del recipiente y se puede reducir la potencia eléctrica de los electrodos oportunamente antes de alcanzar el límite de fallo. The temporary development of the temperature of the wall of the container or of the metallic laundry in the container and / or the temporary development of the expansion of the container can be detected with the help of light wave guides and can be used, for example, for the optimization / increase of the power of the electrodes. The power of the electrodes is controlled in accordance with the time curves considered, such that the walls of the container are not damaged. In particular, through the evaluation of the time curves, the limit of failure of the vessel can be calculated and the electrical power of the electrodes can be reduced in a timely manner before reaching the limit of failure.
Lista de signos de referencia List of reference signs
- 1 one
- Pared Wall
- 2 2
- Ranura Groove
- 3 3
- Ranura Groove
- 4 4
- Ranura Groove
- 5 5
- Guía de ondas de luz Light wave guide
- 6 6
- Guía de ondas de luz Light wave guide
- 7 7
- Guía de ondas de luz Light wave guide
- 8 8
- Pieza de relleno Filling piece
- 9 9
- Pieza de relleno Filling piece
- 10 10
- Pieza de relleno Filling piece
- 11 eleven
- Extremo Extreme
- 12 12
- Extremo Extreme
- 13 13
- Sujetador Bra
- 14 14
- Sujetador Bra
- 15 fifteen
- Sujetador Bra
- 16 16
- Zona Zone
- 17 17
- Zona Zone
- 18 18
- Zona Zone
- 19 19
- Zona Zone
- 20 twenty
- Sección transversal Cross section
- 21 twenty-one
- Pared lateral Side wall
E11701474 E11701474
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- 22 22
- Pared lateral Side wall
- 23 2. 3
- Pared lateral Side wall
- 24 24
- Pared lateral Side wall
- 25 25
- Fondo Background
- 5 5
- 26 Tubo envolvente 26 Wrap tube
- 27 27
- Pieza de relleno Filling piece
- 28 28
- Ranura Groove
- 29 29
- Pieza de trabajo Workpiece
- 30 30
- Zona Zone
- 10 10
- 31 Zona 31 Zone
- 32 32
- Aparato de soldadura con agitación Welding apparatus with stirring
- 33 33
- Hombro de herramienta Tool shoulder
- 34 3. 4
- Pasador de soldadura Welding pin
- 35 35
- Colada Wash
- 15 fifteen
- 36 Lanza 36 Spear
- 37 37
- Tubo de lanza Spear tube
- 38 38
- Cabeza de lanza Spear head
- 39 39
- Dispositivo de aplicación Application device
- 40 40
- Rastrillo Rake
- 20 twenty
- 41 Conducto de alimentación 41 Feeding duct
Claims (14)
introducción en las guía de ondas de luz (5, 6, 7) en las ranuras (2, 3, 4; 28),
introduction in the light waveguides (5, 6, 7) in the slots (2, 3, 4; 28),
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