PT1440298E - Dispositivo e processo para a medição em modo contínuo e discreto da temperatura de metal fundido num forno ou num recipiente para a sua produção e tratamento - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

Dispositivo e processo para a medigão em modo continuo e discreto da temperatura de metal fundido num forno ou num recipiente para a sua produção e tratamento 0 presente invento refere-se a um dispositivo para a medição continua da temperatura de metal fundido num forno ou num recipiente para a sua produção ou tratamento. 0 presente invento refere-se igualmente a um processo para a medição continua de uma tal temperatura.

Na produção de aço num forno eléctrico a detecção de temperatura do banho de aço fundido no forno ou no recipiente assume uma importância especifica.

Além disso, tem ·sido tentado, muitas vezes, desenvolver uma tecnologia que proporcione o valor continuo da temperatura do metal fundido, sem alterar 0 processo de produção ou de tratamento.;

Actualmente, a maioria das estruturas em aço mergulham no liquido um termopar protegido por . um invólucro degradável, manualmente ou através de sistemas, mecânicos automatizados, conhecidos vulgarmente por manipuladores. É claro que, para cada medição individual, o invólucro precisa de ser mudado, e a temperatura não pode, assim, ser medida continuamente. A Patente Alemã DE-1408873 propõe um processo para o qual um termopar é inserido no refractário, com um sistema de arrefecimento a água. Um tal processo tem problemas relativamente à duração do termopar e â precisão de medição devido ao elevado arrefecimento necessário para o termopar. 1 A Patente US 006071466 da companhia Voest Alpine tem como objectivo a medição da temperatura do banho e baseia-se na leitura das ondas electromagnéticas emitidas pela base do banho.

Um tubo de ventilação quente onde o gás inerte é soprado está' colocado, na base. O gás forma uma bolha na base do banho mantida por ' um fluxo de metano e azoto e por reacções de subsequentesabertura de fendas.

Um instrumento óptico lê a temperatura do liquido que envolve uma tal bolha. Este processo foi prejudicado, no entanto, devido a uma tendência substancial para 0 bloqueamento.

Assim, ainda pela companhia Voest Alpine, com a Patente US 6172367, foi proposto outro dispositivo, baseado, no entanto, no mesmo princípio da dinâmica de fluidos.

Neste caso, o tubo de ventilação quente' é .colocado de lado, mas mesmo assim por baixo da altura de elevação hidrostática do aço.

Obtém-se, desta forma, uma melhor precisão, uma vez que o feixe de ondas electromagnéticas emitidas pelo aço é emitido numa direcçâo paralela ao eixo do instrumento, eliminando a perturbação das. ondas oblíquas. Não obstante, o dispositivo sofre também de problemas de bloqueamento devido à dificuldade em manter a bolha. De facto, o feixe de metano e azoto e as reacções subsequentes de abertura de fendas não são, muitas vezes, suficientes para manter a bolha'.

Os problemas destes dois últimos sistemas são originados pelo , facto de ambos estarem abaixo, da altura de elevação hidrostática do líquido, onde . as condições envolventes são piores. 2

Além disso, existe um sistema, chamado "ENDOGLAS" desenvolvido pela companhia Tech-Plus, que usa um leitor óptico colocado dentro de uma lança arrefecida a água de onde pode ser soprado gás inerte..0 sistema está equipado com um manipulador que impulsiona a lança para dentro do. forno. Normalmente, está situada por cima do forno, com a possibilidade de ajustar o ângulo de entrada. 0 sistema não é fixo como os dois anteriores, e, assim, para cada medição é necessário esperar pela entrada da lança no forno. A desvantagem ' é semelhante ' à dos manipuladores de termopar, isto é, não permite· a medição em continuo. De facto, embora seja .arrefecida, a lança não pode permanecer sempre dentro do forno. A Patente JP 62 293128 A e JP 62 226025 A revela exemplos' de dispositivos para a medição', continua da temperatura de metal fundido .que estão colocados por cima da altura de elevação' hidrostática do banho de aço fundido e. que compreendem' um instrumento de análise térmica colocado numa lança que sopra um jacto de oxigénio a alta velocidade' contra a superfície da escória de metal. O objectivo geral do presente invento consiste em indicar· um dispositivo e processo para a medição em modo/.contínuo e discreto da temperatura de metal fundido num forno ou num recipiente para a sua produção, e tratamento, que permita uma medição precisa e .fiável da temperatura do banho.'

Outro objectivo consiste em ultrapassar as desvantagens acima mencionadas da técnica anterior de uma forma extremamente simples, com custo eficaz e párticularmente funcional.

Tendo em vista os objectivos acima mencionados, de acordo com o presente invento, pensou-se em realizar um dispositivo e em indicar um processo para a medição contínua da temperatura 3 de metal fundido num forno ou num' recipiente para a sua produção ou tratamento, tendo as características definidas nas reivindicações anexas.

As características estruturais e funcionais do presente invento, e as suas vantagens quando comparadas com a técnica anterior serão tornadas ainda mais claras a partir do exame da descrição seguinte, com referência aos desenhos anexos, que ilustram um dispositivo para. a. medição em' modo .continuo e discreto da ’ temperatura de metal fundido num forno ou num recipiente para a sua produção e tratamento feitos de acordo com os princípios inovadores do próprio invento.

Nos desenhos: - a figura 1 é uma vista em corte de um forno ou um recipiente equipados . com um dispositivo para a medição em contínuo da temperatura de aço fundido.de acordo com a técnica revelada pela Patente US 006071466: -. a figura 2 . é uma vista em corte de um forno ou um recipiente equipado com uma lança de .acordo com a técnica revelada pela Patente Europeia EP0947587, na qual é inserido um dispositivo para a medição em modo continuo e discreto da temperatura de metal fundido de acordo com o invento; - a figura 3 é uma vista em corte axonométrico explodido dos componentes do dispositivo de medição da figura 2.

Com referência aos desenhos, um dispositivo para a medição em modo continuo e discreto da temperatura de metal fundido num forno ou num recipiente para a sua produção ou tratamento está identificado, na globalidade, por 10. 4

No exemplo ilustrado, de acordo com o presente invento, o dispositivo 10 é inserido numa lança com forma tubular 12, equipada com um aparelho de arrefecimento ou isolamento. A lança 12 é inserida num revestimento refractário 13 de um forno ou recipiente 20. 0 arrefecimento da lança 12 é feito, por exemplo, de acordo com o que está revelado na Patente Europeia EP0947587, que indica um tipo de' arrefecimento baseado- na capacidade térmica da água atomizada que é superior à da água no estado liquido.

Uma extremidade da cabeça da lança 12 é colocada ao. nível da escória de metal. 18 presente no fórno ou no recipiente 20, com um ângulo de cerca .de .45° em relação ao lado vertical do forno 20. 0 dispositivo 10 compreende, essencialmente, uma estrutura tubular 11, colocada· numa. zona segura e bem refrigerada, na qual um instrumento de análise térmica 14 é inserido através de um suporte 15. O instrumento 14 pode ser um pirómetro do tipo convencional ou uma cabeça óptica, e está ligado ao exterior através de uma fibra óptica 16, por exemplo uma monofibra revestida com uma bainha flexível, feita em aço inoxidável. • A lança 12 está equipada com injectores . de gás· inerte, tal como árgon, e ar comprimido. Além disso, pode prever injectores para combustível e agente de combustão, tal como metano e oxigénio.

No topo da estrutura tubular 11 do dispositivo 10, em frente ao instrumento de análise térmica 14, está montado um bico convergente e divergente 22. A operação do dispositivo 10 para uma medição em modo contínuo e discreto da temperatura do metal fundido num forno ou recipiente para a sua produção ou tratamento de acordo com o 5 invento é clara a partir do que foi descrito acima . com referência.às figuras, e, resumindo, é o seguinte.

Um jacto de gás inerte a elevada pressão, tal como árgon, é soprado através da lança 12, para a escória 18; o jacto permanece comprimido graças à. forma geométrica do bico . e à possível chama de cobertura que queima metano e oxigénio,. É necessário executar um ajuste no caudal de gás inerte e possível combustível para se obter um.jacto supersónico de gás inerte comprimido.,, de modo a penetrar a escória 18 e a expor> localmente,,a superfície do metal fundido.

Desta, forma, o instrumento de., análise térmica 14 é proporcionado com um espaço cónico limpo através do qual é possível observar a superfície do banho. 0 pirómetro ou a cabeça óptica podem ler, assim,, a temperatura do metal fundido. ' , Numa . representação preferida, o pirómetro é dicromático, isto é, lê duas bandas de.frequência'e é, assim menos sensível â perturbações. A fibra óptica 16,' ligada :ao instrumento .de análise 14, cruza todo o comprimento da lança 12 e transporta o sinal para um aparelho que visualiza a temperatura em tempo. real. Um tal aparelho tem a possibilidade de uma- calibração para os vários tipos de material. .

Quando não. se. pretende executar a medição, a lança 12 ainda é mantida limpa por meio ' de um fluxo de ar comprimido, evitando colmatações possíveis que seriam, em qualquer caso, um problema menor, dado o facto da lança 12 não ser mergulhada abaixo da altura de elevação hidrostática do banho de metal. 0 arrefecimento da lança 12 permite que o dispositivo de medição 10 seja protegido das elevadas temperaturas do forno ou do recipiente. 6

Como indicação, uma cabeça óptica e uma fibra óptica 16 do tipo comercial podem suportar uma temperatura máxima de.cerca de 250°C.· Estas cabeças ópticas podem ser, em qualquer caso, substituídas ,sem ' a necessidade de mudar as partes remanescentes.

No caso de ser utilizado um pirómetro, é também usado um conversor para visualizar o sinal, com um campo.de medição, por exemplo, entre cerca de 750°c e 1800°C, e com uma precisão, a mais de 1500°C, de +/- 0.6% do. valor medido em graus centígrados. '

Uma' vez calibrado, o instrumento, de análise térmica 14 detecta 'temperaturas que provaram sér particularmente consistentes, uma vez que., se o valor medido com o termopar for constante, ' o. valor medido com o dispositivo 10 é igualmente constante.

Numa representação preferida, o instrumento 14 pode ler. a temperatura cada 10 milissegundos, e deverá ser tomado em consideração, como as condições envolventes difíceis, ·como pós, pulverização, etc,.,' do forno ou recipiente 20 não afectam significativamente a medição. . O dispositivo. 10 .pode ser ligado a um processador electrónico comum que,; equipado com um programa adequado, mostra a- progressão da medição em tempo real, com informação adicional tal como o pico máximo e a média num dado período de tempo. 0 bico 20 permite um fluxo adequado de árgon ou: ar comprimido para proteger o instrumento de análise 14 de possíveis sujidades. A lança 12 pode ser posicionada em qualquer ponto do forno eléctrico, e isto permite que sejam executadas medições pontuais na mesma área onde o termopar é normalmente inserido 7 na técnica anterior. Fazendo-o, são dados ao operador os mesmos pontos de referência que ele conhece usando termopares. 0 dispositivo 10 pode ser executar medições em modo continuo, facilitando o desenvolvimento da automação .do forno ou recipiente, acima de tudo naqueles casos que preveem uma carga continua,' cuja velocidade de carga pode ser ajustada como referência à progressão da temperatura do banho.

Em geral, um processo para a medição em modo contínuo e discreto da temperatura de metal fundido num forno ou num recipiente para a; sua produção, e tratamento consiste em efectuar uma abertura numa camada de superfície, de escória através do sopro de gás inerte, de modo a tornar o aço fundido visível por · um instrumento de análise térmica com medição à distância. '

Do que foi descrito acima com referência às figuras, é claro como .um dispositivo e um processo para a medição, em modo contínuo e discreto da temperatura de metal fundido num forno ou num recipiente para a .sua produção e tratamento de acordo, com o invento é particularmente útil e vantajoso. Os objectivos mencionados no preâmbulo da descrição são,, assim, conseguidos. É claro, as formas do dispositivo para a medição em modo contínuo e discreto da. temperatura de metal fundido- num forno ou num recipiente para a sua. produção e tratamento, do invento podem ser diferentes das que são ilustradas como um exemplo não limitativo nos desenhos, .tal como os materiais podem ser diferentes. 0 âmbito de protecção fica assim definido pelas reivindicações anexas.

Lisboa, 21 de Julho de 2008 8

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo (10) para a.'.' medição contínua da temperatura de metal fundido num forno ou num recipiente para a sua produção' e tratamento,, compreendendo um. instrumento de análise térmica (14) colocado numa lança (12) que sopra gás inerte e / ou ar comprimido a alta pressão contra a superfície da escória de metal (18) de um forno ou de um recipiente (20), caracterizado por compreender, dentro ' da dita lança (12) , um estrutura tubular (11) na. qual o dito instrumento de análise (14) é inserido através de um suporte (15) e por um bico (22) convergente -e divergente estar montado na;, dita estrutura tubular (11)·, em frente ao instrumento de análise (14> para soprar um jacto supersónico de gás inerte comprimido.-' 2Dispositivo (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por. o, dito fluxo de' gás inerte e / ou ar comprimido ser protegido por uma chama de cobertura, realizada através de um combustível e de um agente, de. combustão soprados pela dita .lança (12) .
2. 3. Dispositivo (10)' de acordo com a reivindicação 1,· caracterizado por o dito gás inerte ser· árgon.
3. 4. Dispositivo. (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito instrumento de análise térmica (14) ser uma cabeça óptica ou um pirómetro·.
4. 5, Dispositivo (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita lança (12) ser inserida num revestimento refractário (13) do dito forno ou recipiente (20), uma extremidade de- cabeça da dita lança (12) estando colocada ao nível da dita escória de aço (18) presente· no forno ou no recipiente (20), com. um ângulo de 45° em relação ao lado vertical do próprio forno ou recipiente (20). 1
5. 6.. Dispositivo (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito instrumento (14) estar ligado ao exterior por intermédio de uma fibra óptica (16).
6. 7. Dispositivo (10) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a dita fibra óptica (16) ser uma monofibra revestida com uma bainha flexível feita em aço inoxidável.
7. 8. Dispositivo. (10) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o dito combustível ser metano e o dito agente de combustãoser oxigénio:
8. 9. Dispositivo (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado.por o.dito pirómetro ser bicromático.'
9. 10. Dispositivo (10) de acordo com a reivindicação 6,. caracterizado por a dita fibra · óptica' (16) cruzar todo o comprimento da lança (12) e transportar um sinal, a um aparelho que visualiza a temperatura err. tempo real. '
10. 11. Processo para a medição em modo contínuo e discreto da temperatura de metal fundido num forno ou· num recipiente para a sua.produção e tratamento,' caracterizado por compreender um passo' consistindo num sopro contínuo de um jacto supersónico de um' gás inerte, comprimido numa camada . de superfície de escória, de aço do dito. forno eléctrico por meio de um bico convergente, e divergente que está montado no topo de uma estrutura tubular em frente a um, instrumento de análise térmica, o dito sopro contínuo de gás inerte efectuando uma abertura na dita escória, através da dita abertura.o dito metal fundido sendo tornado visível, ao dito instrumento de análise térmica com medição a. partir de uma determinada distância, e por compreender um passo que consiste em soprar ar comprimido para evitar possíveis colmatações quando a medição não é efectuada. Lisboa, 21 de Julho de 2008 2