BRPI0514521B1 - processo para a operação de um forno de arco voltaico elétrico e dispositivo para realização do processo - Google Patents
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Abstract
processo e dispositivo para a operação de um forno de arco voltaico elétrico. refere-se a um processo para a operação de um forno de arco voltaico elétrico, que compreende, pelo menos, um eletrodo e uma etapa do processo de sangria. no início da etapa de sangria, a alimentação de energia ao, pelo menos um, eletrodo (2) do forno de arco voltaico elétrico (1) não é interrompida, e a energia continua a ser conduzida ainda a, pelo menos, um eletrodo (2), também durante a etapa de sangria. a eferida etapa pode iniciar antes dos modos de operação tradicionais de um forno de arco voltaico elétrico (1). isto poupa tempo, reduz o consumo de eletrodos e de energia, e também aumenta a produtividade. o desejado conteúdo de energia de aço bruto (8) é assegurado pelo cálculo prévio da alteração do conteúdo de energia da fusão (4) durante a etapa de sangria, e o perigo de superaquecimento é compensado.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PRO-CESSO PARA A OPERAÇÃO DE UM FORNO DE ARCO VOLTAICO ELÉTRICO E DISPOSITIVO PARA REALIZAÇÃO DO PROCESSO".
Descrição [001] A presente invenção refere-se a um processo para a operação de um forno de arco voltaico elétrico, que apresenta, pelo menos, um eletrodo, com uma etapa do processo de sangria. Além disso, a invenção refere-se a um dispositivo correspondente.
[002] Em um forno de arco voltaico elétrico são fundidos e/ou tratados, em particular, materiais de carga contendo ferro. No forno de arco voltaico elétrico a energia elétrica serve, de preferência, para o aquecimento, a fusão e o superaquecimento e/ou para a purificação dos materiais de carga. Em fornos de arco voltaico elétrico o calor é produzido através de arcos voltaicos, isto é, corrente elétrica, que passa entre eletrodos ou entre um ou vários eletrodos e componentes do forno, sendo que os arcos voltaicos fornecem sua energia aos materiais de carga a serem fundidos ou à fusão no forno de arco voltaico.
[003] No livro "Stahlerzeugung im Lichtbogenofen/ produção de aço em fornos de arco voltaico" de Manfred Jellínghaus, 1994, editora Stahleisen mbH, Dusseldorf é descrita a produção de aço no forno de arco voltaico. Em particular, nas páginas 100 e 101 da publicação mencionada anteriormente é entrado em pormenores quanto à forma de operação de fornos de arco voltaico elétrico. A fim de obter uma produtividade mais alta possível, em um forno de arco voltaico elétrico, procura-se fundir o mais rápido possível, durante o tempo de fusão todo conduzir a maior quantidade possível de energia elétrica, e manter mais curtos possíveis os tempos de desligamento ou tempos intermediários sem condução de energia. A fim de aumentar a produtividade de fornos de arco voltaico, é sugerido, por exemplo, empregar transformadores de fornos mais potentes ou organizar melhor o fluxo de ma- terial de todos os materiais brutos para o forno de arco voltaico elétrico.
[004] A tarefa da invenção é aperfeiçoar mais a produtividade de um forno de arco voltaico elétrico. Essa tarefa é solucionada por um processo do tipo mencionado no início, sendo que ao, pelo menos um, eletrodo do forno de arco voltaico elétrico é conduzida energia, pelo menos, temporariamente, também durante a etapa do processo de sangria.
[005] Em oposição às formas de operação conhecidas, de um forno de arco voltaico elétrico, a condução de energia para, pelo menos, um eletrodo de acordo com a invenção não é mais desligada antes da etapa do processo de sangria. Ao invés disso, também durante a etapa do processo de sangria, pelo menos, temporariamente a energia continua a ser conduzida. Deste modo a etapa do processo de sangria pode iniciar mais cedo que no caso da forma de operação tradicional, o que em comparação com a forma de operação tradicional de um forno de arco voltaico elétrico leva a uma economia de tempo significativa. A produtividade de um forno de arco voltaico elétrico é aumentada de tal modo e os consumos de eletrodos são reduzidos condicionados pelos tempos de operação mais curtos.
[006] Com vantagem, o conteúdo de energia de um produto de fusão que se encontra no forno de arco voltaico elétrico também é aumentado de forma intencional durante a etapa do processo de sangria. Deste modo, a produtividade do forno de arco voltaico elétrico continua a aumentar, e ao todo resulta um consumo de energia menor.
[007] Com vantagem, a condução de energia é regulada por especificações de um operador. Deste modo, o processo pode ser realizado com dispêndio de investimento prévio extremamente pequeno.
[008] Com vantagem, a condução de energia é regulada por meio de um dispositivo de contagem. Deste modo, cálculos e avaliações não precisam mais ser executados por um operador, em particular, em conexão com a operação do forno de arco voltaico elétrico.
[009] Com vantagem, a condução de energia é regulada com auxílio de um modelo implementado em um dispositivo de regulagem, para o balanço de energia e de massa. Deste modo é preparado um processo de regulagem automático que reage de forma extremamente rápida e abrangente, para a operação de um forno de arco voltaico elétrico.
[0010] A tarefa que serve de base à invenção também é solucionada por um dispositivo para a realização de um processo descrito anteriormente em suas diversas caracterizações, com um forno de arco voltaico elétrico e um dispositivo de regulagem acoplado com o forno de arco voltaico elétrico, sendo que, o dispositivo de regulagem apresenta um modelo para o balanço de energia e de massa, e é executado de tal modo que, ele regula a posição e a condução de energia do, pelo menos um, eletrodo também durante a etapa do processo de sangria. As vantagens do dispositivo de acordo com a invenção resultam, de modo análogo, das vantagens do processo de acordo com a invenção.
[0011] A seguir, serão esclarecidas em detalhes particularidades e outras vantagens da invenção, com auxílio de exemplos de execução em ligação com os desenhos. São mostradas: Figura 1 uma representação esquemática, a título de exemplo, de um forno de arco voltaico elétrico, Figura 2 uma representação esquemática, a título de exemplo, da distribuição de energia durante a operação tradicional de um forno de arco voltaico elétrico, Figura 3 uma representação esquemática, a título de exemplo da distribuição de energia durante a operação de acordo com a invenção de um forno de arco voltaico elétrico 1.
[0012] A figura 1 mostra um exemplo para um forno de arco voltai-co elétrico 1, com um recipiente do forno 11 e uma subestrutura do recipiente 12 com berço do forno. No exemplo mostrado, uma tampa 5 se encontra na área superior do recipiente do forno. A tampa 5 é executada móvel no exemplo mostrado, e pode ser aberta, de preferência, a fim de conduzir, por exemplo, materiais de carga ao recipiente do forno 11.
[0013] No exemplo é mostrado o produto de fusão 4 que se encontra no recipiente do forno 11. A designação "produto de fusão" 4 é usada para designar tanto materiais de carga como também material fundido que se encontram no forno de arco voltaico elétrico 1. Como produto de fusão 4 é designada também uma mistura de materiais de carga e material fundido. Materiais de carga são, por exemplo, sucata, isto é, resíduos contendo ferro, ferro-gusa e/ou ferro poroso. Ao produto de fusão 4 são adicionados frequentemente suplementos como, por exemplo, formadores de escória, meios de fluxo, meios de refinação, meios de carburação, meios de redução de escória e/ou adições, tais como, meios de desoxidação e de liga.
[0014] No exemplo mostrado, o forno de arco voltaico elétrico 1 apresenta vários eletrodos 2, que são conduzidos através de aberturas da tampa 5. Com auxílio dos eletrodos 2, e através da condução de energia surgem os arcos voltaicos 3, por meio dos quais é conduzida energia em forma de calor ao produto de fusão 4.
[0015] O forno de arco voltaico elétrico 1 pode ser executado, por exemplo, como forno de arco voltaico elétrico de corrente contínua, ou como forno de arco voltaico elétrico de corrente alternada. Para o forno de arco voltaico elétrico 1 está previsto, de preferência, um dispositivo de regulagem, não representado em detalhes no desenho. Esse dispositivo de regulagem apresenta uma regulagem de eletrodo, a fim de ajustar, da forma desejada, através da regulagem dos eletrodos 2, as conversões de potência no forno de arco voltaico elétrico 1. A ignição dos arcos voltaicos 3, o ajuste do comprimento dos arcos voltaicos e a compensação da combustão são obtidos, em essência, através de levantamento e abaixamento dos eletrodos 2. Em particular, durante a fundição de material no forno de arco voltaico elétrico 1, os eletrodos 2 são reajustados, em geral, de forma mais rápida possível de tal modo que, os arcos elétricos 3 não se rompam e curtos-circuitos que possam surgir, por exemplo, durante a precipitação de sucata, sejam compensados o mais rápido possível por meio de rápido movimento para cima dos eletrodos 2.
[0016] O forno de arco voltaico elétrico 1 apresenta, de preferência, uma porta 7, a fim de retirar escória 6, por exemplo, por meio de uma panela de escória 10.
[0017] No final de uma fusão, a seguir também chamada ciclo de operação, o produto de fusão 4 pronto é transportado do forno de arco voltaico elétrico 1 como aço bruto 8. A retirada do produto de fusão 4 pronto, isto é, a retirada do aço bruto 8 do forno de arco voltaico elétrico 1 é designada como etapa do processo de sangria. O aço bruto 8 é vertido para uma panela 9 através da chamada sangria 13, que no exemplo mostrado é executada como sangria de sifão, procedente do forno de arco voltaico elétrico 1. De preferência, o recipiente do forno 11 é tombado para isso. Com auxílio da panela 9, que também é designada como panela de fundição, depois da etapa do processo de sangria, o aço bruto 8 pode ser conduzido a um dispositivo de fundição, por exemplo, a uma instalação de fundição contínua.
[0018] As figuras 2 e 3 mostram esquematicamente e a título de exemplo a distribuição de energia durante a operação de um forno de arco voltaico elétrico 1. Nesse caso, a figura 2 refere-se à forma de operação tradicional de um forno de arco voltaico elétrico 1, a figura 3 ilustra, por sua vez, a forma de operação de acordo com a invenção de um forno de arco voltaico elétrico 1.
[0019] Nas figuras 2 e 3 está traçada, respectivamente, a potência efetiva P através do tempo t. As duas figuras 2 e 3 mostram a distribuição de energia durante um ciclo de operação completo do forno de arco voltaico elétrico 1, bem como, somente indicado, o início de um ciclo de operação seguinte no tempo. O ciclo de operação precedente no tempo, que está representado totalmente, será designado, a seguir, como primeiro ciclo de operação; o ciclo de operação seguinte no tempo, cujo início está somente indicado nas figuras 2 e 3, será designado, a seguir, como segundo ciclo de operação. Em geral, durante a operação de um forno de arco voltaico elétrico 1 se sucedem vários - muitas vezes também um grande número - de ciclos de operação. Entre dois ciclos de operação podem estar períodos adicionais de parada, de montagem e/ou de manutenção, sendo que se tem esforçado para manter o menor possível esses períodos no esforço por um aproveitamento maior possível.
[0020] Nos instantes Tai, Ta2, e Ta3 ou T’ai, T’a2 e T’a3, durante o primeiro ciclo de operação, são adicionados materiais de carga para o forno de arco voltaico elétrico 1. Os materiais de carga, em geral, são adicionados ao recipiente do forno 11 por meio de um chamado cesto com a tampa 5 aberta.
[0021] Depois da adição de materiais de carga para o forno de arco voltaico elétrico 1, aos eletrodos 2 é conduzida energia durante os tempos de ligação t-ι, fe e t3 ou t’i, t’2 e t’3. Durante os tempos de ligação t-ι, fe e t3 ou t’1, t’2 e t’3 o produto de fusão 4 é fundido no recipiente do forno 11 e/ou é tratado de outra forma. Aos tempos de ligação ti, t2 e t3 ou t’1, t’2, t’3 se seguem tempos de desligamento toi, to2, toe ou t’01, t’02, t’03, durante os quais nenhuma energia é conduzida.
[0022] Durante um último tempo de ligação U ou t’4, precisa ser assegurado que o conteúdo de energia do aço bruto 8 durante a san- gria é suficientemente alto, e está ajustado corretamente para a continuação de seu tratamento.
[0023] Durante os tempos de desligamento toi, tc» ou t’01, t’02 podem ser adicionados, por exemplo, materiais de carga como já foi descrito. Pelo menos, no tempo de desligamento t’03 ou t’03 que precede o último tempo de ligação U ou t’4, do primeiro ciclo de operação, do produto de fusão 4 é retirado, pelo menos, um corpo de prova no instante Tp ou T’p.
[0024] O período de tempo do instante To ou T’o, do início do primeiro tempo de ligação ti ou t’1 do primeiro ciclo de operação até o fim do penúltimo tempo de ligação t3 ou t’3 de um ciclo de operação é designado como tempo de fusão te ou t’e. O último tempo de ligação U ou t’4, também é designado como tempo de término tf ou t’f ou t”f.
[0025] Durante o tempo de término tf, t’f ou t”f, é importante ajustar corretamente o conteúdo de energia do produto de fusão 4 ou do aço bruto 8. Durante o tempo de término tf, t’f, ou t”f também pode ocorrer uma refinação e/ou refinamento do produto de fusão 4.
[0026] Ao último tempo de ligação t4 ou t’4 do primeiro ciclo de operação, portanto, ao tempo de término tf ou t’f ou t”f do primeiro ciclo de operação se segue um último tempo de desligamento to4 ou t’04 ou t”o4 que dura até o instante T1 ou T’1 do início do primeiro tempo de ligação do segundo ciclo de operação. O período de tempo To ou T’0, do início do primeiro tempo de ligação ti ou t’1, do primeiro ciclo de operação, até o instante T1 ou T’1, do início do primeiro tempo de ligação do segundo ciclo de operação, é designado como tempo do ciclo tx ou t’x.
[0027] Na forma de operação tradicional de um forno de arco vol-taico elétrico 1, aos eletrodos 2 durante a etapa do processo de sangria não é conduzida nenhuma energia (compare com a figura. 2). Na forma de operação tradicional, o tempo de sangria ta, isto é, o tempo do instante TTo do início da etapa do processo de sangria até o instante Tu, do fim da etapa do processo de sangria, se situa totalmente durante o último tempo de desligamento W O nível de energia de término Pf em geral fica claramente abaixo do nível de energia médio durante os tempos de ligação t-ι, fe e t3 durante o tempo de fusão te.
[0028] De acordo com a invenção, aos eletrodos 2 do forno de arco voltaico elétrico 1, como indicado na figura 3, é conduzida energia durante a etapa do processo de sangria, isto é, durante o tempo de sangria t’a, pelo menos, temporariamente. O processo de sangria de acordo com a invenção inicia bem mais cedo em comparação com a forma de operação tradicional de um forno de arco voltaico elétrico 1, o que leva a uma vantagem de tempo na operação do forno de arco voltaico elétrico 1. O tempo de ciclo t’x durante a operação de acordo com a invenção de um forno de arco voltaico elétrico 1 é, então, reduzido em comparação com o tempo de ciclo tx na operação tradicional.
[0029] De acordo com a invenção, o conteúdo de energia do produto de fusão 4 que se encontra no forno de arco voltaico elétrico 1 também durante a etapa do processo de sangria, isto é, durante o tempo de desligamento t’a, é mais aumentado, de forma intencional. Com auxílio de um comando de fusão, que pode ser executado, por exemplo, como dispositivo de contagem, e/ou com auxílio de um modelo que segue o processo online, para o balanço de energia e de massa é determinado primeiramente o nível de energia da fusão antes do instante Τ’το, do início da etapa do processo de sangria, e a alteração completa do conteúdo de energia do produto de fusão 4 é calculada antecipadamente. Com auxílio de um comando de fusão e/ou de um modelo para o balanço de energia e de massa são calculados antecipadamente de modo otimizado, de preferência, também o instante Τ’το, o início da etapa do processo de sangria e o instante TVi, o fim da etapa do processo de sangria. O modelo para o balanço de energia e de massa pode ser implementado em um dispositivo de regulagem. De preferência, o modelo para o balanço de energia e de massa é implementado no dispositivo de regulagem, que apresenta a regulagem de eletrodo para o forno de arco voltaico elétrico 1. De modo alternativo, está disponível um primeiro dispositivo de regulagem, que apresenta um modelo para o balanço de energia e de massa, que está acoplado com um segundo dispositivo de regulagem, que apresenta a regulagem de eletrodo mencionada anteriormente. A forma de operação do forno de arco voltaico elétrico 1 pode ser influenciada de modo alternativo ou adicional por um operador.
[0030] Com auxílio do modelo para o balanço de energia e de massa é impedida uma eventual fusão completa do recipiente do forno 11 e/ou da subestrutura do recipiente 12 através da regulagem correspondente da condução de energia aos eletrodos 2. O nível de energia durante o tempo de término t’f ou t”f pode abaixar, de preferência, continuamente durante o tempo de sangria t’a (compare o nível de energia de término P”f). O nível de energia de término P’f ou P”f também pode ser abaixado, por exemplo, de forma gradual e/ou depois do percurso mais longo, em princípio, constante. As últimas alternativas, contudo, não estão representadas em detalhes na figura 3. Durante o tempo de término t’f ou t”f o nível de energia pode ser mantido, pelo menos, quase constante também durante o tempo de sangria t’a (compare o nível de energia de término P’f). Com auxílio de tempos de término t’f, t”f e do nível de energia de término P’f e P”f estão representados esquema-ticamente dois exemplos para um percurso de acordo com a invenção do nível de energia durante o tempo de sangria t’a.
[0031] Tanto na forma de operação de acordo com a invenção, como também na forma de operação tradicional do forno de arco voltaico elétrico 1, durante seu tempo de fusão te ou t’e, um ciclo de operação pode apresentar um ou vários tempos de ligação ti, h, t3 ou t’i, t’2, t’3. Em princípio, também é possível que, em um ciclo de operação do tempo de término tf ou t’f não anteceda nenhum tempo de fusão te ou t’e. Depois do tempo de sangria ta ou t’a, ao forno de arco voltaico elétrico 1 antes do instante Ti ou T’i em um instante Tbi ou T’bi são conduzidos novamente materiais de carga.
[0032] A ideia que serve de base para a invenção pode ser resumida, em essência, como a seguir: [0033] a invenção refere-se a um processo para a operação de um forno de arco voltaico elétrico, que compreende, pelo menos, um eletrodo com uma etapa do processo de sangria. Quando no início da etapa do processo de sangria, a condução de energia através do, pelo menos um, eletrodo 2 do forno de arco voltaico elétrico 1 não é interrompida, e a energia continua a ser conduzida ainda a, pelo menos, um eletrodo 2, também durante a etapa do processo de sangria, a etapa do processo de sangria pode iniciar antes do que no modo de operação tradicional de um forno de arco voltaico elétrico 1. Isso leva a um ganho essencial de tempo, a consumos menores de eletrodos e de energia, bem como a uma produtividade maior. Através do cálculo prévio da alteração do conteúdo de energia da fusão 4 durante a etapa do processo de sangria, o desejado conteúdo de energia do aço bruto 8 é assegurado, e o perigo de superaquecimento é combatido.
REIVINDICAÇÕES
Claims (9)
1. Processo para a operação de um forno de arco voltaico elétrico (1), que apresenta, pelo menos, um eletrodo (2), sendo que, em um ciclo de operação do forno de arco voltaico elétrico (1), que compreende uma sequência de um tempo de ligação (t’3) de um tempo de desligamento (t’03) e de um último tempo de ligação (t’f, t”f), é realizada uma etapa do processo de sangria, sendo que, ao, pelo menos um, eletrodo (2), durante os tempos de ligação (t3, t’f, t”f), é conduzida energia, e, durante o tempo de desligamento (t’03), não é conduzida nenhuma energia, sendo que, a etapa do processo de sangria é realizada depois do tempo de desligamento (t’03), e caracterizado pelo fato que é conduzida energia ao, pelo menos um, eletrodo (2), pelo menos, temporariamente, também durante a etapa do processo de sangria.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o conteúdo de energia de um produto de fusão (4) que se encontra no forno de arco voltaico elétrico (1) também é aumentado intencionalmente durante a etapa do processo de sangria.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato que a condução de energia é regulada por especificações de um operador.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato que a condução de energia é regulada por meio de um dispositivo de contagem.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato que a condução de energia é regulada com auxílio de um modelo implementado em um dispositivo de regulagem, para o balanço de energia e de massa.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato que o início da etapa do processo de sangria (Τ’το) fica no último tempo de ligação (t’f, t”f) e o fim da etapa do processo de sangria (TVi) está em um último tempo de desligamento (t’04, Γ04) que se segue ao último tempo de ligação (t’f, t”f)·
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato que a condução de energia no último tempo de ligação (t”f) é abaixado constantemente durante a etapa do processo de sangria.
8. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato que a condução de energia no último tempo de ligação (t’f, t”f) é abaixado de forma graduada e/ou depois do percurso mais longo, em princípio, constante.
9. Dispositivo para a realização do processo, como definido em qualquer uma das reivindicações 5 a 8, tanto quanto remetida à reivindicação 5, com um forno de arco voltaico elétrico (1) e um dispositivo de regulagem acoplado com o forno de arco voltaico elétrico (1), sendo que, o dispositivo de regulagem apresenta um modelo para o balanço de energia e de massa, caracterizado pelo fato que é executado de tal modo que, ele regula a posição e a condução de energia do, pelo menos um, eletrodo (2) também durante a etapa do processo de sangria.
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