ES2205836T3 - Metodo para estimar la posicion de la punta de un electrodo. - Google Patents
Metodo para estimar la posicion de la punta de un electrodo.Info
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Abstract
¿ Método para estimar la posición de la punta de electrodos consumibles y sumergidos en hornos eléctricos de fusión, en el que se estima la posición de la punta de un electrodo en base a la posición del portaelectrodo y a una función de electrodo consumido por unidad de tiempo, caracterizado porque después de que se ha determinado la posición de la punta del electrodo se calculan unos márgenes superior e inferior de incertidumbre de la posición de la punta del electrodo, tras lo cual se aumentan los márgenes superior e inferior de incertidumbre durante el funcionamiento normal del horno mediante el cálculo de un aumento en los márgenes superior e inferior de incertidumbre, y se actualiza el tamaño de los márgenes superior e inferior de incertidumbre mediante la comprobación manual del electrodo y/o mediante el pesaje del electrodo y/o mediante el movimiento vertical del electrodo.
Description
Método para estimar la posición de la punta de un
electrodo.
La presente invención se refiere a un método para
estimar la posición de la punta de un electrodo consumible en un
horno eléctrico de fusión.
En los hornos eléctricos de fusión para la
producción de ferroaleaciones, silicio, arrabio, etc. se utilizan
electrodos consumibles de carbón que se sumergen en la carga del
horno durante el funcionamiento de los hornos. Los electrodos están
soportados por portaelectrodos que se utilizan también para
suministrar a los electrodos la corriente eléctrica de
funcionamiento. Los electrodos se regulan hacia arriba y hacia
abajo por medio de cilindros hidráulicos con el fin de obtener y
mantener un valor de referencia preseleccionado para la intensidad
de la corriente o para la resistencia eléctrica. El sistema de
electrodos está equipado además con medios para el desplazamiento
hacia abajo del electrodo a través del portaelectrodo para compensar
el consumo del electrodo.
La posición de la punta del electrodo en el horno
es un parámetro de control importante para el funcionamiento de los
hornos eléctricos de fusión. Sin embargo, ha resultado difícil el
determinar la posición de la punta del electrodo con un alto grado
de certeza durante periodos largos de tiempo.
Normalmente, la posición de la punta del
electrodo solamente se puede medir mediante la comprobación manual
de la longitud del electrodo mediante la introducción de una
varilla de acero a través de la carga desde el borde del horno. Sin
embargo, la comprobación manual se hace a intervalos de tiempo
relativamente largos ya que la comprobación manual requiere que la
carga del horno se funda sin añadir materiales de carga, tras lo
cual ha de pararse el funcionamiento del horno con el fin de
comprobar manualmente el electrodo. Este procedimiento provoca
pérdidas de producción y, por consiguiente, se lleva a cabo el
menor número de veces posible.
Se han propuesto también métodos para la
estimación de las posiciones de las puntas de los electrodos
basados en asumir un consumo constante del electrodo por unidad de
tiempo, en combinación con una comprobación manual del electrodo.
Sin embargo, estos métodos para la estimación de la posición de la
punta del electrodo no han producido estimaciones de la posición de
la punta del electrodo suficientemente precisas a lo largo del
tiempo, debido al hecho de que el modelo utilizado para estimar el
consumo del electrodo no ha sido suficientemente preciso, debido
fundamentalmente al hecho de que el consumo del electrodo no es
constante a lo largo del tiempo, sino que varía debido a un cierto
número de factores, tales como la energía eléctrica suministrada,
la intensidad de la corriente, la composición de la carga, la
calidad del material del electrodo, etc.
Por lo tanto, existe una necesidad de un método
para estimar la posición de la punta de electrodos consumibles y
sumergidos en hornos eléctricos de fusión que mediante un mayor
grado de precisión pueda proporcionar una mejor estimación de la
posición de la punta del electrodo en cualquier momento.
Por consiguiente, la presente invención se
refiere a un método para estimar la posición de la punta de
electrodos consumibles y sumergidos en hornos eléctricos de fusión,
en el que se estima la posición de la punta de un electrodo en base
a la posición del portaelectrodo y a una función de electrodo
consumido en la unidad de tiempo, método que se caracteriza porque
se establece un margen superior de incertidumbre y un margen
inferior de incertidumbre para la posición estimada de la punta del
electrodo, márgenes superior e inferior de incertidumbre que se
aumentan durante el funcionamiento normal del horno, y se actualiza
el tamaño de los márgenes superior e inferior de incertidumbre
mediante la comprobación manual del electrodo y/o mediante el
pesaje del electrodo y/o mediante el movimiento vertical del
electrodo.
De acuerdo con una realización preferida de la
presente invención los márgenes superior e inferior de
incertidumbre durante el funcionamiento normal del horno se
aumentan de acuerdo con las siguientes fórmulas:
SP^{+}=K_{1}\sqrt{t}+SP^{+}
\ (t=0)
y
SP^{-}=K_{2}\sqrt{t}+SP^{-}
\
(t=0),
donde SP^{+} y SP^{-} son, respectivamente,
el tamaño de los márgenes superior e inferior de incertidumbre,
K_{1} y K_{2} son constantes empíricas, y t es el tiempo
transcurrido desde la última actualización de SP^{+} y, de manera
similar, de SP^{-}. Las constantes K_{1} y K_{2} pueden ser
idénticas, con lo que los aumentos del margen superior de
incertidumbre y del margen inferior de incertidumbre durante el
funcionamiento normal del horno serán idénticos, o K_{1} puede
ser mayor que K_{2} con lo que el margen superior de
incertidumbre SP^{+} aumentará más deprisa que el margen inferior
de incertidumbre durante el funcionamiento normal del
horno.
De acuerdo con otra realización, los márgenes
superior e inferior de incertidumbre tras una comprobación manual
de la longitud del electrodo se actualizan a un tamaño que
corresponde a la incertidumbre en la comprobación manual de la
longitud del electrodo.
De acuerdo con otra realización, los márgenes
superior e inferior de incertidumbre tras el pesaje del electrodo
se ajustan a un tamaño que corresponde a la incertidumbre en la
longitud del electrodo para la longitud del electrodo calculada en
base al pesaje del electrodo.
De acuerdo con todavía otra realización del
método de la presente invención, el margen superior de
incertidumbre para la longitud estimada del electrodo se actualiza
si el límite superior del margen superior de incertidumbre durante
la elevación del electrodo es mayor que un valor máximo para la
posición de la punta del electrodo. De forma similar, el margen
inferior de incertidumbre para la posición estimada de la punta del
electrodo se actualiza si el límite inferior del margen inferior de
incertidumbre durante el descenso del electrodo es inferior a un
valor mínimo para la posición de la punta del electrodo. Este valor
mínimo de la posición de la punta del electrodo será normalmente el
fondo original del horno.
Mediante el uso del método de acuerdo con la
presente invención se conocerá con un grado de certeza muy alto que
la posición de la punta del electrodo en cualquier momento estará
situada entre los márgenes superior e inferior de incertidumbre.
Mediante la actualización de los márgenes de incertidumbre mediante
la comprobación manual de la longitud del electrodo, mediante el
pesaje del electrodo, o mediante el movimiento vertical del
electrodo, pueden mantenerse los márgenes de incertidumbre en un
tamaño razonable, permitiendo el uso de la posición estimada de la
punta como un parámetro operativo o de control del funcionamiento
de los hornos de fusión, incluso si no se conoce la posición exacta
de la punta.
La figura 1 muestra, esquemáticamente, un
electrodo consumible sumergido en la carga de un horno eléctrico de
fusión.
La figura 2 es un diagrama de bloques que muestra
un modelo general para el consumo del electrodo, modelos para
calcular los márgenes superior e inferior de incertidumbre de la
posición de la punta del electrodo, y cómo puede utilizarse la
comprobación manual de la longitud del electrodo o el pesaje del
electrodo para corregir los modelos para los márgenes de
incertidumbre y para el consumo del electrodo.
Las figuras 3a, 3b, 3c y 3d muestran
esquemáticamente cómo puede utilizarse la elevación y el descenso
del electrodo para actualizar el tamaño de los márgenes superior e
inferior de incertidumbre de la posición de la punta del
electrodo.
En la figura 1 se muestra esquemáticamente un
electrodo consumible de carbón 1, sumergido en la carga de un horno
eléctrico de fusión 2. El nivel de la carga en el horno se indica
mediante la referencia numérica 3.
El electrodo 1 está equipado con un
portaelectrodo 4 para soporte y para suministro de la corriente
eléctrica al electrodo 1. El electrodo 1 está equipado además con
medios convencionales de desplazamiento del electrodo 5 para el
desplazamiento del electrodo a través del portaelectrodo 4. El
electrodo 1 está suspendido del edificio 6 mediante cilindros 7 de
regulación del electrodo que están fijados a un armazón del
electrodo 8.
Durante el funcionamiento del horno eléctrico 2,
el electrodo 1 se regula subiéndole o bajándole por medio de los
cilindros 7 de regulación del electrodo con el fin de mantener la
corriente eléctrica o la resistencia eléctrica en un valor de
referencia predeterminado.
Como se muestra en la figura 1, el electrodo 1
está sumergido en la carga con lo que la posición de la punta del
electrodo (SP) normalmente no puede observarse. Para la descripción
que sigue, la posición de la punta del electrodo se define como la
distancia del fondo del horno a la punta del electrodo. Para medir
manualmente la longitud del electrodo, definida como la distancia
entre el borde inferior del portaelectrodo 4 y la punta del
electrodo 1, la carga tiene que fundirse y el electrodo debe
entonces levantarse hasta que sea posible la medida manual de la
longitud del electrodo. Cuando se conocen la posición del
portaelectrodo, HP, y la longitud del electrodo, L, la posición de
la punta del electrodo se calcula como SP = HP - L + L_{0}, donde
L_{0} es la distancia desde el borde inferior del portaelectrodo
4 al fondo del horno cuando la posición del portaelectrodo es
0.
El electrodo se consume durante el funcionamiento
del horno de fusión. La velocidad de consumo del electrodo varía y
depende de un cierto número de parámetros tales como la energía
eléctrica suministrada, la intensidad de la corriente, la
composición de la carga, la calidad del material del electrodo y
otros. Con el fin de compensar el consumo del electrodo, éste
último se desplaza hacia abajo periódicamente a través del
portaelectrodo 4 por medio de los medios de desplazamiento del
electrodo 5.
Para el método de la presente invención se toma
como punto de partida el que la posición de la punta del electrodo,
SP, siempre estará por encima del fondo del horno 2 y tendrá un
valor mínimo representado en la figura 1 como SPmin. Además, el
electrodo estará siempre sumergido en la carga, con un nivel de
carga normal, y, por consiguiente, la posición de la punta del
electrodo tendrá un valor máximo representado en la figura 1 como
SPmax.
Después de que se ha determinado la posición de
la punta del electrodo, por ejemplo mediante una comprobación
manual de la longitud del electrodo, se calcula un margen superior
y un margen inferior de incertidumbre de la posición de la punta
del electrodo. Los márgenes superior e inferior de incertidumbre
tras la comprobación manual del electrodo se fijan en los valores
que corresponden a la incertidumbre de la comprobación manual de la
longitud del electrodo. Así, si durante la comprobación manual del
electrodo se puede medir la longitud del electrodo con una precisión
de 0,5 m, los márgenes superior e inferior de incertidumbre se
fijan cada uno a un valor de 0,25 m. En este momento, se conocerá
con exactitud que la posición de la punta del electrodo está dentro
del intervalo comprendido entre los límites superior e inferior de
los márgenes de incertidumbre. Durante el funcionamiento continuado
del horno de fusión la posición de la punta del electrodo se estima
por medio de un modelo para el consumo del electrodo en el que el
consumo del electrodo se estima de acuerdo a:
\frac{dL}{dt} = s - Cp, donde el cambio en la
longitud del electrodo por unidad de tiempo,\frac{dL}{dt}, es
igual a la diferencia entre el desplazamiento del electrodo por
unidad de tiempo, s, y el consumo del electrodo por unidad de
tiempo, Cp. Se asume que el consumo del electrodo es proporcional a
la energía eléctrica suministrada, p. No obstante, el consumo del
electrodo, como se ha mencionado anteriormente, depende de un cierto
número de otros parámetros, tales como la intensidad de la
corriente, el contenido en carbón de la carga, la calidad de los
materiales del electrodo y otros. De este modo, el modelo para el
consumo del electrodo mencionado anteriormente produce una cierta
incertidumbre en la posición estimada de la punta del electrodo.
Esta incertidumbre en el cálculo del consumo del electrodo aumenta
con el tiempo, y los márgenes superior e inferior de incertidumbre
de la posición de la punta del electrodo se incrementan también,
por consiguiente, con el tiempo, hasta que la posición de la punta
del electrodo puede medirse de nuevo mediante la comprobación
manual del electrodo, mediante el pesaje del electrodo o mediante
el movimiento vertical del electrodo de una forma que se describirá
posteriormente.
Los márgenes superior e inferior de incertidumbre
de la posición de la punta del electrodo aumentan durante el
funcionamiento normal del horno de acuerdo con las siguientes
fórmulas:
SP^{+}=K_{1}\sqrt{t}+SP^{+}
\
(t=0)
SP^{-}=K_{2}\sqrt{t}+SP^{-}
\
(t=0),
donde SP^{+} es el valor del margen superior de
incertidumbre, SP^{-} es el valor del margen inferior de
incertidumbre, K_{1} y K_{2} son constantes empíricas, y t es el
tiempo transcurrido desde la última actualización de SP^{+} y de
SP^{-}. Las constantes K_{1} y K_{2} pueden ser idénticas con
lo que los márgenes superior e inferior de incertidumbre se hacen
simétricos. No obstante, puesto que el roce y la rotura del
electrodo únicamente producen un acortamiento del electrodo,
K_{1} puede ser preferiblemente mayor que K_{2}, con lo que el
margen superior de incertidumbre aumenta más deprisa que el margen
inferior de
incertidumbre.
Mediante el método de acuerdo con la invención,
los márgenes superior e inferior de incertidumbre de la posición de
la punta del electrodo se ajustan ya sea por una comprobación
manual de la longitud del electrodo, por el pesaje del electrodo, o
por el movimiento vertical del electrodo.
Para ajustar los márgenes superior e inferior de
incertidumbre mediante el movimiento vertical del electrodo se
utiliza un procedimiento que se describirá con referencia a las
figuras 3a - 3d. El electrodo se eleva hasta que el portaelectrodo
alcanza su máxima posición superior, tras lo que el electrodo se
baja todo lo que sea posible, preferiblemente hasta que el
portaelectrodo alcanza su posición mínima. Para un horno de
fundición en el que SPmax = 2 m y SPmin = 0, y donde la distancia
entre la máxima posición superior del portaelectrodo y la mínima
posición inferior del portaelectrodo sea de 1,5 m, los márgenes
superior e inferior pueden reducirse apreciablemente.
En la situación mostrada en la figura 3a existe
un margen total de incertidumbre de 1,5 m; es decir, los márgenes
superior e inferior de incertidumbre combinados suman 1,5 m.
Después de esto, el electrodo se eleva hasta que el portaelectrodo
alcanza su posición superior máxima, como se muestra en la figura
3b. Si la distancia entre el margen superior de incertidumbre para
la posición de la punta del electrodo y SPmax es menor que la
altura total que se ha elevado el electrodo, entonces puede
reducirse la amplitud del margen superior de incertidumbre. La
amplitud del margen inferior de incertidumbre de la posición de la
punta del electrodo puede reducirse de una manera equivalente si el
electrodo puede moverse verticalmente hacia abajo una distancia a
la que la amplitud del margen inferior de incertidumbre se hace
igual a SPmin. Esta posición se muestra en la figura 3c. Después de
que el electrodo durante un corto intervalo de tiempo haya sido
primero elevado y después bajado como se muestra en las figuras 3a
a 3c, la amplitud total de los márgenes superior e inferior de
incertidumbre en el ejemplo mostrado en las figuras se reducirá
desde 1,5 m a 0,5 m, como se muestra en la figura
3d.
3d.
Durante el funcionamiento normal del horno, los
movimientos del electrodo no serán tan grandes como los que se han
mostrado en las figura 3a a 3d, pero si los márgenes de
incertidumbre de la posición de la punta del electrodo se hacen
grandes, pueden utilizarse incluso movimientos más pequeños del
electrodo para ajustar los márgenes superior e inferior para la
posición estimada de la punta.
En la figura 2 se muestra un diagrama de bloques
que ilustra el método para estimar la posición de la punta del
electrodo de acuerdo con la presente invención. Como se muestra en
la figura 2, el consumo del electrodo se calcula mediante el uso de
un modelo para el consumo del electrodo. El desplazamiento del
electrodo a través del portaelectrodo se resta del consumo del
electrodo y se estima la longitud del electrodo. En base a la
longitud estimada del electrodo se estima la posición de la punta
del electrodo mediante la utilización de la posición del
portaelectrodo, HP, y L_{0}. Al mismo tiempo se calculan los
márgenes superior e inferior de incertidumbre utilizando el modelo
para la incertidumbre. Los márgenes superior e inferior de
incertidumbre se representan en la figura 2 como SP^{+} y
SP^{-}, respectivamente. Mediante una comprobación manual de la
longitud del electrodo y/o mediante el pesaje del electrodo, se
ajustan también los márgenes superior e inferior de incertidumbre
de la posición de la punta del electrodo, y además se utilizan para
ajustar el modelo para el consumo del electrodo.
Claims (8)
1. Método para estimar la posición de la punta de
electrodos consumibles y sumergidos en hornos eléctricos de fusión,
en el que se estima la posición de la punta de un electrodo en base
a la posición del portaelectrodo y a una función de electrodo
consumido por unidad de tiempo, caracterizado porque después
de que se ha determinado la posición de la punta del electrodo se
calculan unos márgenes superior e inferior de incertidumbre de la
posición de la punta del electrodo, tras lo cual se aumentan los
márgenes superior e inferior de incertidumbre durante el
funcionamiento normal del horno mediante el cálculo de un aumento
en los márgenes superior e inferior de incertidumbre, y se actualiza
el tamaño de los márgenes superior e inferior de incertidumbre
mediante la comprobación manual del electrodo y/o mediante el
pesaje del electrodo y/o mediante el movimiento vertical del
electrodo.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el aumento en los márgenes superior e
inferior de incertidumbre durante el funcionamiento normal del
horno se calcula de acuerdo con las siguientes fórmulas:
SP^{+}=K_{1}\sqrt{t}+SP^{+}
\ (t=0)
y
SP^{-}=K_{2}\sqrt{t}+SP^{-}
\
(t=0),
donde K_{1} y K_{2} son constantes empíricas,
y t es el tiempo transcurrido desde la última actualización de
SP^{+} y, de manera similar, de
SP^{-}.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque las constantes K_{1} y K_{2} son
idénticas.
4. Método de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque la constante K_{1} es mayor que la
constante K_{2}.
5. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el tamaño de los márgenes superior e
inferior de incertidumbre de la posición estimada de la punta tras
la comprobación manual de la longitud del electrodo se ajusta a un
tamaño que corresponde a la incertidumbre en la longitud del
electrodo medida mediante la comprobación manual.
6. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque los márgenes superior e inferior de
incertidumbre de la posición estimada de la punta tras el pesaje
del electrodo se ajustan a un tamaño que corresponde a la
incertidumbre en la longitud del electrodo para la longitud del
electrodo calculada en base al pesaje del electrodo.
7. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el margen superior de incertidumbre para
la longitud estimada del electrodo se actualiza si el límite
superior del margen superior de incertidumbre durante la elevación
del electrodo es mayor que un valor máximo para la posición de la
punta del electrodo.
8. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el margen inferior de incertidumbre para
la posición estimada de la punta del electrodo se actualiza si el
límite inferior del margen inferior de incertidumbre durante el
descenso del electrodo es inferior a un valor mínimo para la
posición de la punta del electrodo.
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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