ES2274460T3 - Metodo de decision de reutilizacion o de rechazo de una placa refractaria y dispositivo previsto a tal efecto. - Google Patents

Abstract

Método de decisión de reutilización o descarte de una placa refractaria de un obturador de cajón utilizado para el control del caudal de un metal líquido durante la colada de dicho metal, desde un recipiente superior hacia un recipiente inferior, caracterizado porque se determina, calcula o mide un conjunto de parámetros, del que por lo menos un parámetro normalmente medido de la colada y por lo menos un parámetros propio de la placa, en el transcurso de las sucesivas utilizaciones de las placas, comparándose a continuación con valores de umbral.

Description

Método de decisión de reutilización o de rechazo de una placa refractaria y dispositivo previsto a tal efecto.

La presente invención tiene por principal objeto un método sistemático que permite decidir objetivamente si una placa refractaria de un obturador de cajón, utilizado para el control del caudal de un metal líquido durante la colada de dicho metal desde un recipiente superior hacia un recipiente inferior, puede reutilizarse o debe ser descartada. Según otro de sus aspectos, la invención se refiere a un dispositivo previsto a tal efecto.

En la colada, especialmente la colada continua, de un metal en estado líquido desde un recipiente metalúrgico superior hacia un recipiente inferior, es necesario poder asegurar cierto control sobre el flujo de metal, especialmente sobre el caudal de colada. Se conocen diversos medios utilizados a tal efecto: los medios internos tales como el huso, o los medios externos como los obturadores de cajón (lineales o giratorios).

La mayoría de obturadores de cajón incluyen un juego de placas refractarias, cada una de ellas dotada de, por lo menos, un orificio de colada, insertadas en un mecanismo que permite un desplazamiento relativo de las placas, a la vez que asegura su compresión, de manera que el chorro de metal líquido pueda fluir con mayor o menor facilidad a través de los orificios de placas adyacentes en función de la tasa de estrangulación de los orificios. En los mecanismos conocidos, el desplazamiento relativo de las placas (de las que por lo menos una es móvil y por lo menos una es fija o estacionaria) se efectúa según un movimiento de traslación lineal, rotación o cualquier otra trayectoria. El desplazamiento relativo de las placas queda generalmente asegurado por la fuerza ejercida por un gato (hidráulico, neumático o electromecánico) o mediante un sistema de arrastre motorizado. En el transcurso de la colada, la tasa de estrangulación de las placas se ajusta continuamente, de manera a mantener las condiciones de colada (caudal, altura de metal en el recipiente inferior, etc.) dentro del límite adecuado.

Dichos obturadores de cajón pueden emplearse para la colada desde un horno hacia una cuchara o un convertidor, desde un convertidor hacia una cuchara o desde una cuchara hacia una fosa de reparto. La presente invención se refiere a estas distintas posibilidades. Sin embargo, por motivos de concisión, se describe dentro del contexto de la colada desde una cuchara hacia una fosa de reparto.

Durante las operaciones de colada, las placas refractarias están sometidas a numerosas y severas condiciones que, a la larga, son responsables de su desgaste. Especialmente, se trata de condiciones térmicas (temperatura de colada elevada), químicas (composición del metal colado, de la escoria), mecánicas (intensidad de la estrangulación, número de desplazamientos relativos, etc.), termomecánicas (choque térmico), etc. Además, algunos eventos e incidentes ocurridos durante las operaciones de colada pueden tener un impacto preponderante sobre el estado de las placas refractarias. Por ello, en caso de apertura no natural del recipiente superior o en caso de obturación del orificio durante la colada, puede ser necesario recurrir al uso del soplete o varillas térmicas con objeto de desatascar el orificio de colada de la placa. El recurso al soplete es por supuesto desastroso en lo que se refiere al estado de la placa. Todas estas condiciones generan un desgaste radial del orificio de colada, una erosión de los labios de estrangulamiento (parte de la periferia del orificio utilizado para llevar a cabo la estrangulación del chorro de metal líquido), fisuras de todo tipo, una disgregación o fusión más o menos importante del material refractario, incluso la penetración de cuerpos extraños dentro del material refractario.

Durante estos últimos años, la calidad de los materiales refractarios empleados para la fabricación de dichas placas, así como la optimización de su forma, ha permitido incrementar considerablemente su vida útil, de manera que, tras una primera utilización en un obturador de cajón en la colada desde un recipiente superior hacia un recipiente inferior, es actualmente posible reutilizar dichas placas cierto número de veces.

Después de cada utilización de un juego de placas refractarias, es necesario decidir si dichas placas pueden reutilizarse o deben descartarse. El método generalmente practicado en la industria metalúrgica consiste en proceder a una inspección visual de dichas placas refractarias, basándose la decisión esencialmente en el aspecto de las placas. Esta inspección visual se practica a nivel de una zona llamada de "preparación" (de los recipientes metalúrgicos) donde los recipientes metalúrgicos están dispuestos de manera que el acceso al obturador de cajón sea fácil. Se observa que esta zona de preparación suele estar alejada de la zona de colada donde se llevan a cabo las operaciones de colada propiamente dichas, de manera que, prácticamente, se intercambia muy poca información entre operarios de estas distintas áreas.

Las condiciones en las que se opera la inspección visual de las placas no son óptimas, ni mucho menos. En efecto, las placas sólo son visibles a través del orificio de colada, lo que no permite inspeccionar el estado de las superficies de deslizamiento donde las degradaciones son justamente las más marcadas. En la mayoría de los casos, el desmontaje parcial del obturador con esta ocasión está proscrito en la medida en que ocasiona un sobreconsumo de mano de obra y una pérdida de tiempo importante y, sobretodo, en la medida en que dicho desmontaje provoca un choque térmico muy importante a nivel de las placas.

Por lo tanto, la inspección visual la realiza un operario que posee cierta experiencia en este ámbito en concreto, ya que su decisión sobre la posible reutilización o descarte de una placa refractaria es crucial. La reutilización de una placa deteriorada puede implicar, en efecto, un accidente muy grave (infiltración) que puede poner en peligro la seguridad de los operarios o, por lo menos, dañar muy seriamente la instalación de colada. Por otra parte, el descarte prematuro de una placa implica consecuencias económicas (aumento de los costes de producción) y medioambientales (aumento de la cantidad de desechos) no despreciables. Esta decisión es muy subjetiva y depende en gran medida de la experiencia y la competencia del operario.

El documento JP-A-2003181625 describe un método de medición del grado de desgaste de las placas de un obturador de cajón para el control del caudal de metal líquido. El grado de desgaste se determina por medio de un instrumento específico. Un extremo del instrumento está unido al orificio de colada de la placa, para la medición directa. Cada nueva placa debe estar dotada de dicho instrumento.

Según un primero de sus objetos, la presente invención tiene pues por objeto un método que permite decidir objetivamente si una placa refractaria de un obturador de cajón utilizado para el control del caudal de un metal líquido durante la colada de dicho metal desde un recipiente superior hacia un recipiente inferior puede reutilizarse o debe descartarse. Este método emplea los datos normalmente disponibles y medidos en las instalaciones de colada, así como los parámetros representativos del desgaste real de las placas, tales como la tasa de estrangulación.

Se observa que, en el marco de la presente descripción, cuando se hace referencia al desgaste de una placa, se considera en realidad el desgaste de una cara de trabajo de una placa desde el momento en que, si dicha placa posee dos caras de trabajo, puede ser posible el uso independiente de ambas caras de una placa, como se describe en la patente EP-B1-817692.

El método de la invención se caracteriza por el hecho de que la decisión de reutilización o de descarte de la placa refractaria se basa en un conjunto de parámetros determinados, calculados o medidos en el transcurso de utilizaciones sucesivas de la placa, que se comparan en el momento de la toma de decisión, con valores umbral.

Los valores umbral se determinan en función de las condiciones locales de utilización, por ejemplo, en función de la instalación propiamente dicha, del proceso de colada, de la calidad del metal líquido colado y del margen de seguridad aceptable.

Los parámetros determinados, medidos o calculados durante la colada son representativos del desgaste real de las placas y tienen cuenta del historial de las placas, integrando los datos relativos a los distintos eventos e incidentes que pueden ocurrir durante su utilización. Este método integra cierto número de magnitudes que están normalmente disponibles en las instalaciones de colada (por ejemplo, peso de metal en el recipiente superior).

Según un primer modo de realización de la presente invención, el método se basa en una determinación instantánea del desgaste de las placas.

Según una primera variante de este modo particular de realización de la invención, el método determina el desgaste de los labios de estrangulación de las placas mediante el cálculo de la diferencia entre la tasa de estrangulación medida del obturador y la tasa de estrangulación calculada mediante las leyes de la física. Esta diferencia de tasas de estrangulación puede compararse con un valor umbral más allá del cual se debe adoptar una decisión de descarte de las
placas.

Se puede medir la tasa de estrangulación real mediante, por ejemplo, un transductor unido al dispositivo de desplazamiento de las placas, que informa del desplazamiento relativo de las placas. Además, se puede calcular con facilidad la tasa de estrangulación teórica de la siguiente manera. También es posible calcular la superficie de la sección de paso del metal líquido correspondiente a un caudal instantáneo medido y una presión ferrostática que se calcula en función del peso instantáneo de metal en el recipiente superior y de la geometría interior de dicho recipiente. Para un diámetro del orificio de colada determinado (placas nuevas o placas usadas), esta sección de paso corresponde a una tasa de estrangulación teórica. La diferencia entre el valor de la tasa de estrangulación medido y teórico suministra una medición del desgaste. De este modo, la diferencia de tasa de estrangulación puede expresarse en términos de longitud correspondiente a la parte desgastada de los labios de las placas. Se puede entonces comparar esta longitud con una longitud máxima más allá de la cual se deben descartar las placas.

Según una variante de este modo de realización particular de la invención, el método evalúa el desgaste de los labios de estrangulación mediante el cálculo de la diferencia entre el caudal real calculado para una posición instantánea del obturador medida mediante un dispositivo adecuado para una presión ferrostática instantánea calculada en función del peso de metal instantáneo y de la geometría interior del recipiente superior en un momento determinado, para un diámetro del orificio de colada determinado (placas nuevas o placas usadas) y el mismo caudal calculado mediante las leyes de la física. Esta diferencia de caudal también puede compararse con un valor umbral más allá del cual se debe adoptar una decisión de descarte de las placas.

Según otra variante, el método evalúa el desgaste radial de los orificios de placas, calculando la diferencia entre el caudal real medido cuando el obturador está abierto a pleno chorro, con una presión ferrostática instantánea calculada en función del peso de metal instantáneo y de la geometría interior del recipiente superior en ese momento, y el caudal calculado mediante las leyes de la física en las mismas condiciones. Esta diferencia de caudal también puede compararse con un valor umbral más allá del cual se debe adoptar una decisión de descarte de las placas.

Según otra variante de este modo de realización, el método puede tener en cuenta la energía (presión hidráulica o corriente eléctrica) consumida para el deslizamiento de la placa móvil. Esta medida ofrece un imagen de la rugosidad de la superficie de deslizamiento de la placa móvil con relación a la placa fija o las placas fijas (es decir, una imagen del desgaste de la superficie de contacto de las placas) y del estado mecánico del sistema o, de manera más general, una imagen de la alteración de las características de desplazamiento relativo de las placas. Se puede considerar un umbral de descarte de las placas o de inspección de las placas y del obturador.

Según un segundo modo de realización particular de la invención, el método integra el tiempo de utilización de las placas en condición de desgaste. Dicho de otro modo, se tiene en cuenta el tiempo transcurrido durante el que las placas han experimentado realmente un desgaste. A tal efecto, conviene deducir del tiempo de colada total, el tiempo de cierre total y el tiempo de apertura total en la medida en que, en estas dos posiciones, las placas experimentan ninguno o poco desgaste. Queda entendido que el tiempo de utilización de las placas en condición de desgaste acumula todos los tiempos transcurridos en el transcurso de las sucesivas utilizaciones de las placas. El método de la invención incluye pues una etapa de comparación del tiempo de utilización de la placa en condición de desgaste, con un valor de umbral.

Según una variante de este modo de realización de la presente invención, se contabiliza el número de movimientos relativos (lineales o giratorios) efectuados por dichas placas. Este número de movimientos también puede compararse con un valor umbral más allá del cual se debe adoptar una decisión de descarte de la placa.

Según una variante ventajosa del mismo modo de realización, se mejora la precisión de la decisión integrando los tiempos unidos a los incidentes. Se puede observar que, en caso de apertura no natural de un recipiente metalúrgico que requiera recurrir a la acción devastadora de un soplete, el número de sopletes necesarios y, por lo tanto, la intensidad y la duración del proceso de desatasco por la acción del soplete -y, por lo tanto, el desgaste de las placas que resulta- son directamente proporcionales al tiempo durante el cual el orificio de la placa ha quedado atascado. Desde entonces, se puede tener en cuenta una apertura no natural del recipiente superior, multiplicando el tiempo de no apertura (por lo tanto, el tiempo durante el cual el orificio de la placa ha estado atascado) por un factor dado (por ejemplo un factor 4). También se puede mejorar esta consideración deduciendo el tiempo medio transcurrido antes de la intervención de los operarios del soplete (por ejemplo, 2 minutos). También se puede tener en cuenta el tiempo de inactividad de las placas entre dos utilizaciones sucesivas, que no puede sobrepasar cierto umbral.

Sobre la base del mismo principio, también se puede tener en cuenta un atasco del orificio de colada ocurrido durante la colada. Dicho evento requiere generalmente la adopción de medidas de intervención muy severas, con el fin de reanudar las operaciones de colada. Por ello, se puede tener en cuenta un atasco del orificio de colada multiplicando el tiempo de atasco (por tanto, el tiempo durante el cual el orificio de la placa está atascado) por un factor dado (por ejemplo, un factor 8).

Según una variante de realización derivada, el método tiene en cuenta una filtración de metal líquido entre las placas (que se puede asociar al hecho de que con el obturador completamente cerrado, existe una caudal de metal residual). Tratándose de un incidente grave que puede poner en peligro la instalación, el método proporciona una señal de fuera de servicio inmediata de las refractarias.

Según una variante de la invención, se atribuye a cada uno de los eventos o incidentes un índice de gravedad. Integrando cada evento o incidente ponderado por su índice de gravedad, se obtiene un valor representativo de los eventos e incidentes ocurridos, que también puede compararse con un valor umbral más allá del cual se debe adoptar una decisión de descarte de la placa.

Según un tercer modo de realización especialmente ventajoso, el método de decisión integra dos o más de los modos de realización (y sus variantes) expuestos anteriormente: en cuanto se sobrepasa uno de los valores comparados con su valor umbral correspondiente, se adopta una decisión e descarte de la placa. Finalmente, en este caso, también se puede decidir prever una "zona de indecisión" correspondiente a una situación en la que no se haya sobrepasado ningún valor umbral, pero en la que se esté próximo a dichos valores para, por lo menos, dos de los parámetros. Si el método conduce a una indecisión, se puede decidir recurrir excepcionalmente a la inspección
visual.

Según otro de sus aspectos, la invención se refiere a un dispositivo destinado a aplicar el método expuesto anteriormente. Por lo tanto, se trata de un dispositivo de toma de decisión de reutilización o descarte de una placa refractaria de un obturador de cajón utilizado para el control del caudal de un metal líquido durante la colada de dicho metal desde un recipiente superior hacia un recipiente inferior, incluyendo el aparato una unidad de entrada unida a unos sensores, detectores o contadores para la introducción de magnitudes elegidas, una unidad de memorización de valores umbral, una unidad de cálculo capaz de efectuar distintas operaciones sobre las magnitudes introducidas vía la unidad de entrada, y de comparar las magnitudes o los resultados de dichas operaciones sobre dichas magnitudes con los valores umbral, y una unidad de salida capaz de emitir una señal correspondiente a la decisión de reutilización o descarte.

Ventajosamente, el dispositivo memoriza asimismo las distintas magnitudes unidas a un juego de placas en el transcurso de sus sucesivas utilizaciones. Para ello, es preferible que cada juego de placas esté identificado de forma unívoca. Esto puede realizarse identificando el juego de placas por medio, por ejemplo, de códigos de barras. En el momento en que se introduce el juego de placas en el obturador de cajón montado en un recipiente de colada dado, dejando el juego de placas de ser visible, se vuelve necesario identificar asimismo dicho recipiente de forma unívoca, de manera que (gracias a un enlace entre los identificadores del juego de placas y del recipiente de colada) se pueda encontrar la información relativa a un juego de placas a partir del identificador del recipiente superior.

Se observa que las distintas unidades del dispositivo pueden estar alejadas unas de otras, al igual que la zona de colada puede estar alejada de la zona de preparación. Por lo tanto, también es ventajoso que la transmisión de señales entre las distintas unidades se lleve a cabo mediante una red informática, telefónica o herciana.

Finalmente, se observa que la información generada por la aplicación del método de la invención y/o la utilización del dispositivo también puede explotarse en el marco de la gestión del consumo y reposición de placas.

A continuación, se describe la invención con referencia a las figuras 1 y 2. En la figura 1, se ha representado una versión esquematizada del método de la invención aplicado a una cuchara de colada continua de acero dotada de una válvula de cajón con mando hidráulico. La etapa de memorización consiste, en este primer caso, en introducir en la unidad de memorización los distintos valores umbral que se han elegido. Por ejemplo, se fijarán los valores del tiempo de colada, número de movimientos relativos y desgaste de los labios, más allá de los cuales se debe adoptar una decisión de descarte o más allá de los cuales se recomienda una inspección visual. Se fijan asimismo en esta etapa los coeficientes ligados a los incidentes (atasco, taponado, filtración, etc.), así como, en su caso, los índices de gravedad. Dichos valores pueden introducirse manualmente pero, preferiblemente, el dispositivo los recupera en una base, teniendo en cuenta las condiciones locales de utilización.

La etapa de adquisición estática consiste en introducir, vía la unidad de entrada del sistema, la información relativa a la cuchara (geometría interna) y al juego de placas (historial) que debe ser objeto de la decisión.

Las cuatro etapas siguientes se aplican durante las operaciones de colada. La etapa de adquisición dinámica incluye la adquisición, durante todas las operaciones de colada, de los distintos valores de los parámetros elegidos. Por ejemplo, el tiempo de colada de la cuchara durante su vaciado, el peso instantáneo de la cuchara, el número de movimientos, la presión hidráulica del gato, la posición instantánea del extremo del gato, etc.

La etapa de cálculo incluye el cálculo de los distintos valores que no se adquieren directamente mediante el sistema, pero que es posible determinar a partir de los valores adquiridos. Se trata del caudal (variación instantánea del peso de metal en la cuchara), la geometría instantánea de la cuchara (calculada a partir de la geometría inicial, teniendo en cuenta el desgaste teórico del revestimiento), la presión ferrostática teórica (calculada a partir de la geometría instantánea y del peso de metal en la cuchara), la diferencia entre la posición medida del gato y su posición teórica, la diferencia instantánea entre el caudal medido y el caudal teórico, etc.

La etapa de tratamiento incluye la determinación de los distintos incidentes (atasco, taponado, filtración), a partir de las magnitudes adquiridas previamente.

Finalmente, la etapa de comparación consiste en comparar las magnitudes así determinadas, o las magnitudes adquiridas, con los valores umbral contenidos en la unidad de memorización. Estas cuatro últimas etapas se reproducen a lo largo de todo el vaciado de la cuchara.

Cuando la cuchara abandona la zona de colada, se aplica la última etapa de decisión. El sistema emite una señal (visual o sonora) correspondiente, bien a una decisión de rechazar o reutilizar, bien a una recomendación de proceder a la inspección visual.

En la figura 2, se ha esquematizado un dispositivo que permite la aplicación de este procedimiento. Se ha representado una cuchara 1 en zona de colada. La cuchara está dotada de un obturador de cajón 2 lineal o giratorio, y está unida a un dispositivo 4 de toma de decisión, mediante una conexión 3. El propio dispositivo 4 incluye una unidad de memorización, una (o varias) unidad(es) de adquisición, cálculo, tratamiento y salida. Finalmente, el dispositivo 4 está conectado a un dispositivo de salida 6 (representado por una luz tricolor) por medio de una conexión 5. La conexión representada aquí mediante una línea puede realizarse mediante cableado, vía herciana u otra. Preferiblemente, el dispositivo de salida 6 estará ubicado en la zona de preparación de la cuchara.

Claims (11)

1. Método de decisión de reutilización o descarte de una placa refractaria de un obturador de cajón utilizado para el control del caudal de un metal líquido durante la colada de dicho metal, desde un recipiente superior hacia un recipiente inferior, caracterizado porque se determina, calcula o mide un conjunto de parámetros, del que por lo menos un parámetro normalmente medido de la colada y por lo menos un parámetros propio de la placa, en el transcurso de las sucesivas utilizaciones de las placas, comparándose a continuación con valores de umbral.

2. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque los valores de umbral se establecen en función de las condiciones locales de utilización.

3. Método, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se basa en la determinación instantánea del desgaste de las placas.

4. Método, según la reivindicación 3, caracterizado porque se determina el desgaste instantáneo de los labios de estrangulación de las placas mediante el cálculo de la diferencia entre la tasa de estrangulación del obturador medida y la tasa de estrangulación calculada.

5. Método, según la reivindicación 3, caracterizado porque se determina el desgaste instantáneo de los labios de estrangulación mediante el cálculo de la diferencia entre el caudal real calculado para una posición instantánea del obturador medida mediante un dispositivo adecuado para una presión ferrostática instantánea calculada en función del peso de metal instantáneo y de la geometría interior del recipiente superior en un momento determinado, para un diámetro de orificio de colada determinado y el mismo caudal calculado mediante las leyes de la física.

6. Método, según la reivindicación 3, caracterizado porque se determina el desgaste radial de las placas calculando la diferencia entre el caudal real medido cuando el obturador está abierto a pleno chorro, a una presión ferrostática instantánea calculada en función del peso de metal instantáneo y de la geometría interior del recipiente superior es ese momento, y el caudal calculado mediante las leyes de la física en las mismas condiciones.

7. Método, según la reivindicación 3, caracterizado porque la alteración de las características de desplazamiento relativo de las placas se determina a partir de la energía consumida para el desplazamiento relativo de las placas.

8. Método, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el historial de utilización de la placa se tiene en cuenta en la decisión.

9. Método, según la reivindicación 8, caracterizado porque los diversos eventos e incidentes ocurridos durante la colada se tienen en cuenta en la decisión.

10. Método, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se basa en una determinación instantánea del desgaste de las placas, teniendo en cuenta el historial de utilización de las placas.

11. Dispositivo para la aplicación del método, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque incluye una unidad de entrada unida a unos sensores, detectores o contadores para la introducción de magnitudes elegidas, una unidad de memorización de valores umbral, una unidad de cálculo capaz de efectuar distintas operaciones sobre las magnitudes introducidas vía la unidad de entrada y de comparar las magnitudes o los resultados de dichas operaciones sobre dichas magnitudes con los valores umbral, y una unidad de salida capaz de emitir una señal correspondiente a la decisión de reutilización o de descarte.