ES2341145T3 - Procedimiento para el control de la alimentacion de la carga de metal en hornos electricos de arco. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el control de la alimentación de la carga de metal (14) en un horno eléctrico de arco (10) que comprende, como mínimo, un electrodo (11) capaz de generar un arco eléctrico para la fusión de metales, caracterizado por comprender las siguientes etapas: - una etapa de definición (30) de un "índice de recubrimiento (CI)" del arco eléctrico por la escoria (25) presente por encima del baño líquido (24), a efectos de calcular qué armónicos presentes en la tensión de alimentación suministrada al horno (10) se toman en consideración; - una etapa de cálculo (32) del índice de recubrimiento real (CI) durante un ciclo funcional del horno (10), y; - una etapa de ajuste incrementando o reduciendo la velocidad de alimentación (34, 36, 38) de dicha carga de metal (14) dentro de dicho horno (10) basándose en el hecho de que el valor real de dicho índice de recubrimiento (CI) es menor o mayor que un valor predeterminado, en el que el índice de recubrimiento (CI) es definido por las siguientes fórmulas: **(Ver fórmula)** cuando se toman en consideración solamente los armónicos pares, **(Ver fórmula)** cuando solamente se toman en consideración los armónicos impares, y **(Ver fórmula)** cuando se toma en consideración una combinación entre armónicos pares e impares.
Description
Procedimiento para el control de la alimentación
de la carga de metal en hornos eléctricos de arco.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para el control de la alimentación de la carga de
metal, en particular chatarra u otros, en hornos eléctricos de
arco.
Más particularmente, la invención se refiere a
un procedimiento para controlar los tiempos de alimentación de la
carga de metal en un horno eléctrico de arco, que permite reducir
alteraciones y perturbaciones principalmente de tipo eléctrico,
haciendo máxima al mismo tiempo la velocidad de carga y, por lo
tanto, la productividad total del horno.
La invención se aplica particularmente, pero no
de forma exclusiva, a sistemas para la alimentación de chatarra con
carga continua, si bien su utilización no queda excluida para
sistemas de alimentación intermitente, por ejemplo del tipo
realizado con cubetas o cestas.
El documento GB-A- 2088904 da a
conocer un procedimiento para controlar la alimentación de una carga
de metal en un horno, de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación principal.
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En un horno eléctrico de arco para la fusión de
metales, la chatarra puede ser alimentada o bien de forma
intermitente, por ejemplo con cubetas que cargan de manera cíclica
con una temporización predeterminada, correlacionada con la
duración del ciclo de fusión, o bien de forma continua, normalmente
por medio de una cinta transportadora que tiene el extremo de
salida conectado al interior del horno.
Es sabido que a efectos de aumentar la
productividad del horno se desea conseguir una velocidad de carga de
la chatarra lo más elevada posible, a efectos de obtener la máxima
cantidad de metal fundido en el menor tiempo posible.
También es conocido que toda carga de chatarra
dentro del horno determina un efecto negativo en la medida en la
que el arco eléctrico queda recubierto por la escoria esponjosa que
cubre el baño de metal líquido.
En otras palabras, la chatarra que se carga
tiene un efecto de interrupción del nivel de recubrimiento que
ejerce la escoria sobre el arco eléctrico; esto significa que en el
caso de solamente una cobertura parcial del arco, o incluso sin
cobertura en absoluto, una parte mayor o menor de la energía
irradiada por el arco es dispersada hacia las paredes y la bóveda
del horno, que provoca pérdida de rendimiento energético en el
horno.
En estos casos, cuando se observa una reducción
en el grado de recubrimiento del arco eléctrico, se interrumpe la
introducción de chatarra, o por lo menos se hace más lenta, a
efectos de permitir el reestablecimiento de un estado de reposo
dentro del horno que permite volver a un nivel aceptable de
recubrimiento del arco eléctrico.
No obstante, en la actualidad la verificación
del estado de recubrimiento del arco eléctrico se basa en técnicas
empíricas o simplemente visuales, las cuales no son fiables y en
gran medida dependen de la experiencia y habilidad de los
operarios.
Todo ello puede provocar, por una parte, una
reducción innecesaria de la velocidad de alimentación, si se desea
garantizar el mantenimiento de un elevado rendimiento energético y,
por otra parte, reducciones en el rendimiento energético, si se
desea mantener en cualquier caso una elevada velocidad de carga de
la chatarra en el horno.
Es, por lo tanto, un objetivo de la presente
invención conseguir un procedimiento para controlar la alimentación
de la carga de metal en el horno eléctrico de arco que permite
garantizar un control fiable, normalizado, repetible y objetivo de
las condiciones de recubrimiento del arco eléctrico, a efectos de
condicionar la velocidad de carga de la chatarra en el horno,
haciendo máximo, por lo tanto, el rendimiento de la producción.
La solicitante ha diseñado, probado y realizado
la presente invención para conseguir el objetivo indicado, así como
otras ventajas.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención se define y caracteriza en
la reivindicación independiente, mientras que las reivindicaciones
dependientes describen variantes del concepto inventivo
principal.
De acuerdo con la invención, el solicitante ha
descubierto que el nivel de recubrimiento del arco eléctrico en un
horno de fusión está correlacionado con la tendencia de las
fluctuaciones de las cantidades de electricidad alimentada al
horno, en particular la tensión.
Más particularmente, se ha descubierto, de modo
sorprendente, que el grado de recubrimiento del arco eléctrico está
correlacionado íntimamente con el contenido de armónicos de la
tensión de alimentación, y en particular con el número de armónicos
pares presentes en la señal de tensión.
El procedimiento, de acuerdo con la invención,
da a conocer, por lo tanto, la definición, en primer lugar, de un
índice de recubrimiento. Para calcularlo se toman en consideración
los armónicos presentes en la tensión de alimentación y, en una
solución preferente, sólo los armónicos pares presentes en dicha
tensión de alimentación.
En el procedimiento, según la presente
invención, se definen dos umbrales, respectivamente un umbral
inferior y un umbral superior, definiendo valores límites que
corresponden respectivamente a una situación en la que el arco
eléctrico está recubierto cuando dicho índice de recubrimiento se
encuentra por debajo del umbral mínimo y una situación en la que no
existe recubrimiento, cuando el índice se encuentra por encima del
umbral máximo.
Cuando el índice de recubrimiento, medido de
forma continua o a intervalos, durante un ciclo de funcionamiento
del horno, llega por debajo del umbral mínimo la velocidad de
alimentación de la carga de metal se incrementa; por el contrario,
si el índice supera un umbral máximo, la velocidad de alimentación
se reduce.
En particular, una forma evolucionada de la
invención prevé que si el índice de recubrimiento permanece por
debajo del umbral mínimo durante un tiempo predeterminado, también
después de un primer incremento de la velocidad, la velocidad se
incrementa adicionalmente, por ejemplo, en un valor predeterminado y
a intervalos pre-establecidos.
Por el contrario, si el índice de recubrimiento
se encuentra por encima del umbral máximo, la velocidad se reduce
progresivamente, por ejemplo, con reducciones sucesivas en un valor
pre-establecido, hasta que el valor llega, como
mínimo, a encontrarse dentro del intervalo definido entre los dos
umbrales.
De acuerdo con una solución de la invención,
cuando el índice de recubrimiento está comprendido entre los dos
umbrales, la velocidad de alimentación se mantiene sustancialmente
constante en un valor funcional pre-establecido.
La distancia entre los dos umbrales se puede
escoger del modo deseado e indica una situación de recubrimiento
suficiente para mantener una velocidad de trabajo
predeterminada.
Por lo tanto, con la presente invención, la
velocidad de alimentación de la carga de metal dentro del horno es
siempre sustancialmente la máxima velocidad permitida por las
condiciones reales de recubrimiento del arco eléctrico que se
encuentran dentro del horno, de manera que de esta forma la
productividad global puede ser optimizada.
\vskip1.000000\baselineskip
Los dibujos adjuntos muestran un ejemplo no
limitativo de una realización preferente de la invención.
En los dibujos:
- la figura 1 muestra una vista esquemática de
un horno eléctrico para la fusión de metales mostrando el sistema
de alimentación eléctrica y el sistema de alimentación de la carga
de metal;
- la figura 2 es un diagrama de bloques de una
realización de un procedimiento, de acuerdo con la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a la figura 1, el numeral de
referencia (10) indica un horno de arco eléctrico alimentado con
corriente alterna, dentro del cual están dispuestos los electrodos
(11) (se ha mostrado solamente uno de ellos en los dibujos).
Si bien la figura 1 se refiere a un horno
alimentado con corriente alterna, se comprenderá que la invención
es aplicable asimismo, con las adaptaciones apropiadas que se
encuentran dentro de los conocimientos de los técnicos en la
materia, a hornos alimentados con corriente continua.
Los electrodos superiores (11) son controlados
mediante un sistema de control de posición (13) conectado en
retroalimentación a una unidad de regulación (15) que gestiona el
funcionamiento del horno (10).
La potencia eléctrica para el horno es tomada de
una línea de alimentación de tensión media (16) y transformada
mediante el transformador adecuado (17).
Más abajo de la línea de alimentación (16)
existen unidades de medición (20) y (21) que envían sus señales a
la unidad de control (15) por medio de la cual es posible controlar
el perfil de la potencia facilitada al horno (10) mediante los
electrodos (11).
Además, más abajo del transformador (17) existe
otra unidad de medición (23) adecuada para transmitir a la unidad
de control (15) la información relativa a la cantidad de
electricidad, por ejemplo, potencia, tensión y corriente,
suministradas a los electrodos (11).
Un inductor (19) queda situado más arriba del
transformador (17), mientras que existen condensadores (22) para la
corrección del factor de potencia en paralelo con la línea de
alimentación.
El horno (10) está asociado, en el caso mostrado
esquemáticamente, con un sistema de carga de tipo continuo que
comprende una cinta transportadora (12) sobre la que queda dispuesta
la chatarra (14).
La cinta transportadora (12) puede ser asociada,
de manera conocida, a un túnel de calentamiento o de mantenimiento
con aspiración de humos y medios de descarga y con otros sistemas
accesorios no mostrados, puesto que no son relevantes para la
comprensión de la invención.
La cinta transportadora (12) avanza a una
velocidad determinada por la acción de un sistema de impulsión
mostrado esquemáticamente por el numeral (18) de la figura 1,
conectado también en realimentación con respecto a la unidad de
control (15).
De esta manera, la unidad de control (15) regula
la velocidad de carga de la chatarra (14) en el horno (10), de
acuerdo con las señales de alimentación eléctrica que llegan de las
diferentes unidades presentes y en particular de las unidades de
medición (20, 21 y 23).
Dentro del horno (10) existe un baño de metal
líquido indicado con el numeral (24), por encima del cual existe
una capa de escoria esponjosa (25) que recubre, por lo menos
parcialmente, el arco eléctrico y las chispas entre el extremo
inferior de los electrodos (11) y el baño de metal líquido (24).
De acuerdo con la invención, tal como se ha
indicado por la etapa (30) en la figura 2, se define un índice de
recubrimiento (CI) del arco eléctrico, para cuyo cálculo se tienen
en consideración los armónicos presentes en la alimentación de
tensión del horno (10), en particular los armónicos pares.
Una realización preferente de la invención prevé
que el índice de recubrimiento (CI) queda definido por la siguiente
fórmula:
en la que (H) representa la
distorsión de los armónicos de la onda sinusoidal de orden y de la
tensión de alimentación del horno (10), y (K) es un coeficiente
adaptativo utilizado para amplificar la
señal.
Tal como se puede apreciar de la fórmula, la
solución preferente prevé que para calcular el inicio de
recubrimiento (CI) solamente se toman en consideración los
armónicos pares. No obstante, se encuentra dentro del campo de la
invención que se tengan también en consideración los armónicos
impares o ambos, es decir, pares e impares.
A continuación se definen umbrales (etapa 31),
respectivamente mínimo (S1) y máximo (S2), que indican una posición
respectivamente del recubrimiento cuando CI<S1 y sin
recubrimiento cuando CI<S2. En el caso en que S1<CI<S2,
existe una condición aceptable del índice de recubrimiento, que se
considera tal como se ha indicado a continuación.
Cuando el ciclo de funcionamiento del horno (10)
se pone en marcha con un punto de descarga determinado (que
corresponde a una posición definida de los electrodos (11) dentro
del horno (10) definido por el sistema (13)) y a continuación se
inicia la alimentación mediante una carga continua de chatarra (14)
por impulsión de la cinta transportadora (12), se calcula el (CI)
real que corresponde a una etapa de funcionamiento (etapa 32).
En el caso en el que (CI) está comprendido entre
(S1) y (S2) (bloque 33), la velocidad de trabajo predeterminada se
mantiene (bloque 34), correspondiendo al punto de descarga
determinado y después de un intervalo de tiempo determinado se
realiza una nueva medición de (CI).
En el caso en el que (CI) es menor de un umbral
mínimo (S1) (bloque 35), ello es indicación de un recubrimiento
completo del arco eléctrico y, por lo tanto, posibilita el
incremento de la velocidad de alimentación (bloque 36).
El incremento de velocidad puede tener lugar a
intervalos predeterminados y con incrementos asimismo
predeterminados.
De acuerdo con una variante, el incremento puede
tener lugar de manera continua con una pendiente de inclinación
predeterminada hasta que una nueva medición del (CI) determina un
incremento de (CI) dentro del intervalo (S1-S2) o
incluso por encima de (S2).
También en este caso, después de cualquier
incremento de velocidad, se puede realizar un nuevo cálculo de CI,
a efectos de verificar el efecto de alteración provocado por una
mayor velocidad de carga de la chatarra (14) dentro del horno
(10).
Por el contrario, en el caso en el que el índice
calculado (CI) se encuentra por encima del umbral máximo (S2)
(bloque 37), ello significa un valor más bajo del recubrimiento del
arco eléctrico y, por lo tanto, la velocidad de alimentación de la
carga se reduce (bloque 38).
También en este caso la reducción de velocidad
puede tener lugar con disminuciones de valores fijos y a intervalos
fijos o bien de manera continua y en cualquier caso seguido por
nuevos cálculos del valor de (CI) a efectos de verificar el retorno
dentro del rango permitido (S1-S2), a efectos de
restablecer la velocidad de funcionamiento o para verificar que el
valor de (CI) se encuentra por debajo de (S1), a efectos de permitir
un incremento de velocidad por encima de la velocidad de
trabajo.
Claims (9)
1. Procedimiento para el control de la
alimentación de la carga de metal (14) en un horno eléctrico de arco
(10) que comprende, como mínimo, un electrodo (11) capaz de generar
un arco eléctrico para la fusión de metales, caracterizado
por comprender las siguientes etapas:
- una etapa de definición (30) de un "índice
de recubrimiento (CI)" del arco eléctrico por la escoria (25)
presente por encima del baño líquido (24), a efectos de calcular qué
armónicos presentes en la tensión de alimentación suministrada al
horno (10) se toman en consideración;
- una etapa de cálculo (32) del índice de
recubrimiento real (CI) durante un ciclo funcional del horno (10),
y;
- una etapa de ajuste incrementando o reduciendo
la velocidad de alimentación (34, 36, 38) de dicha carga de metal
(14) dentro de dicho horno (10) basándose en el hecho de que el
valor real de dicho índice de recubrimiento (CI) es menor o mayor
que un valor predeterminado,
en el que el índice de recubrimiento (CI) es
definido por las siguientes fórmulas:
cuando se toman en consideración
solamente los armónicos
pares,
cuando solamente se toman en
consideración los armónicos impares,
y
cuando se toma en consideración una
combinación entre armónicos pares e
impares.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende una etapa adicional (31) de
ajuste de dos umbrales, respectivamente un umbral inferior (S1) y
umbral superior (S2), que definen valores límites que corresponden
respectivamente a una situación en la que el arco eléctrico está
recubierto, cuando dicho índice de recubrimiento (CI) es menor que
dicho umbral mínimo (S1) y una situación en la que no existe
recubrimiento cuando el índice (CI) se encuentra por encima de
dicho umbral máximo (S2).
3. Procedimiento, según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicha etapa de ajuste de la velocidad
comprende un incremento (36) de la velocidad de alimentación de la
carga de metal (14) hacia dentro del horno (10) en el caso en que
dicho índice de recubrimiento (CI) es inferior que dicho umbral
mínimo (S1), una etapa de mantenimiento de la velocidad de trabajo
(34) en el caso en que dicho índice de recubrimiento (CI) está
comprendido entre dichos umbrales (S1, S2) y una etapa de reducción
de la velocidad de alimentación (38) en el caso en el que dicho
índice de recubrimiento (CI) se encuentra por encima de dicho umbral
máximo (S2).
4. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque para el cálculo de dicho índice de
recubrimiento (CI) se toman en cuenta solamente armónicos pares de
dicha cantidad eléctrica.
5. Procedimiento, según la reivindicación 3,
caracterizado porque el incremento y/o reducción de la
velocidad de alimentación de la carga metálica (14) en el horno (10)
tiene lugar mediante incrementos/disminuciones constantes a
intervalos constantes.
6. Procedimiento, según la reivindicación 3,
caracterizado porque dicho incremento y/o reducción de la
velocidad de alimentación de la carga de metal (14) en el horno
(10) tiene lugar de manera continua con una pendiente de
inclinación predeterminada.
7. Procedimiento, según la reivindicación 3,
caracterizado porque, como mínimo, después de cada incremento
y/o reducción de la velocidad de alimentación de la carga de metal
(14) en el horno (10) se realiza un cálculo sucesivo del índice de
recubrimiento (CI).
8. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha etapa de medición (32) del índice
de recubrimiento real (CI) durante un ciclo funcional del horno (10)
es realizado de manera continua.
9. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha etapa de medición (32) del índice
de recubrimiento real (CI) durante un ciclo funcional del horno (10)
se lleva a cabo a intervalos predeterminados.
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