ES2902805T3 - Sistema y procedimiento de funcionamiento de un horno de fusión discontinua - Google Patents

Sistema y procedimiento de funcionamiento de un horno de fusión discontinua Download PDF

Info

Publication number
ES2902805T3
ES2902805T3 ES19176016T ES19176016T ES2902805T3 ES 2902805 T3 ES2902805 T3 ES 2902805T3 ES 19176016 T ES19176016 T ES 19176016T ES 19176016 T ES19176016 T ES 19176016T ES 2902805 T3 ES2902805 T3 ES 2902805T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
furnace
temperature
parameter
melting
load
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES19176016T
Other languages
English (en)
Inventor
Shailesh Pradeep Gangoli
Avishek Guha
Anshu Gupta
Reed Jacob Hendershot
Michael J Gallagher
Martin Lawrence
Petr Tlamicha
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Air Products and Chemicals Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=66630282&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=ES2902805(T3) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Air Products and Chemicals Inc filed Critical Air Products and Chemicals Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2902805T3 publication Critical patent/ES2902805T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/005—Preliminary treatment of scrap
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/001—Dry processes
    • C22B7/003—Dry processes only remelting, e.g. of chips, borings, turnings; apparatus used therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4673—Measuring and sampling devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B3/00—Charging the melting furnaces
    • C03B3/02—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet
    • C03B3/026—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet by charging the ingredients into a flame, through a burner or equivalent heating means used to heat the melting furnace
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/0084—Obtaining aluminium melting and handling molten aluminium
    • C22B21/0092—Remelting scrap, skimmings or any secondary source aluminium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories or equipment, e.g. dust-collectors, specially adapted for hearth-type furnaces
    • F27B3/18—Arrangements of devices for charging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories or equipment, e.g. dust-collectors, specially adapted for hearth-type furnaces
    • F27B3/28—Arrangement of controlling, monitoring, alarm or the like devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangement of monitoring devices; Arrangement of safety devices
    • F27D21/0028—Devices for monitoring the level of the melt
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0033—Heating elements or systems using burners
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/225—Refining
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/002—Use of waste materials, e.g. slags
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0003—Monitoring the temperature or a characteristic of the charge and using it as a controlling value
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27M—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS OF THE CHARGES OR FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS
    • F27M2003/00—Type of treatment of the charge
    • F27M2003/13—Smelting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

Sistema (100), para controlar un proceso de fusión de metales en un horno de fusión discontinua, que comprende: un horno de fusión (110), que comprende una cámara (120), configurada y dispuesta para recibir una carga (130) que contiene metal sólido, un quemador (140), configurado y dispuesto para suministrar calor de combustión a la carga (130) en la cámara (120), y un conducto para extraer los productos de la combustión del quemador de la cámara (120), en el que el horno de fusión (110) está caracterizado por, como mínimo, un parámetro del horno; como mínimo, un sensor (32, 42), para detectar, como mínimo, un parámetro de la carga que caracteriza una carga añadida al horno (110); como mínimo, un sensor (12, 14, 16, 18, 20, 22, 26, 28, 40) para detectar, como mínimo, un parámetro del proceso que caracteriza el progreso de un proceso de fusión en el horno (110); y un controlador (50), que tiene un procesador (52), configurado para: calcular la eficiencia general del horno basándose, como mínimo, en un parámetro del horno; calcular el tiempo de disponibilidad de vertido del proceso predicho basándose en el, como mínimo, un parámetro de la carga, en el, como mínimo, un parámetro del proceso y en la eficiencia general del horno; y controlar el funcionamiento del horno basándose en el tiempo de disponibilidad de vertido del proceso previsto, en el que el procesador (52) utiliza un modelo (60), que se crea mediante la utilización de cálculos teóricos combinados con datos reales, en el que el conducto para extraer los productos de la combustión del quemador incluye una salida de humos; y en el que, el como mínimo un parámetro del proceso incluye uno o varios de: tasa de encendido del quemador, relación de entalpía del reactivo, relación de entalpía del escape, temperatura de la salida de humos, temperatura de la pared del horno, poder calorífico del combustible, intensidad de la combustión de la salida de humos, temperatura de la cámara de filtros, composición de los gases de la salida de humos, temperatura del conducto de salida de humos, temperatura de la puerta del horno, tamaño del hueco de la puerta del horno, temperatura de la carcasa del horno, temperatura de la cámara del horno, tasa de fusión de la carga, pérdida de calor del horno, tiempo transcurrido de funcionamiento de la fusión y aspecto visual de la carga, en el que, cuando el horno (110) es un horno giratorio, el como mínimo un parámetro del proceso incluye, además, uno o varios de: velocidad de rotación del horno, corriente del motor de giro, par del motor de giro y vibración del horno; y en el que, cuando el horno (110) es un horno de reverberación, el como mínimo un parámetro del proceso incluye, además, uno o varios de: presión de gas para aplicaciones de agitación del gas de un burbujeador, temperatura del techo, temperatura de la pared, temperatura del fondo, velocidad de circulación de la masa fundida, energía gastada en la circulación de la masa fundida, y la temperatura de la masa fundida en el interior de la cámara del horno.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento de funcionamiento de un horno de fusión discontinua
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
Los procesos de reciclaje de metales secundarios implican la fusión de chatarra procedente de fuentes y procesos de más arriba variados, de tal manera que la chatarra a menudo varía considerablemente en forma, tamaño y composición. Este alto grado de heterogeneidad en el material de entrada debe ser tenido en cuenta en el proceso de fusión. En consecuencia, las necesidades energéticas de un horno de fusión utilizado en el reciclaje de metales cambian con frecuencia, a menudo de una fusión a otra, lo que da como resultado un alto grado de variabilidad en la eficiencia de funcionamiento y en la productividad. Cuando los operadores manipulan varios hornos al mismo tiempo, los inconvenientes de la variabilidad del proceso se pueden amplificar.
Aunque se utiliza un control estadístico de procesos/calidad (SPC, Statistical Process Control) para el control en diversas industrias, el SPC no parece haber sido utilizado para determinar los tiempos de disponibilidad de vertido del proceso o para una optimización entre diferentes parámetros para conseguir tiempos de fusión óptimos. Además, si bien los estudios fuera de línea han examinado la optimización de la fusión del aluminio mediante experimentos y simulaciones, ninguno parece haber desarrollado procedimientos para determinar el tiempo y la energía necesarios para completar el proceso de fusión de manera oportuna, en tiempo real, o casi en tiempo real, sin sobrecalentar la carga más allá de lo necesario, con fines de transferencia de metal.
La Patente US4,484,947 se refiere al control de un proceso de fusión de aluminio en un crisol cerrado mediante la medición de ciertas temperaturas en el horno y el ajuste de la tasa de encendido de un quemador para fundir rápidamente el aluminio sin sobrecalentamiento de la carga. El proceso busca, en general, disponer un alto nivel de calor en el horno cuando la carga es sólida y tiene una alta capacidad calorífica y, a continuación, disponer un nivel más bajo de calor en el horno cuando la carga comienza a fundirse y tiene una menor capacidad para absorber calor. La Patente ‘947 no predice el tiempo de disponibilidad del vertido del proceso ni utiliza sensores o parámetros medidos distintos de las temperaturas.
La Patente JP 3645306 B2 da a conocer un procedimiento para calcular y determinar la cantidad de transmisión de potencia total objetivo óptima de un horno eléctrico en el que se cargan y funden varios tipos de materias primas. El peso de las materias primas y el patrón de funcionamiento del horno eléctrico son determinados de antemano para cada tipo de materia prima. La Patente US 2014/30526 A1 da a conocer un procedimiento y un dispositivo para controlar un proceso de fusión y de refino en un horno de arco eléctrico para fundir un metal, en el que el horno de arco eléctrico incluye metal fundido y sólido y una capa de escoria en la superficie del metal fundido, en el que está dispuesto un agitador electromagnético para agitar el metal fundido. El procedimiento incluye calcular/determinar masas del metal fundido y sólido en un momento determinado, en el que el cálculo se basa en los valores iniciales del metal fundido y sólido.
CARACTERÍSTICAS
En el presente documento, se describen sistemas y procedimientos para optimizar los procesos de fusión de metales. Se emplea un sistema de sensores y otras entradas de datos para monitorizar las características de la carga de metal sólido, la eficiencia de funcionamiento del horno, las variables del proceso del horno y la información de salida del horno. Esa información se utiliza para predecir mejor el tiempo de disponibilidad del vertido del proceso y/o la energía de colada necesaria, para ayudar a mejorar la eficiencia del proceso y/o para determinar las condiciones óptimas de funcionamiento, teniendo en cuenta los compromisos, que incluyen, pero no están limitados a, la energía para la fusión, el tiempo de fusión, la tasa de combustión, la relación combustible/oxígeno, el rendimiento, el funcionamiento de hornos múltiples, la disponibilidad y el coste de la chatarra y las necesidades del mercado.
En la presente solicitud, se da a conocer un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 adjuntas. En una realización no reivindicada, el controlador es programado, además, para calcular un tiempo de colada basándose en la predicción de la disponibilidad de vertido del proceso.
En la presente solicitud, se da a conocer un procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12 adjuntas.
En una realización no reivindicada, el procedimiento comprende, además, calcular un tiempo de colada basado en la predicción de la disponibilidad de vertido del proceso.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación, se describirá la presente invención junto con las figuras adjuntas, en las que números iguales designan elementos similares:
La figura 1 es una vista lateral, esquemática, en sección parcial, de un horno giratorio a modo de ejemplo, con una ilustración, de manera no exhaustiva, de posibles ubicaciones y tipos de sensores que pueden ser utilizados en un sistema y un proceso de control de la fusión discontinua de metales, tal como se describe en el presente documento. La figura 2 es un diagrama de flujo simplificado de un proceso de control de la fusión discontinua de metales.
La figura 3 es una comparación gráfica de una entrada de calor real con una entrada de calor potencial mínima necesaria para fundir una carga de aluminio, por unidad de peso.
La figura 4 es un diagrama de la técnica anterior, que muestra la variación de la formación de alúmina (óxido de aluminio) con la temperatura, lo que indica el aumento en la pérdida potencial de rendimiento a medida que la temperatura del aluminio aumenta por encima de lo necesario para el procesamiento.
La figura 5 es una representación gráfica de datos reales y calculados generados durante la prueba de una realización de un proceso de control de fusión discontinua de metales en la fusión de una carga de aluminio.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La fusión de metales, en concreto de chatarra, es un problema complejo con muchas variables. Habitualmente, las principales fuentes de entrada de masa al horno provienen de un quemador y del material cargado. Algunos hornos tienen lanzas adicionales, tapones porosos u otra tecnología similar, para introducir gases reactivos u otros materiales, necesarios para el proceso. Asimismo, puede haber algo de entrada de aire a través de huecos en el horno. El aporte de masa desde el quemador puede ser en forma de combustible sólido, líquido y/o gaseoso, acompañado de un oxidante, que normalmente es aire y/o aire enriquecido, donde el aire enriquecido puede incluir más del 20,9 % de oxígeno hasta el 100 % de oxígeno. El material cargado en el horno normalmente consiste en un metal o una aleación de metal, óxidos de metal, impurezas de metal, material orgánico, aditivos y algún tipo de fundente o sal. A veces, no es necesario añadir aditivos o fundente, según el proceso y la composición del material de carga.
La salida de material desde el horno se produce principalmente a través de la salida de humos (o de otro conducto para extraer los productos de combustión, tal como un hueco entre el horno y la puerta) y de la eliminación del material de carga procesado (que puede incluir metal fundido refinado procedente de mineral metálico, así como sólidos procedentes del mineral metálico, tal como espuma o escoria) - mediante vertido/colada y eliminación de escoria. La composición y los volúmenes de los gases de la salida de humos dependen de la composición del material de carga, de la estequiometría de la combustión y de los caudales del quemador. El metal líquido normalmente es vertido o colado desde el horno, y se vierte en lingotes madre (sow) o lingotes (ingots), o en una artesa, para ser transferido a otro horno. Después del vertido, el material de desecho restante, a menudo denominado escoria, es extraído del horno. La escoria a menudo contiene un porcentaje del producto final y, por lo tanto, a menudo se vuelve a procesar para extraer la mayor cantidad posible del producto final. Cualquier material que quede en el horno se denomina fondo de baño (heel) y pasa a formar parte del siguiente lote.
Los sistemas y procedimientos descritos en el presente documento completan un equilibrio de masa y energía combinando cálculos teóricos con datos de la medición de parámetros clave, tales como el tipo y peso del material de carga, los caudales de los gases de entrada y las temperaturas de los gases de la salida de humos. Este análisis se utiliza a continuación para determinar el rendimiento del proceso, que incluye, pero no está limitado a, la eficiencia del horno, el calor disponible y las pérdidas del horno. A continuación, se utiliza un conjunto de datos relativamente grande, combinado con el conocimiento del experto y con datos de campo casi en vivo, para determinar el funcionamiento ideal u objetivo del horno en un momento dado para un material de carga determinado. El funcionamiento ideal u objetivo se utiliza, por lo tanto, para determinar si se ha introducido suficiente energía en el horno y cuándo, para fundir el material de carga hasta la condición deseada, basándose en una serie de entradas de datos, proporcionando una retroalimentación casi en vivo al operador del horno. Alternativamente, el sistema puede ser configurado para funcionar de manera automática en un modo de control de circuito cerrado, sin la necesidad de que un operador tome decisiones.
La energía específica necesaria para fundir la chatarra de aluminio se muestra en la figura 3, comparando un ejemplo de consumo específico de combustible (SFC, Specific Fuel Consumption) real conseguido en un horno giratorio de aluminio habitual que no utiliza los procedimientos descritos en el presente documento, con un consumo de combustible más optimizado. La figura 3 muestra que, en la práctica actual, la energía necesaria para la fusión sigue una distribución con un promedio de aproximadamente 850 Btu/lb, mientras que un SFC objetivo podría ser tan bajo como aproximadamente 725 Btu/lb, que puede ser obtenido con los procedimientos dados a conocer actualmente. Por lo tanto, se puede conseguir una posible reducción del 15 % en la eficiencia energética mediante un mejor control del proceso.
Además del ahorro de energía por unidad de peso de carga, la prevención del sobrecalentamiento o el calentamiento insuficiente del material de carga puede tener importantes beneficios. Por ejemplo, la figura 4 (del Sandia Report SAND2013-8424 de Eric N. Coker, titulado “The oxidation of aluminum at high temperature by Thermogravimetric Analysis and Differential Scanning Calorimetry”) demuestra uno de los problemas potenciales con el sobrecalentamiento del aluminio. La pérdida de producto o de rendimiento aumenta a medida que el aluminio se oxida a temperaturas más altas. El aluminio se funde a 660 °C. Entre aproximadamente 750 °C y 800 °C, la velocidad de oxidación es modesta en comparación con la velocidad de oxidación por encima de los 800 °C. Por lo tanto, manteniendo la temperatura de la masa fundida solo tan alta como sea necesario para el procesamiento, y preferentemente por debajo de 800 °C, el aporte de energía (combustible y oxígeno) y de aluminio puede conservarse. Además, los tiempos de ciclo se pueden acortar, lo que ahorra tiempo, reduce los costes de funcionamiento y permite una mayor producción.
Los sistemas y procedimientos descritos en el presente documento buscan optimizar un proceso de fusión de metales mediante: (1) la identificación de los materiales cargados en el horno, (2) la cuantificación de la energía total necesaria para (calentar y) fundir el material (considerando que alguna fracción del material, en forma de espuma o escoria, no se fundirá), (3) la utilización de un sistema de sensores para realizar un seguimiento de las entradas y pérdidas de energía en una operación, (4) la consideración de los factores que afectan a la eficiencia del horno y (5) la combinación de la información de dos o más de los anteriores para determinar una estimación de la energía de colada objetivo y el tiempo de colada óptimo. Esta estrategia está impulsada por cálculos basados en la experiencia y por un refino continuo basado en procesos de fusión previos en los mismos (y opcionalmente similares) hornos de la eficiencia general del horno de fusión.
En la figura 1 se muestra un sistema 100, a modo de ejemplo, para implementar un proceso de control 200, a modo de ejemplo, tal como se muestra en la figura 2. El sistema de la figura 1 está implementado para un horno giratorio 110 equipado con diversos sensores y se caracteriza por entradas adicionales, tal como se describe a continuación. El sistema 100 incluye el horno 110, una pared 160 del horno, una cámara 120 limitada por la pared 160 del horno, para contener una carga 130, un quemador 140 para proporcionar energía de combustión a la cámara 120 y a la carga 130 mediante una llama 142, y una salida de humos 150, para extraer los productos de combustión de la cámara 120. Una puerta 170 cubre un extremo abierto del horno 110. Se entiende que algunos hornos no incluyen una salida de humos, sino que extraen los productos de la combustión a través de otro conducto, tal como grietas o un espacio entre el horno y la puerta.
El horno 110 y el equipo relacionado están equipados con diversos sensores. Como ejemplos no limitativos, estos sensores pueden incluir sensores 42 de entrada de carga, tal como un sensor 32 de peso de carga. Estos sensores pueden incluir, además, sensores 40 de parámetros del proceso, tal como un sensor 12 de la temperatura de la cámara de filtros, un sensor 14 de la temperatura del conducto de salida de humos, un sensor 16 de la intensidad de la combustión o de la composición de los gases de la salida de humos, un sensor 18 de la temperatura de los gases de la salida de humos, un sensor 20 de la temperatura de la puerta, un sensor 22 del espacio de la puerta, un sensor 26 de la temperatura de la carcasa y un sensor 28 de la temperatura de la pared o del refractario de horno. Los sensores pueden incluir, además, sensores 46 de equipos, tales como un sensor 30 de velocidad de rotación. Los sensores pueden incluir, además, sensores 44 de salida, tal como un sensor 24 de la temperatura de vertido de metal. Todas estas entradas de detección, así como datos o información adicionales que pueden ser introducidos de manera manual o automática, son suministrados a un controlador 50 dotado de un procesador 52.
Tal como se muestra en la figura 2, las entradas 42 de carga al controlador 50 incluyen información proporcionada por los sensores, tal como el peso 421 de la carga, así como otra información que se obtiene de manera manual o automática, tal como la composición 422 de la carga, el tiempo 423 de carga, el fondo de baño 424 anterior (qué cantidad de la carga fundida anterior permaneció en el horno 110 después de la colada), condiciones 425 de carga (por ejemplo, si la carga contiene grasas, pinturas u otros componentes volátiles), propiedades 426 de la carga (por ejemplo, tamaño, forma, relación de superficie con respecto a volumen) y otros datos 427 (por ejemplo, cantidad de fundente o sal en la carga, temperatura inicial de la carga, temperatura de fusión de la carga, composición del fundente o de la sal).
Adicionalmente, las entradas 40 del proceso al controlador 50 incluyen información suministrada por sensores, así como otra información que se obtiene de manera manual o automática, tal como la tasa de entalpía 401 del reactivo (por ejemplo, la tasa de encendido del quemador), la tasa de entalpía 402 de los gases de escape (que puede ser determinada basándose, en parte, en la temperatura y la composición de los gases de escape), el tiempo 403, el funcionamiento del horno 404, las condiciones del horno 405 y otros datos 406 (por ejemplo, recuperación esperada o rendimiento del metal, caudal de combustible, caudal de oxidante, caudal de escape, estequiometría del quemador).
Además, las entradas 46 del horno al controlador 50 incluyen información suministrada por sensores, así como otra información que se obtiene de manera manual o automática, tal como tipo y estado 461 del horno, tipo y estado 462 del refractario, procedimientos 463, energía de colada 464 objetivo, salidas 465 medidas y otros datos 466. Algunas entradas de horno también pueden capturar datos históricos o relacionados con el equipo.
Las entradas de los parámetros de la carga pueden ser suministradas de manera automática o mediante entradas de un operador en una HMI (Human Machine Interface, Interfaz hombre máquina), o por otros medios. En un ejemplo, la entrada de recuperación esperada puede ser recibida mediante la selección de un tipo de carga, ya sea manualmente o por reconocimiento de imagen, en donde el reconocimiento de imagen puede calcular una recuperación esperada predeterminada para un tipo de carga determinado, o puede ser entrenado para identificar la recuperación esperada basándose en las propiedades ópticas de la carga en la utilización de longitudes de onda visibles y/o no visibles. Con dicha tecnología, las fotografías o imágenes de la carga de metal pueden ayudar a identificar la carga y a determinar el tipo, la calidad y la relación entre el área superficial y el volumen, así como el tamaño total de la carga. Se pueden utilizar técnicas similares con respecto a contaminantes volátiles. Los pesos pueden ser medidos utilizando células de carga tradicionales, otros medios tradicionales, o ser estimados mediante reconocimiento de imágenes.
El controlador 50 recibe todas estas entradas, y el procesador 52 utiliza un modelo 60 para calcular una predicción de energía de colada objetivo y para determinar cómo está de avanzado el proceso en relación con la predicción de energía de colada objetivo.
En el diagrama de flujo del proceso simplificado para un proceso de control de la fusión discontinua de metales, a modo de ejemplo, que se muestra en la figura 2, se utilizan cálculos teóricos, combinados con datos reales, para crear el modelo 60 del horno. Tal como se describió anteriormente, la precisión del modelo 60 depende de diversas entradas, relacionadas con el equipo, el material de la carga y los parámetros del proceso.
El objetivo del control principal del modelo 60 es predecir con precisión la energía 62 de colada necesaria y, a continuación, proporcionar una retroalimentación en vivo al operador del horno, en tiempo real o casi en tiempo real, para un control de bucle abierto o, de manera automática, en control de bucle cerrado, transmitiendo el porcentaje de energía de colada objetivo que se ha alcanzado. Mediante la predicción con precisión de la energía 62 de colada objetivo, y los controles del horno pueden ser ajustados para optimizar el acercamiento a la energía 62 de colada objetivo predicha sin sobrecalentar la masa fundida. Cuando se alcanza el 100 % (es decir, cuando el modelo 60 calcula que la energía 62 de colada objetivo ha sido introducida en la carga), se alerta al operador de la predicción de que se ha introducido suficiente energía en el horno para alcanzar la temperatura de colada deseada, para ese ciclo concreto. Esto indica al operador que la fase de fusión del ciclo se ha completado. El operador o el sistema debe apagar el quemador y realizar acciones posteriores a la fusión para completar el ciclo.
Después de la fusión, se realizan las acciones 64 posteriores a la fusión. Estas pueden incluir agitar manualmente la masa fundida y tomar una muestra del metal fundido para su análisis, y medir cualquier parámetro de salida 44 relevante que pueda ser utilizado para informar del funcionamiento de los procesos de fusión subsiguientes en el horno. A esto le sigue la colada (vertido) del metal fundido en otro horno, en lingotes madre o la colada en el producto final. Finalmente, la escoria es extraída del horno.
Actualmente, operadores de hornos experimentados estiman una serie de parámetros de entrada clave, así como si la carga está suficientemente fundida antes de la colada. Sin embargo, tal como ocurre con todas las estimaciones realizadas por personas, la variabilidad en las estimaciones entre personas y en diferentes momentos es bastante grande: el factor humano puede ser bastante importante en el efecto sobre los resultados. En la práctica, se pueden ver variaciones del rendimiento del horno de un operador a otro y de un turno a otro. Además, la introducción manual de datos, tal como el peso de la carga en el horno, puede ser realizada de manera incorrecta. Herramientas avanzadas de procesamiento y análisis de imágenes pueden resolver ambos problemas. Mediante el desarrollo de un conjunto de datos inicial de imágenes antes del procesamiento con recuperación estimada, tamaños de carga críticos y fracción de componentes volátiles, el sistema puede ser entrenado para proporcionar de manera automática estimaciones de estos valores antes de la fusión, y esos valores pueden ser utilizados para calcular las necesidades de energía de fusión estimadas y, por lo tanto, la energía de colada necesaria. A continuación, cuando se alcanza la energía de colada objetivo, el sistema ve si la estimación fue precisa, basándose, como mínimo, en un parámetro de salida medido después de la fusión.
Por ejemplo, el rendimiento del algoritmo de predicción de la energía de colada objetivo puede ser determinado evaluando la diferencia entre la temperatura de vertido de metal y la temperatura de vertido de metal predicha, y/o evaluando la diferencia entre la llama de salida del conducto de humos real o la intensidad de la combustión con respecto a la intensidad prevista. Se comprende que la diferencia entre estos valores (predichos y reales) se basa en los parámetros o detalles de la carga y en otras variables y parámetros del horno medidos. Los resultados de esta comparación pueden ser utilizados para actualizar y mejorar de manera continua el cálculo de la eficiencia general del horno para el horno, de tal manera que, con el tiempo y la experiencia de muchas operaciones de fusión, el predictor de energía de colada necesaria se mejora continuamente.
En una realización, se identificó la energía de colada objetivo para el proceso de refundición de chatarra de aluminio en un horno giratorio basculante. La energía de colada objetivo se utilizó a continuación para calcular la energía de colada necesaria para futuras fundiciones realizadas para ese horno concreto, basándose en las ecuaciones que se describen a continuación.
La ecuación 1 se utilizó para calcular la energía de colada Qcoiada necesaria del material de carga,
Qcolada — (Qfusión + Ql + Qcalentamiento)Al Y + Qca¡entamiento,A¡2O3 (1-Y) + (Qfusión + Ql + Qcalentamiento)sal (1) donde Y es el porcentaje de contenido de aluminio en el material de carga, Q es la energía y los subíndices Fusión, L y Calentamiento se refieren a fusión, latente y calentamiento. La ecuación 2 calcula la energía necesaria para llevar el material a la temperatura de fusión
QFusión — mCp (TFusión — To) (2) donde m es la masa del material, Cp es la capacidad calorífica específica del material, TFusión es el punto de fusión del material y To es la temperatura inicial (habitualmente, la temperatura ambiente). La ecuación 3 es la energía latente necesaria para fundir completamente el material
Ql — mL (3) donde L es la energía latente para fundir el material. La ecuación 4 es la energía necesaria para calentar el material hasta la temperatura de colada
Qcalentamiento — mCpFusión (Tcolada - TFusión) (4) donde CpFusón es el valor Cp para el líquido y Tcoiada es la temperatura de colada. Los expertos en la materia pueden elaborar ecuaciones similares para el AI2O3 y la sal.
La ecuación 1 tiene en cuenta la composición variable del material de carga. El material de carga de refundición del aluminio consiste, principalmente, en aluminio y óxido de aluminio. Por ejemplo, el material de la espuma puede contener menos del 20 % de aluminio y hasta más del 80 %, según el origen de la espuma y el proceso anterior. Una estimación del rendimiento esperado para cada tipo de material es el punto de inicio para un proceso de iteración, mediante el cual el cálculo retroalimenta nuevos datos para mejorar el mismo con el tiempo, a medida que se recogen más datos.
La ecuación 5 relaciona una serie de parámetros de salida importantes
Qentrada — Qcolada + Qsalida de humos + Qotrc (5) donde Qentrada es la energía introducida durante un ciclo, Qsalida de humos es la energía perdida en la salida de humos y QOtros corresponde a todas las demás pérdidas o ganancias del horno/proceso.
La energía perdida en la salida de humos se puede calcular utilizando diversos procedimientos bien conocidos en el sector. Por ejemplo, se podría medir la composición, la temperatura y el flujo másico de los gases de combustión y, a partir de eso, se podría calcular la entalpía de los gases de combustión. Alternativamente, la composición y el flujo másico de los gases de combustión podrían ser estimados basándose en las entradas y en la composición del combustible y el oxidante, o en otros medios, y se podría medir la temperatura. A continuación, combinando las estimaciones y las mediciones, se podría estimar la entalpía de los gases de la combustión.
Qotros también se puede determinar por diversos medios. Por ejemplo, se puede utilizar un análisis de regresión sobre datos históricos para estimar Q oo cuando se conocen los otros parámetros de la ecuación 5, y se ajusta una ecuación a los datos en función de diversos parámetros, tales como la composición de la carga, la masa de carga, el tipo y la antigüedad del horno y otros parámetros. Alternativamente, Q oo podría ser ampliado aún más para incluir pérdidas conocidas, tales como pérdidas de la carcasa del horno, absorción de la carcasa del horno, pérdidas por los huecos del horno (por ejemplo, fugas), pérdidas por radiación y masa cuando los orificios de carga están abiertos, ganancias por la oxidación de aluminio, ganancias por el combustible del material de la carga y cualquier otra pérdida o ganancia, además de las pérdidas o ganancias desconocidas. Cada una de las pérdidas o ganancias conocidas podría ser estimada utilizando valores medidos e información histórica y, a continuación, ser introducidas en la ecuación 5.
Una vez que Q oo puede ser estimado, también se podría utilizar para estimar las pérdidas por oxidación del aluminio comparando Q oo con un valor ideal de Q oo basado en correlaciones históricas, y atribuyendo la diferencia a cambios en la oxidación del aluminio.
Con los valores determinados para Qsaiida de humos y Qotros, y un Qcoiada conocido, el Qentrada necesario puede ser estimado y utilizado para determinar el tiempo necesario para que la carga alcance la energía de colada objetivo. Se pueden utilizar diversos parámetros del proceso para controlar el proceso de fusión en el horno, y para determinar el tiempo de la energía de colada objetivo. Cuando se utiliza Qentrada como parámetro del proceso, una vez que se estima Qentrada, la introducción de energía en el horno continúa hasta que el consumo real de combustible coincide con el valor de consigna de Qentmda-
Se pueden utilizar uno o varios de otros parámetros o mediciones adicionales del proceso en el horno para mejorar la certeza de las predicciones de tiempo de energía de colada objetivo y el balance de energía calculado para determinar Qentmda. Estos parámetros de proceso incluyen, pero no están limitados a, la temperatura de la cámara de filtros, la composición de los gases de la salida de humos (por ejemplo, utilizando sensores tales como GC/MS/IR), la temperatura del conducto, la intensidad de la llama de salida del conducto de humos, la temperatura de la salida de humos, la temperatura de la puerta, el tamaño del hueco de la puerta, la temperatura de transferencia del canal, la temperatura de la carcasa (posiblemente medida en múltiples ubicaciones), la temperatura de la superficie interior (potencialmente medida en múltiples ubicaciones), la velocidad de giro, la corriente o el par del motor y la vibración del horno. Por ejemplo, numerosos de dichos sensores, ubicaciones y tipos de mediciones están indicados en la figura 1 para un horno giratorio.
La eficiencia total calculada del horno no es una constante, sino que es una función de diversos parámetros del horno, que incluyen, entre otros, el tipo de horno (por ejemplo, giratorio o de reverberación), el tamaño del horno, la condición del refractario (incluido el desgaste y la antigüedad), el tipo y grosor del refractario, las condiciones ambientales, el historial de la chatarra, la absorción de calor del refractario, los procedimientos de funcionamiento del horno, las propiedades de la carga de metal (por ejemplo, tamaño de los componentes de la carga y, posteriormente, la capacidad de absorber energía), así como otros factores.
Se pueden medir uno o varios parámetros de salida para determinar la salida del proceso de fusión del horno, tales como la temperatura final, el rendimiento o el tiempo total del proceso. Si se conoce la temperatura real de la masa fundida (y se compara con la temperatura final deseada de la masa fundida), se puede utilizar para mejorar iterativamente la estimación de la eficiencia general del horno y, por lo tanto, mejorar los resultados de control futuros. Se han demostrado diversos mecanismos para medir la temperatura de vertido o una aproximación de la temperatura de vertido. Un procedimiento consiste en utilizar un pirómetro para medir ópticamente la propia temperatura del vertido. Otro procedimiento consiste en utilizar termopares u otros dispositivos de medición de contacto directo. El termopar (u otro dispositivo) puede estar colocado directamente en la masa fundida o en una pared a través de la que pasa la masa fundida cuando es descargada del horno. Es importante que la temperatura medida sea consistente para determinar la temperatura de vertido y se correlacione con precisión con la temperatura de vertido real, ya sea alcanzando el mismo valor para la misma temperatura de vertido o teniendo una correlación conocida con el tiempo, incluso si el valor absoluto medido difiere de la temperatura de vertido real. Las mejoras en el cálculo de la eficiencia general del horno también pueden tener en cuenta la cantidad de cualquier carga que queda en el horno después de la colada utilizando células de carga, por ejemplo.
Además, al aprovechar los modelos en múltiples hornos giratorios, las correlaciones entre los parámetros medidos (incluido el análisis de la imagen para una posible relación de recuperación) y el tiempo de fusión (o la energía de colada necesaria) pueden ser generalizadas y mejoradas más rápidamente que instalar instrumentación y utilizar un modelo para un solo horno giratorio. Estos conocimientos se pueden incluso extender más allá de un solo tipo de horno y un solo metal, ya que se pueden utilizar herramientas similares para hornos de reverberación y otros hornos y para otros metales, tales como el cobre y el plomo. De nuevo, al generalizar los conocimientos utilizando múltiples tipos de hornos y metales, los modelos se volverán más robustos y predictivos. El modelo puede incluso ser extendido para optimizar la integración de múltiples hornos en un solo sitio, con el fin de maximizar la rentabilidad del sitio, y podría incluir elementos tales como el coste del combustible, el coste del oxidante, el coste del fundente y la eficiencia del horno.
Para los hornos de reverberación, otros parámetros no mencionados anteriormente pueden tener importancia. Estos incluyen la presión de gas para aplicaciones de agitación del gas de un burbujeador (por ejemplo, una contrapresión más alta indica un nivel de líquido más alto en el horno o un cambio en la contrapresión en un solo ciclo de fusión indica una obstrucción con el tiempo), temperaturas del techo, la pared y el suelo dentro y fuera del horno en múltiples ubicaciones, velocidad de circulación de la masa fundida utilizando un dispositivo mecánico o electromagnético, energía gastada en la circulación del metal fundido y medición directa de la temperatura del metal en el interior del horno.
Estas variables sirven como entradas efectivas en el desarrollo de estrategias de control de procesos. De manera análoga a los procedimientos propuestos anteriormente, las dependencias de todas las variables anteriores en el cálculo de las pérdidas de energía pueden ser ajustadas y mejoradas iterativamente minimizando la diferencia entre la temperatura final medida del metal y la temperatura deseada del metal al final del proceso, para producir una predicción más consistente del tiempo de la energía de colada objetivo.
Además, el modelo también se puede utilizar para determinar el tiempo óptimo para realizar el mantenimiento, mediante el análisis de la eficiencia del horno y otras variables. Esto ayudará a determinar cuándo realizar reparaciones y cambios de refractarios, e incluso cuándo invertir capital, tal como aumentar el tamaño del horno o agregar postquemadores u otros medios para la recuperación de calor. Como ejemplo, se realizó un análisis del tiempo necesario para completar un ciclo de fusión en un horno giratorio de aluminio antes y después de que el horno sea revestido de nuevo con refractario. La distribución del tiempo del ciclo, antes y después del nuevo revestimiento, mostró una reducción en el tiempo del calentamiento necesario. Utilizando el modelo de horno, se puede tomar una decisión sobre cuándo volver a revestir el refractario del horno para maximizar el impacto económico del nuevo revestimiento.
El procedimiento de control puede ejecutarse en control de bucle abierto y/o de bucle cerrado. Además, puede ser deseable tener algunos bucles de control en modo de control de bucle abierto mientras que otros están en modo de control de bucle cerrado. Por ejemplo, los controles de flujo pueden estar en modo de control de bucle cerrado, mientras que las recomendaciones sobre la introducción de sal o el cambio del refractario pueden estar en el modo de control de bucle abierto.
Datos a modo de ejemplo y cálculos del horno
Los datos fueron recogidos en un horno giratorio de fusión de aluminio similar al que se muestra esquemáticamente en la figura 1, para demostrar el sistema de control y los procedimientos descritos en el presente documento. Los datos recogidos incluyeron: caudales de gas natural y oxígeno, temperatura de los gases de la salida de humos y temperatura de la carcasa del horno.
La figura 5 muestra datos de un ciclo a modo de ejemplo, desde la carga hasta el final de la fase de fusión, donde los puntos de datos están promediados en el tiempo para fines de visualización. El eje x muestra el tiempo, normalizado y transmitido en porcentaje de tiempo desde que comienza la carga. El eje y muestra las tasas de entrada/salida/acumulación de calor en porcentaje. Comenzando en el 0 % del tiempo, la carga comienza y continúa hasta aproximadamente el 14 % del tiempo. En este momento, se enciende el quemador, lo que se muestra mediante la curva de tasa de encendido, que aumenta desde 0 hasta aproximadamente el 70 %. Aproximadamente al 26 % del tiempo, la tasa de encendido del quemador se reduce ligeramente hasta aproximadamente el 65 %, donde se mantiene relativamente constante hasta aproximadamente el 80 % del tiempo. Durante este tiempo, se puede ver que el calor acumulativo absorbido en la carga aumenta de manera continua, tal como se esperaba. El calor acumulado absorbido por la pared del horno no comienza a aumentar significativamente hasta después de aproximadamente un 60 % del tiempo. Las pérdidas por radiación y convección de la pared permanecen bastante constantes en todo momento, y se observa que las pérdidas por la salida de humos aumentan ligeramente hacia el final de la fase de fusión.
El operador detuvo el quemador al 80 % del tiempo para mirar en el interior del horno y evaluar cuán completa estaba la fase de fusión. El quemador se reinició poco después y se dejó en funcionamiento hasta aproximadamente el 95 % del tiempo. En este momento, el operador agitó la masa fundida y luego volvió a encender el quemador durante aproximadamente otro 10 % del tiempo. La energía de colada objetivo se consideró alcanzada después de que se apagó el quemador y se realizaron las acciones posteriores a la fusión.
La predicción del modelo para la energía de colada necesaria para fundir completamente la carga es mostrada en la figura por el valor del 100 % en el eje y. El tiempo correspondiente se muestra mediante el valor del 100 % en el eje x. La predicción del modelo muestra que, cuando el quemador se apagó por segunda vez, antes de la agitación, la energía de colada objetivo casi se alcanzó, donde el calor acumulado absorbido por la carga era de aproximadamente el 98 %. La predicción del modelo muestra que, si el operador hubiera dejado el quemador funcionando un poco más, entonces la fusión se habría completado en aproximadamente el 96 % del tiempo. Además, el quemador no se habría vuelto a encender en otro 10 % de tiempo. La figura muestra que, con el modelo implantado, el tiempo de fusión podría haberse reducido en aproximadamente un 14 %. Además, se podría haber reducido aproximadamente entre un 5 y un 6 % de la entrada de calor, ahorrando energía y evitando el sobrecalentamiento del metal y reduciendo de este modo el potencial de oxidación del aluminio.
Aunque la presente invención y los ejemplos se refieren a la fusión de metales, se comprende que se pueden aplicar las mismas técnicas o técnicas similares a las operaciones de fundición (tal como la fundición de plomo). En concreto, en una operación de fundición, se puede utilizar una combinación, como mínimo, de un parámetro de la carga, como mínimo de un parámetro de horno y como mínimo de un parámetro de proceso para caracterizar el funcionamiento de la fundición y optimizar la introducción de energía y el tiempo necesario para completar la operación de fundición tal como se describe en el presente documento.
La presente invención no debe estar limitada en su alcance por los aspectos o realizaciones específicos descritos en los ejemplos, que pretenden ser ilustraciones de algunos aspectos de la invención, y cualquier realización que sea funcionalmente equivalente está dentro del alcance de la presente invención. Diversas modificaciones de la invención, además de las mostradas y descritas en el presente documento resultarán evidentes para los expertos en la materia y pretenden estar dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Sistema (100), para controlar un proceso de fusión de metales en un horno de fusión discontinua, que comprende: un horno de fusión (110), que comprende una cámara (120), configurada y dispuesta para recibir una carga (130) que contiene metal sólido, un quemador (140), configurado y dispuesto para suministrar calor de combustión a la carga (130) en la cámara (120), y un conducto para extraer los productos de la combustión del quemador de la cámara (120), en el que el horno de fusión (110) está caracterizado por, como mínimo, un parámetro del horno; como mínimo, un sensor (32, 42), para detectar, como mínimo, un parámetro de la carga que caracteriza una carga añadida al horno (110);
como mínimo, un sensor (12, 14, 16, 18, 20, 22, 26, 28, 40) para detectar, como mínimo, un parámetro del proceso que caracteriza el progreso de un proceso de fusión en el horno (110); y
un controlador (50), que tiene un procesador (52), configurado para:
calcular la eficiencia general del horno basándose, como mínimo, en un parámetro del horno;
calcular el tiempo de disponibilidad de vertido del proceso predicho basándose en el, como mínimo, un parámetro de la carga, en el, como mínimo, un parámetro del proceso y en la eficiencia general del horno; y
controlar el funcionamiento del horno basándose en el tiempo de disponibilidad de vertido del proceso previsto, en el que el procesador (52) utiliza un modelo (60), que se crea mediante la utilización de cálculos teóricos combinados con datos reales,
en el que el conducto para extraer los productos de la combustión del quemador incluye una salida de humos; y en el que, el como mínimo un parámetro del proceso incluye uno o varios de: tasa de encendido del quemador, relación de entalpía del reactivo, relación de entalpía del escape, temperatura de la salida de humos, temperatura de la pared del horno, poder calorífico del combustible, intensidad de la combustión de la salida de humos, temperatura de la cámara de filtros, composición de los gases de la salida de humos, temperatura del conducto de salida de humos, temperatura de la puerta del horno, tamaño del hueco de la puerta del horno, temperatura de la carcasa del horno, temperatura de la cámara del horno, tasa de fusión de la carga, pérdida de calor del horno, tiempo transcurrido de funcionamiento de la fusión y aspecto visual de la carga,
en el que, cuando el horno (110) es un horno giratorio, el como mínimo un parámetro del proceso incluye, además, uno o varios de: velocidad de rotación del horno, corriente del motor de giro, par del motor de giro y vibración del horno; y
en el que, cuando el horno (110) es un horno de reverberación, el como mínimo un parámetro del proceso incluye, además, uno o varios de: presión de gas para aplicaciones de agitación del gas de un burbujeador, temperatura del techo, temperatura de la pared, temperatura del fondo, velocidad de circulación de la masa fundida, energía gastada en la circulación de la masa fundida, y la temperatura de la masa fundida en el interior de la cámara del horno.
2. Sistema, según la reivindicación 1, que comprende, además:
como mínimo, un sensor (44), para detectar, como mínimo, un parámetro de salida que caracteriza la salida del proceso de fusión;
en el que el controlador (50) está programado, además, para calcular la eficiencia total del horno basándose en el, como mínimo, un parámetro del horno y en el, como mínimo, un parámetro de salida.
3. Sistema, según la reivindicación 2, en el que el controlador (50) está programado, además para:
registrar el como mínimo un parámetro de salida para múltiples procesos de fusión anteriores; y
calcular la eficiencia total del horno basándose en el como mínimo un parámetro de salida registrado para múltiples procesos de fusión anteriores.
4. Sistema, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el como mínimo un parámetro de carga incluye uno o varios de: peso de la carga, peso del fundente, composición del fundente, contenido de contaminantes volátiles, rendimiento esperado, temperatura inicial, temperatura de colada, temperatura de vertido, tamaño de la carga, forma de la carga, relación de superficie a volumen de la carga, composición del material de la carga y temperatura de fusión de la carga.
5. Sistema, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el como mínimo un parámetro de horno incluye uno o varios de: tipo de horno, tamaño de horno, condición del horno, antigüedad del horno, tipo de refractario, antigüedad del refractario, historial de la chatarra, coste del combustible, coste del oxidante, coste del fundente y procedimientos de funcionamiento del horno.
6. Sistema, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el controlador (50) está programado, además, para calcular el tiempo de disponibilidad de vertido del proceso previsto mediante:
cálculo de la necesidad de energía teórica basándose en el como mínimo un parámetro de la carga;
cálculo de un consumo de combustible objetivo basándose en la necesidad de energía teórica y en la eficiencia global del horno;
cálculo de un consumo de combustible real basándose en el como mínimo un parámetro del proceso; y cálculo del tiempo de disponibilidad de vertido del proceso previsto basándose en la comparación del consumo de combustible objetivo con el consumo de combustible real.
7. Procedimiento para controlar un proceso de fusión de metales en un horno de fusión (110), que comprende: determinar como mínimo un parámetro del horno que caracteriza un horno de fusión (110);
agregar una carga (130) que contiene metal sólido en el horno de fusión (110);
detectar como mínimo un parámetro de la carga que caracteriza la carga (130);
encender un quemador (140) en el horno de fusión (110), para suministrar calor para fundir la carga (130) y expulsar los productos de la combustión del horno (110) a través de un conducto;
detectar como mínimo un parámetro del proceso que caracteriza el progreso de la fusión de la carga (130); calcular la eficiencia general del horno basándose en el como mínimo un parámetro del horno, calculando un tiempo de disponibilidad de vertido previsto del proceso basándose en el como mínimo un parámetro de la carga, el como mínimo un parámetro del proceso y la eficiencia general del horno, y controlar el proceso de fusión del metal basándose en el tiempo de disponibilidad de vertido del proceso previsto por un controlador (50) que tiene un procesador (52), en el que el procesador utiliza un modelo (60), que se crea mediante la utilización de cálculos teóricos combinados con datos reales,
en el que el conducto para extraer los productos de la combustión del quemador incluye una salida de humos; y en el que el como mínimo un parámetro del proceso incluye uno o varios de: tasa de encendido del quemador, tasa de entalpía del reactivo, tasa de entalpía del escape, temperatura de la salida de humos, temperatura de la pared del horno, poder calorífico del combustible, intensidad de la combustión de la salida de humos, temperatura de la cámara de filtros, composición de los gases de la salida de humos, temperatura del conducto de la salida de humos, temperatura de la puerta del horno, tamaño del hueco de la puerta del horno, temperatura de la carcasa del horno, temperatura de la cámara del horno, tasa de fusión de la carga, pérdida de calor del horno, tiempo de funcionamiento transcurrido de la fusión y aspecto visual de la carga,
en el que, cuando el horno (110) es un horno giratorio, el como mínimo un parámetro del proceso incluye, además, uno o varios de: velocidad de giro del horno, corriente del motor de giro, par del motor de giro y vibración del horno; y
en el que el horno (110) es un horno de reverberación, el como mínimo un parámetro del proceso incluye, además, uno o varios de: presión de gas para aplicaciones de agitación del gas del burbujeador, temperatura del techo, temperatura de la pared, temperatura del fondo, velocidad de circulación de la masa fundida, energía gastada en la circulación de la masa fundida y temperatura de la masa fundida en el interior de la cámara del horno.
8. Procedimiento, según la reivindicación 7, que comprende, además:
detectar como mínimo un parámetro de salida que caracteriza la salida del proceso de fusión; y
calcular la eficiencia total del horno basándose en el como mínimo un parámetro del horno y el como mínimo un parámetro de la salida.
9. Procedimiento, según la reivindicación 8, que comprende, además:
registrar el como mínimo un parámetro de la salida para múltiples procesos de fusión anteriores; y
calcular la eficiencia total del horno basándose en el como mínimo un parámetro de la salida registrado para múltiples procesos de fusión anteriores.
10. Procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el como mínimo un parámetro de la carga incluye uno o varios de: peso de la carga, peso del fundente, composición del fundente, contenido de contaminantes volátiles, rendimiento esperado, temperatura inicial, temperatura de colada, temperatura de vertido, tamaño de la carga, forma de la carga, relación de superficie a volumen de la carga, composición del material de la carga y temperatura de fusión de la carga.
11. Procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10, en el que el como mínimo un parámetro del horno incluye uno o varios de: tipo del horno, tamaño del horno, condición del horno, antigüedad del horno, tipo del refractario, antigüedad del refractario, historial de la chatarra, coste del combustible, coste del oxidante, coste del fundente y procedimientos de funcionamiento del horno.
12. Procedimiento, según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende, además:
calcular el tiempo de disponibilidad de vertido del proceso previsto:
calculando la necesidad de energía teórica basándose en el como mínimo un parámetro de la carga; calculando un consumo de combustible objetivo basándose en la necesidad de energía teórica y l eficiencia global del horno;
calcular el consumo real de combustible basándose en el como mínimo un parámetro del proceso; y
calcular el tiempo de disponibilidad de vertido del proceso previsto basándose en la comparación del consumo de combustible objetivo con el consumo de combustible real.
ES19176016T 2018-05-25 2019-05-22 Sistema y procedimiento de funcionamiento de un horno de fusión discontinua Active ES2902805T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/989,945 US11441206B2 (en) 2018-05-25 2018-05-25 System and method of operating a batch melting furnace

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2902805T3 true ES2902805T3 (es) 2022-03-29

Family

ID=66630282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES19176016T Active ES2902805T3 (es) 2018-05-25 2019-05-22 Sistema y procedimiento de funcionamiento de un horno de fusión discontinua

Country Status (10)

Country Link
US (1) US11441206B2 (es)
EP (1) EP3572538B1 (es)
KR (1) KR102294325B1 (es)
CN (1) CN110530166B (es)
BR (1) BR102019010306B1 (es)
CA (1) CA3043819C (es)
ES (1) ES2902805T3 (es)
MX (1) MX2019005846A (es)
PL (1) PL3572538T3 (es)
TW (1) TWI689694B (es)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201818398D0 (en) * 2018-11-12 2018-12-26 Johnson Matthey Plc Furnace control method
CN111127420B (zh) * 2019-12-20 2023-05-09 河钢股份有限公司 一种量化判断转炉出钢过程中炉口溢渣情况的方法
US11740022B2 (en) * 2020-07-22 2023-08-29 Air Products And Chemicals, Inc. Furnace controller and method of operating a furnace
WO2022036399A1 (en) * 2020-08-18 2022-02-24 Metal Drilling Pty Ltd Copper recovery method and apparatus
CN112024844A (zh) * 2020-09-09 2020-12-04 江西省科学院应用物理研究所 一种非晶合金的压铸成型方法
CN113465381B (zh) * 2021-07-14 2025-03-18 信诺先端热工科技(苏州)有限公司 一种煅烧方法和间歇式窑炉
CN113930573B (zh) * 2021-09-08 2023-05-09 山东钢铁股份有限公司 一种顶底复吹转炉的底吹瞬时流量动态控制方法
AT524549B1 (de) * 2021-10-15 2022-07-15 Ebner Ind Ofenbau Industrieofenanlage
KR102753172B1 (ko) * 2022-08-01 2025-01-14 한국원자력연구원 방사성 폐기물 용융 시설 관리 시스템, 이를 이용한 용융로 용탕량 관리 방법, 용융로 전기 용량 관리 방법 및 용융로 설치 수량 관리 방법
CN116793090B (zh) * 2023-08-29 2023-10-27 沈阳广泰真空科技股份有限公司 一种自动保护进料热处理控制系统及方法
EP4621082A1 (en) * 2024-03-20 2025-09-24 Maurizio Sala Hydrogen additivation to the burners of melting furnaces for metal recycling
WO2026049908A1 (en) 2024-08-28 2026-03-05 Air Products And Chemicals, Inc. Apparatus and method for flame control to melt metal
US20260063367A1 (en) 2024-08-28 2026-03-05 Air Products And Chemicals, Inc. Apparatus and Method for Flame Control to Melt Metal

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3514280A (en) * 1967-10-19 1970-05-26 Sherwood William L Continuous steelmaking method
US4484947A (en) 1983-04-22 1984-11-27 North American Manufacturing Company Method for melting a charge of bulk solid metal
JPS645306A (en) 1987-06-26 1989-01-10 Toshiba Corp Levitating carrier
CA2116249A1 (en) 1994-02-23 1995-08-24 Han Spoel Method and apparatus for recovery of non-ferrous metals from scrap and dross
JP3645306B2 (ja) * 1995-03-31 2005-05-11 日新製鋼株式会社 電気炉設備
US6383251B1 (en) * 1997-08-22 2002-05-07 William Lyon Sherwood Direct iron and steelmaking
AUPQ346399A0 (en) * 1999-10-15 1999-11-11 Technological Resources Pty Limited Stable idle procedure
JP4256355B2 (ja) * 2005-03-01 2009-04-22 株式会社神戸製鋼所 溶融炉の制御方法及び制御装置
EP1790738B1 (en) 2005-11-29 2008-08-13 Linde Aktiengesellschaft Control of a melting process
DE102007041632A1 (de) * 2006-09-18 2008-04-03 Sms Demag Ag Verfahren zum Betreiben eines schmelzmetallurgischen Ofens und Ofen
CA2787198A1 (en) 2010-01-19 2011-07-28 Aditya Birla Science & Technology Co. Ltd. A system and method for monitoring and optimizing smelting operations of a furnace
JP5620030B2 (ja) 2011-07-18 2014-11-05 エー ビー ビー リサーチ リミテッド 熔融プロセスを制御するための方法及び制御システム
CN102392095B (zh) * 2011-10-21 2013-09-11 湖南镭目科技有限公司 转炉炼钢终点预测方法和系统
CN103673595A (zh) * 2012-09-24 2014-03-26 上海飞轮有色冶炼厂 一种多燃烧器单元的节能熔炼炉
EP2792755B1 (en) 2013-04-16 2015-06-10 ABB Technology Ltd A method and a control system for controlling a melting and refining process
CN103388054B (zh) * 2013-07-19 2015-01-07 东北大学 一种在线控制lf精炼过程钢水温度的系统及方法
PL3204527T3 (pl) * 2014-10-10 2019-12-31 Air Products And Chemicals, Inc. System i sposób sterowania piecem do topienia miedzi
JP6553532B2 (ja) * 2016-03-09 2019-07-31 Ｊｆｅ条鋼株式会社 電気炉の運転制御システム、電気炉および電気炉の運転制御方法
CN106636530B (zh) * 2016-11-17 2019-04-26 北京光科博冶科技有限责任公司 一种转炉炼钢温度预报方法及服务器
CN206772063U (zh) * 2017-04-18 2017-12-19 西部矿业股份有限公司 一种新型方便的转炉控制系统
CN207019485U (zh) * 2017-06-13 2018-02-16 江西世茂铜业有限公司 一种新型铜炼炉的控温装置

Also Published As

Publication number Publication date
BR102019010306B1 (pt) 2023-09-26
CN110530166B (zh) 2021-11-30
CN110530166A (zh) 2019-12-03
MX2019005846A (es) 2019-11-26
EP3572538A1 (en) 2019-11-27
TW202004110A (zh) 2020-01-16
PL3572538T3 (pl) 2022-12-12
TWI689694B (zh) 2020-04-01
KR102294325B1 (ko) 2021-08-26
CA3043819C (en) 2021-07-13
BR102019010306A2 (pt) 2019-12-10
EP3572538B1 (en) 2021-12-22
US20190360067A1 (en) 2019-11-28
CA3043819A1 (en) 2019-11-25
KR20190134495A (ko) 2019-12-04
US11441206B2 (en) 2022-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2902805T3 (es) Sistema y procedimiento de funcionamiento de un horno de fusión discontinua
US7462218B2 (en) Aluminum melting method using analysis of fumes coming from the furnace
RU2353876C2 (ru) Печь, способ ее применения и управления
JP5620030B2 (ja) 熔融プロセスを制御するための方法及び制御システム
BR102021014055A2 (pt) Controlador de forno e método de operação de um forno
Hassan et al. Feasibility study of regenerative burners in aluminum holding furnaces
Lawrence et al. Digital twin methodology improves performance and yield in an aluminum tilt rotary furnace
Zhang et al. Continuous scrap melting in a short rotary furnace
US12540363B2 (en) Method for detecting fluctuation of solidified layer and method for operating blast furnace
EP3754259A1 (en) Method for operating a furnace
JP6553532B2 (ja) 電気炉の運転制御システム、電気炉および電気炉の運転制御方法
RU2758422C1 (ru) Дуговая сталеплавильная печь с конвейерной загрузкой шихты
RU2810028C9 (ru) Способ обнаружения флуктуации отвердевшего слоя и способ эксплуатации доменной печи
JP3385831B2 (ja) 炉底の浸食ラインの推定方法および炉底構造
Kennedy Principles of fuel economy
SU1640175A1 (ru) Способ управлени процессом плавлени металла в индукционной чугуноплавильной тигельной печи
Zhang et al. Scrap melting in continuous process rotary melting furnace Part 1–Bench scale furnace trials
Johansen et al. Energy control in primary casthouse furnaces
JP2007232273A (ja) 溶解炉およびそれを用いた溶融金属製造方法
CN119103863A (zh) 一种阳极泥火法冶炼用卡尔多炉的烘炉方法
Williams et al. Aluminum Melting Furnace Pressure Control