BR102014027975B1

BR102014027975B1 - DISTANCE MEASUREMENT SYSTEM AND PROCESS BETWEEN THE TIP OF AN ELECTRODE AND THE SIEL OF AN OVEN

Info

Publication number: BR102014027975B1
Application number: BR102014027975-0A
Authority: BR
Inventors: Glênio De Melo Mendonça
Original assignee: Ligas De Alumínio S.A. - Liasa
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2021-06-29
Also published as: BR102014027975A2

Abstract

sistema e processo de medição da distância entre a ponta de um eletrodo e a soleira de um forno. a presente invenção pertence ao campo técnico da engenharia metalúrgica, e refere-se a um processo para medição da distância entre a ponta de um eletrodo e a soleira de um forno, preferencialmente um forno elétrico de redução para produção de silício metálico e ferro ligas, importante parâmetro operacional para garantir um bom desempenho do referido processo de produção.system and process for measuring the distance between the tip of an electrode and the threshold of an oven. the present invention belongs to the technical field of metallurgical engineering, and refers to a process for measuring the distance between the tip of an electrode and the threshold of a furnace, preferably an electric reduction furnace for the production of metallic silicon and ferroalloys, important operational parameter to guarantee a good performance of the referred production process.

Description

Field of Invention

[0001] A presente invenção pertence ao campo técnico da engenharia metalúrgica, e refere-se a um processo para medição da distância entre a ponta de um eletrodo e a soleira de um forno, preferencialmente um forno elétrico de redução para produção de silício metálico e ferro ligas, importante parâmetro operacional para garantir um bom desempenho do referido processo de produção.[0001] The present invention belongs to the technical field of metallurgical engineering, and refers to a process for measuring the distance between the tip of an electrode and the threshold of a furnace, preferably an electric reduction furnace for the production of metallic silicon and ferroalloys, an important operational parameter to ensure the good performance of the production process.

Fundamentals of the Invention

[0002] O silício metálico e ferro ligas em geral são produzidos em fornos elétricos de redução e vazados em panelas de refino a uma temperatura aproximada de 1700°C. Com intuito de prover uma produtividade adequada e a correta operação desse processo, é necessário conhecer a distância entre a ponta do eletrodo e a base ou soleira do forno. O principal problema na determinação dessa distância reside nas altas temperaturas incidentes na ponta do eletrodo e no fato de o mesmo ficar submerso no material em processamento / carga.[0002] The metallic silicon and ferroalloys in general are produced in electric reduction furnaces and poured into refining ladles at an approximate temperature of 1700°C. In order to provide adequate productivity and the correct operation of this process, it is necessary to know the distance between the tip of the electrode and the base or threshold of the oven. The main problem in determining this distance lies in the high temperatures incident at the tip of the electrode and in the fact that it is submerged in the material being processed/charged.

[0003] As técnicas conhecidas para medição da distância entre eletrodo e soleira são rudimentares e exigem a interrupção do carregamento do forno e a posterior retirada do material de processamento do entorno do eletrodo relativo ao qual se deseja medir a distância; em seguida, é necessário desligar o forno, erguer o eletrodo e medir o seu comprimento utilizando um dispositivo de comparação especialmente preparado para suportar altas temperaturas. Ressalta-se que este processo proporciona grande perda de produtividade em função da necessidade de interrupção total da operação e, por essa razão, somente pode ser realizado com intervalos de algumas semanas.[0003] The known techniques for measuring the distance between the electrode and the threshold are rudimentary and require the interruption of the furnace loading and the subsequent removal of the processing material from the surroundings of the relative electrode to which you want to measure the distance; then, it is necessary to turn off the oven, lift the electrode and measure its length using a comparison device specially prepared to withstand high temperatures. It is noteworthy that this process provides a great loss of productivity due to the need for total interruption of the operation and, for this reason, it can only be carried out with intervals of a few weeks.

[0004] Um outro processo do atual estado da técnica para efetuar esse tipo de medição está descrito no documento BRPI9303376-1 consiste em inserir um dispositivo de grafite oco do eletrodo, aguardar o nivelamento das pontas do eletrodo de grafite e do eletrodo do forno, remover o dispositivo de grafite e, então, efetuar a medição. Dito processo também é trabalhoso e demorado, embora não demande o desligamento do forno.[0004] Another process of the current state of the art to perform this type of measurement is described in document BRPI9303376-1 consists of inserting a hollow graphite electrode device, waiting for the leveling of the tips of the graphite electrode and the furnace electrode, remove the graphite device and then take the measurement. This process is also laborious and time-consuming, although it does not require the oven to be turned off.

[0005] Nota-se, portanto, que o atual estado da técnica carece de meios que permitam efetuar a medição da distância eletrodo-soleira de um forno de forma ágil, prática e eficiente, que não demande elevados custos devido à complexidade de operação ou à obrigatoriedade de interrupção da produção.[0005] It is noted, therefore, that the current state of the art lacks means to measure the electrode-sill distance of a furnace in an agile, practical and efficient manner, which does not require high costs due to the complexity of operation or the mandatory interruption of production.

Objectives of the invention

[0006] A presente invenção tem por objetivo resolver os problemas do atual estado da técnica provendo um processo de medição da distância entre a ponta de um eletrodo de um forno e a soleira de um forno que não demande a interrupção da produção mediante o desligamento do forno para ser realizado.[0006] The present invention aims to solve the problems of the current state of the art by providing a process for measuring the distance between the tip of an electrode of a furnace and the threshold of a furnace that does not require the interruption of production by turning off the oven to be carried out.

[0007] Assim sendo, é outro dentre os objetivos da invenção prover um processo que possa ser executado com periodicidade diária, visando aprimorar o desempenho de produção desses tipos de metais.[0007] Therefore, it is another among the objectives of the invention to provide a process that can be performed on a daily basis, aiming to improve the production performance of these types of metals.

[0008] Por fim, é um dos objetivos da invenção revelar um processo de medição da distância eletrodo-soleira que seja simples e de fácil execução, e que apresente alto grau de confiabilidade de resultados, permitindo uma operação segura e com elevada produtividade.[0008] Finally, one of the objectives of the invention is to reveal a process for measuring the distance electrode-sill that is simple and easy to carry out, and that presents a high degree of reliability of results, allowing a safe operation and high productivity.

Invention Summary

[0009] Os objetivos acima mencionados são alcançados através de um sistema de medição da distância entre a ponta de um eletrodo e a soleira de um forno, mais especificamente destinado ao uso em fornos elétricos de redução para produção de silício metálico e ferro-ligas compreendendo ao menos um eletrodo cooperante com a soleira de um forno.[0009] The above mentioned objectives are achieved through a system for measuring the distance between the tip of an electrode and the threshold of a furnace, more specifically intended for use in electric reduction furnaces for the production of metallic silicon and ferroalloys comprising at least one electrode cooperating with the hearth of an oven.

[0010] Em uma concretização preferencial da invenção, o pelo menos um eletrodo coopera com pelo menos um anel de escorregamento, pelo menos um cilindro do hoist, pelo menos uma mesa, cabos flexíveis, anéis de pressão, placas de contato, e junta dos eletrodos, sendo que pelo menos uma massa de metal coopera com o interior do eletrodo em intervalos de comprimentos constantes.[0010] In a preferred embodiment of the invention, the at least one electrode cooperates with at least one slip ring, at least one hoist cylinder, at least one table, flexible cables, pressure rings, contact plates, and gasket of the electrodes, with at least one mass of metal cooperating with the interior of the electrode at intervals of constant length.

[0011] Preferencialmente o metal inserido no eletrodo deverá ser escolhido a partir do grupo compreendido por cromo, cobre e níquel.[0011] Preferably the metal inserted into the electrode should be chosen from the group comprised of chromium, copper and nickel.

[0012] No caso de uso em eletrodos de auto cozimento, o sistema deverá compreender a inserção prévia do metal no interior de um recipiente.[0012] In the case of use in self-cooking electrodes, the system must comprise the previous insertion of the metal inside a container.

[0013] Os objetivos da presente invenção são também alcançados por meio de um processo de medição da distância entre a ponta de um eletrodo e a soleira de um forno, mais especificamente destinado ao uso em fornos elétricos de redução para produção de silício metálico e ferro-ligas compreendendo ao menos um eletrodo cooperante com a soleira de um forno, caracterizado pelo fato de que o dito processo compreende as seguintes etapas: - perfuração das peças de eletrodo do forno; - cálculo da quantidade adequada de um metal a ser inserida nos eletrodos; - inserção do dito metal na ao menos uma peça de eletrodo do forno, de forma contínua; - acompanhamento da descida da posição de inserção; - análise contínua do teor do metal no material produzido pelo forno; - identificação da elevação do teor do metal no material produzido pelo forno; - cálculo da distância entre a ponta do eletrodo 1 e a soleira 11 do forno no momento do vazamento.[0013] The objectives of the present invention are also achieved through a process of measuring the distance between the tip of an electrode and the threshold of a furnace, more specifically intended for use in electric reduction furnaces for the production of metallic silicon and iron - alloys comprising at least one electrode cooperating with the hearth of a furnace, characterized in that said process comprises the following steps: - perforation of the electrode parts of the furnace; - calculation of the proper amount of a metal to be inserted into the electrodes; - insertion of said metal in at least one piece of furnace electrode, continuously; - monitoring the descent of the insertion position; - continuous analysis of the metal content in the material produced by the furnace; - identification of the increase in metal content in the material produced by the furnace; - calculation of the distance between the tip of electrode 1 and the threshold 11 of the furnace at the moment of casting.

[0014] Preferencialmente o teor do metal no material em processamento será obtido por análise química, sendo que a distância entre a ponta do eletrodo e a soleira do forno será definida no momento do vazamento do metal pela ponta do eletrodo.[0014] Preferably, the metal content in the material under processing will be obtained by chemical analysis, and the distance between the electrode tip and the furnace threshold will be defined at the time of metal leakage through the electrode tip.

Brief Description of Drawings

[0015] A presente invenção será pormenorizadamente descrita com base nas figuras abaixo indicadas, nas quais:[0015] The present invention will be described in detail based on the figures below, in which:

[0016] A Figura 1 mostra uma vista em elevação lateral da coluna de eletrodos do forno utilizada no processo de medição da distância da presente invenção, o qual a massa de metal está devidamente inserida no eletrodo; e[0016] Figure 1 shows a side elevation view of the furnace electrode column used in the distance measurement process of the present invention, in which the metal mass is properly inserted into the electrode; and

[0017] A Figura 2 mostra uma vista em elevação lateral da coluna de eletrodos representada na Figura 1, incluindo o cadinho do forno propriamente dito.[0017] Figure 2 shows a side elevation view of the electrode column represented in Figure 1, including the furnace crucible itself.

Detailed Description of the Invention

[0018] O objeto da presente invenção passará a ser mais detalhadamente descrito e explicado com base nos desenhos apensos, que possuem caráter meramente exemplificativo e não limitativo, posto que adaptações e modificações podem ser feitas sem que, com isso, se fuja do escopo da proteção reivindicada.[0018] The object of the present invention will be described in more detail and explained based on the attached drawings, which are merely exemplary and non-limiting, since adaptations and modifications can be made without, thereby, escaping from the scope of the claimed protection.

[0019] A presente invenção se revela um processo de medição da distância entre a ponta de um eletrodo e a soleira de um forno que consiste, basicamente, na introdução de uma massa de metal 9 no centro ou próximo do centro do eletrodo 1 do forno, em intervalos de comprimento constante. As análises do silício metálico ou fero- liga devem ser feitas continuamente para identificar o teor do elemento constituinte do metal 9 inserido dentro do eletrodo 1 do forno, de modo que quando o teor do elemento em questão subir bastante, indicar que houve o vazamento do mesmo, indicativo de que a ponta do eletrodo 1 do forno está nesta posição permitindo, assim, o cálculo preciso da distância entre a ponta do eletrodo 1 do forno e a soleira 11 do forno.[0019] The present invention reveals a process for measuring the distance between the tip of an electrode and the threshold of an oven that basically consists of introducing a metal mass 9 in the center or near the center of the oven electrode 1 , at intervals of constant length. The analysis of metallic silicon or ferroalloy must be carried out continuously to identify the content of the constituent element of the metal 9 inserted into the electrode 1 of the furnace, so that when the content of the element in question rises enough, it indicates that there has been a leakage of the even, indicative that the tip of the electrode 1 of the oven is in this position, thus allowing the precise calculation of the distance between the tip of the electrode 1 of the oven and the threshold 11 of the oven.

[0020] Para tanto, deve ser feita ao menos uma perfuração na coluna de eletrodo 1 em posições pré-definidas e a posterior inserção, nas ditas perfurações, de uma massa calculada de um metal 9 que não represente contaminação da liga final a ser produzida, sendo que preferencialmente a dita perfuração não deve comprometer a estrutura física do eletrodo 1, bem como não permitir vazamento antecipado.[0020] To do so, at least one perforation must be made in the electrode column 1 in predefined positions and the subsequent insertion, in said perforations, of a calculated mass of a metal 9 that does not represent contamination of the final alloy to be produced , and preferably said perforation should not compromise the physical structure of electrode 1, as well as not allow early leakage.

[0021] O metal 9 pode ser inserido dentro do eletrodo 1 em todas as colunas de um forno trifásico, utilizando um tipo diferente para cada coluna de eletrodo 1 do forno, possibilitando assim ter uma boa estimativa da distância entre a ponta do eletrodo 1 do forno e a soleira 11 a cada dia, sem perdas de produção.[0021] Metal 9 can be inserted into electrode 1 in all columns of a three-phase oven, using a different type for each column of electrode 1 of the oven, thus enabling to have a good estimate of the distance between the tip of electrode 1 of the kiln and sill 11 every day, without production losses.

[0022] Para fins ilustrativos, a figura 1 anexa mostra uma vista em elevação lateral da coluna de eletrodos do sistema de medição de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção, na qual uma massa de metal 9 encontra-se devidamente inserida no eletrodo 1 do forno. Tal figura permite observar, adicionalmente, os demais componentes de uma coluna de eletrodos de fornos elétricos de redução para produção de silício metálico e ferro-ligas, quais sejam: anel superior de escorregamento (7), anel inferior de escorregamento (6), cilindro do hoist (2), mesa (8), cabos flexíveis (5), anéis de pressão (3), placas de contato (4), e junta dos eletrodos (10). Ressalte-se que no caso de colunas para eletrodos de auto cozimento, as juntas 10 são inexistentes e o metal 9 é inserido no interior de um recipiente preso à coluna em local apropriado, sendo que a quantidade de metal 9 deve ser suficiente para que, quando ocorrer o vazamento, seja possível identifica-lo por meio da elevação do teor do referido metal 9 no material produzido pelo forno. Um exemplo de aplicação da presente invenção consiste em utilizar, no caso do silício metálico, Cromo, Cobre e Níquel nas três colunas dos fornos trifásicos. Cabe esclarecer, porém, que a escolha dos metais a serem inseridos nos eletrodos 1 deve estar em conformidade com as especificações do material final a ser produzido.[0022] For illustrative purposes, the attached figure 1 shows a side elevation view of the column of electrodes of the measuring system according to a preferred embodiment of the present invention, in which a metal mass 9 is duly inserted in the electrode 1 from the oven. This figure also allows us to observe the other components of an electrode column of electric reduction furnaces for the production of metallic silicon and ferroalloys, namely: upper slip ring (7), lower slip ring (6), cylinder hoist (2), table (8), flexible cables (5), snap rings (3), contact plates (4), and electrode gasket (10). It should be noted that in the case of columns for self-cooking electrodes, the joints 10 are non-existent and metal 9 is inserted into a container attached to the column in an appropriate place, and the amount of metal 9 must be sufficient for, when the leak occurs, it is possible to identify it by increasing the content of said metal 9 in the material produced by the furnace. An example of application of the present invention is to use, in the case of metallic silicon, Chromium, Copper and Nickel in the three columns of the three-phase furnaces. It should be clarified, however, that the choice of metals to be inserted into electrodes 1 must comply with the specifications of the final material to be produced.

[0023] A Figura 2 que mostra uma vista em elevação lateral da coluna de eletrodos representada na Figura 1, incluindo o cadinho 11 do forno propriamente dito. Neste caso, quando o metal 9 inserido no eletrodo 1 do forno atingir a região de consumo, será fundido e, em função de estar em estado líquido, irá vazar e se incorporar no material produzido.[0023] Figure 2 showing a side elevation view of the electrode column represented in Figure 1, including the crucible 11 of the furnace itself. In this case, when the metal 9 inserted in the furnace electrode 1 reaches the consumption region, it will be melted and, as a result of being in a liquid state, it will leak and be incorporated into the produced material.

[0024] Portanto, em suma o sistema da presente invenção compreende meios para possibilitar o vazamento do metal 9 e o incremento do mesmo no resultado de análise do produto final, possibilitando indicar o exato momento do vazamento do dito metal 9 no mesmo, que equivalerá à posição em que a ponta do eletrodo 1 está da soleira 11 do forno.[0024] Therefore, in short, the system of the present invention comprises means to enable the leakage of metal 9 and its increment in the final product analysis result, enabling to indicate the exact time of leakage of said metal 9 in it, which will be equivalent to the position where the tip of electrode 1 is on the threshold 11 of the oven.

[0025] O teor do metal 9 será identificado por análise química do material produzido, proveniente do vazamento do forno de redução, indicando o momento em que a posição de metal 9 inserido no eletrodo 1 chaga à zona de consumo. Por meio de posterior cálculo matemático obtém-se, de forma contínua e sem perda de produção, a distância dentre a ponta do eletrodo 1 e a soleira 11 do forno. Ao se efetuar tal procedimento nas três colunas de eletrodos de fornos trifásicos, será possível se obter uma medida por dia provendo, com isso, um excelente controle operacional do forno e de seu processo de produção, elevando significativamente a produtividade por meio de um processo simples, confiável e contínuo.[0025] The content of metal 9 will be identified by chemical analysis of the material produced, from the leakage of the reduction furnace, indicating the moment when the position of metal 9 inserted into electrode 1 reaches the consumption zone. Through subsequent mathematical calculation, the distance between the tip of electrode 1 and threshold 11 of the oven is obtained, continuously and without loss of production. By carrying out such a procedure on the three electrode columns of three-phase furnaces, it will be possible to obtain one measurement per day, thus providing an excellent operational control of the furnace and its production process, significantly increasing productivity through a simple process , reliable and continuous.

[0026] A presente invenção também compreende, portanto, um processo de medição da distância eletrodo-soleira em fornos elétricos de redução para produção de silício metálico e ferro-ligas, o qual compreende as seguintes etapas: - perfuração das peças de eletrodo 1 do forno; - cálculo da quantidade adequada de metal 9 a ser inserida nos eletrodos 1; - inserção do metal 9 na peça de eletrodo 1 do forno, de forma contínua, sendo que no caso de eletrodos de auto cozimento, deve ser feita a inserção de um recipiente contendo o metal 9; - acompanhamento da descida da posição de inserção; - análise contínua do teor do metal 9 no material produzido pelo forno; - identificação da elevação do teor do metal 9 no material produzido pelo forno; - cálculo da distância entre a ponta do eletrodo 1 e a soleira 11 do forno no momento do vazamento.[0026] The present invention therefore also comprises a process for measuring the electrode-sill distance in electric reduction furnaces for the production of metallic silicon and ferroalloys, which comprises the following steps: - perforation of the electrode 1 parts of the oven; - calculation of the appropriate amount of metal 9 to be inserted into electrodes 1; - insertion of metal 9 into the electrode part 1 of the oven, continuously, and in the case of self-cooking electrodes, a container containing metal 9 must be inserted; - monitoring the descent of the insertion position; - continuous analysis of the metal 9 content in the material produced by the furnace; - identification of the increase in metal 9 content in the material produced by the furnace; - calculation of the distance between the tip of electrode 1 and the threshold 11 of the furnace at the moment of casting.

[0027] Saliente-se que este procedimento é simples, não demanda a interrupção da operação normal do forno ou a alteração da mesma, permitindo medições diárias elevando, com isso, a produtividade devido ao controle aprimorado do principal parâmetro operacional de fornos elétricos de redução.[0027] It should be noted that this procedure is simple, does not require the interruption of the normal operation of the furnace or its alteration, allowing daily measurements, thereby increasing productivity due to the improved control of the main operating parameter of electric reduction furnaces .

[0028] Vale ressaltar que para eletrodos de auto cozimento, basta inserir um recipiente contendo o metal 9 na coluna de eletrodo 1, sendo que o metal 9 deve ser escolhido adequadamente, conforme o produto, de tal forma que não contamine o produto do forno e que possa ser identificado de forma rápida e simples nas análise corrida a corrida. Nesse aspecto, cabe notar que pode ser empregado um metal puro ou liga com alto teor do metal 9 sem que, com isto, se fuja do escopo de proteção aqui reivindicado. Nota-se, portanto, que o objeto da presente invenção soluciona os inconvenientes do atual estado da técnica de forma totalmente inédita, prática e eficaz.[0028] It is noteworthy that for self-cooking electrodes, just insert a container containing metal 9 in the electrode 1 column, and metal 9 must be chosen properly, according to the product, in such a way that it does not contaminate the oven product and that can be quickly and simply identified in run-by-run analysis. In this regard, it is worth noting that a pure metal or alloy with a high metal content 9 can be used without, therefore, escaping from the scope of protection claimed herein. Note, therefore, that the object of the present invention solves the inconveniences of the current state of the art in a completely new, practical and effective way.

Claims

1. System for measuring the distance between the tip of an electrode and the threshold of an oven, more specifically intended for use in electric reduction furnaces for the production of metallic silicon and ferroalloys comprising at least one electrode (1) cooperating with the hearth (11) of an oven, wherein the at least one electrode (1) cooperates with at least one slip ring (6, 7), at least one hoist cylinder (2), at least one table (8), flexible cables (5), pressure rings (3), contact plates (4), and electrode joint (10), CHARACTERIZED by the fact that at least one metal mass (9) cooperates with the interior of the electrode (1 ) in intervals of constant lengths.

2. System according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the metal (9) inserted into the electrode (1) is chosen from the group comprised of chromium, copper and nickel.

3. System, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that, in the case of use in self-cooking electrodes (1), it comprises the prior insertion of the metal (9) inside a container.

4. Process of measuring the distance between the tip of an electrode and the threshold of a furnace, more specifically intended for use in electric reduction furnaces for the production of metallic silicon and ferroalloys comprising at least one electrode (1) cooperating with the threshold (11) of an oven, CHARACTERIZED by the fact that said process comprises the following steps: - perforation of the electrode parts (1) of the oven; - calculation of the proper amount of a metal (9) to be inserted into electrodes 1; - insertion of said metal (9) in at least one piece of electrode (1) of the furnace, continuously; - monitoring the descent of the insertion position; - continuous analysis of the metal content (9) in the material produced by the furnace; - identification of the increase in metal content (9) in the material produced by the furnace; - calculation of the distance between the tip of the electrode (1) and the threshold (11) of the furnace at the moment of casting.

5. Process according to claim 4, CHARACTERIZED by the fact that in the case of use in self-cooking electrodes (1), previously insert the metal (9) inside a container.

6. Process according to claim 4, CHARACTERIZED by the fact that it involves the insertion of the metal mass (9) at constant length intervals inside the electrode (1).

7. Process according to claim 4, CHARACTERIZED by the fact that the metal (9) inserted into the electrode (1) is chosen from the group comprised of chromium, copper and nickel.

8. Process according to claim 4, CHARACTERIZED by the fact that the metal content (9) in the material being processed is obtained by chemical analysis.

9. Process, according to claim 4, CHARACTERIZED by the fact that the distance between the tip of the electrode (1) and the threshold (1) of the furnace is defined at the time of leakage of the metal (9) by the tip of the electrode (1 ).