BR102022001865A2

BR102022001865A2 - Dispositivo de imersão para medição de temperatura e método para detecção de posição

Info

Publication number: BR102022001865A2
Application number: BR102022001865-0A
Authority: BR
Inventors: Michel VAN VLIERBERGHE; Guido Neyens
Original assignee: Heraeus Electro-Nite International N.V.
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2023-04-11
Also published as: JP2024056934A; AU2022200454A1; EP4036539B1; KR20220111213A; JP7463414B2; ZA202201223B; PT4036539T; FI4036539T3; PL4036539T3; JP2022117979A; TWI813147B; TW202232067A; US20220244107A1; ES2951086T3; EP4036539A1; UA128593C2; CN114838833A; AU2022200454B2; CA3146714A1; MX2022001340A

Abstract

A invenção se refere a um dispositivo de imersão e a um método para detectar uma posição de um cabo com núcleo de fibra óptica mediante o uso de um dispositivo de imersão. Um dispositivo de imersão (10) para medir uma temperatura de um banho de metal fundido (64) dentro do cesto (62) de um forno elétrico a arco (60) por meio de um cabo com núcleo de fibra óptica (50) compreende uma lança de sopro (28) para soprar gás de purga em um ponto de entrada do cesto (62) e um meio de detecção para detectar uma posição do cabo com núcleo de fibra óptica (50). O cabo com núcleo de fibra óptica (50) pode ser movido em um canal de alimentação (20), e/ou na lança de sopro (28), em relação ao ponto de entrada. Os meios de detecção são configurados para detectar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica (50) na, ou próximo à, lança de sopro (28). Isso possibilita distâncias curtas entre a extremidade anterior da fibra e o banho e, portanto, intervalos de tempo curtos entre as sequências de medição de temperatura.

Description

DISPOSITIVO DE IMERSÃO PARA MEDIÇÃO DE TEMPERATURA E MÉTODO PARA DETECÇÃO DE POSIÇÃO

DESCRIÇÃO

[0001] A invenção se refere a um dispositivo de imersão para medir uma temperatura de um banho de metal fundido dentro de um cesto de forno elétrico a arco (FEA) com o uso de um cabo com núcleo de fibra óptica e um método para detectar uma posição de um cabo com núcleo de fibra óptica usando um dispositivo de imersão

[0002] Processos metalúrgicos podem ser executados em um forno de arco, conforme revelado na patente US 2886617 A, em particular em um FEA. Para melhorar o controle do processo, a temperatura de um banho de metal fundido precisa ser medida. Isso pode, por exemplo, ser executado por meio de uma fibra óptica que é imersa no banho e um detector correspondente conectado à fibra, conforme descrito nas patentes EP 2 799 824 A1, EP 3 051 264 A1 e EP 2 799 824 A1. A própria fibra óptica é revestida com metal. Nos processos mencionados, a fibra óptica é introduzida em um tubo-guia descartável, antes da medição. Pelo menos uma parte do tubo-guia se funde durante o uso. Para determinar a qualidade da medição de temperatura, pode-se monitorar a posição da fibra óptica com o tubo-guia dentro de um meio de alimentação. O documento JPH09304185 a revela uma fibra óptica com bainha metálica para medir a temperatura do aço fundido, sendo que um comprimento enviado da fibra óptica é medido por um motor com um codificador. Um dispositivo similar é revelado na patente JPH07151608 A.

[0003] Em outro processo, a fibra óptica pode ser fornecida como um tubo virtualmente sem fim, o qual é enrolado em uma espiral e desenrolado para conduzir uma medição. Um dispositivo de alimentação para esse tipo de fibra óptica é descrito no documento EP 3 051 262 A1. O documento EP 2 940 441 A1 descreve um dispositivo para medição de temperatura com um vão entre a fibra óptica e um tubo-guia. Uma abordagem alternativa é descrita em JPH09243459 A, em que a fibra é cortada para definir uma posição conhecida da extremidade anterior.

[0004] É o objetivo da presente invenção melhorar a medição de temperatura dentro de um cesto de um forno elétrico a arco.

[0005] O objetivo da invenção é alcançado por meio de um dispositivo de imersão, de acordo com a reivindicação 1, e um método para detectar uma posição de um cabo com núcleo de fibra óptica de acordo com a reivindicação adicional. Modalidades vantajosas são definidas nas reivindicações dependentes.

[0006] A tarefa é resolvida por um dispositivo de imersão projetado para medir uma temperatura de um banho de metal fundido dentro de um cesto de forno elétrico a arco mediante o uso de um cabo com núcleo de fibra óptica. O dispositivo de imersão compreende uma lança de sopro para soprar gás de purga em um ponto de entrada para o cesto e um meio de detecção para detectar uma posição do cabo com núcleo de fibra óptica. O dispositivo de imersão é configurado de modo que o cabo com núcleo de fibra óptica possa ser movido em um canal de alimentação e/ou na lança de sopro em relação ao ponto de entrada. Os meios de detecção são configurados para detectar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica na, ou próximo à, lança de sopro.

[0007] Como a extremidade anterior do cabo com núcleo de fibra óptica se funde durante a medição da temperatura, sua posição precisa ser determinada antes de cada medição de temperatura. Em soluções convencionais, a posição do cabo com núcleo de fibra óptica é detectada no tubo de alimentação e, dessa forma, em uma posição que está comparativamente longe do cesto. Portanto, o cabo com núcleo de fibra óptica precisa ser movido por uma longa distância para trás e para diante, entre uma medição de temperatura e uma medição de posição, o que é demorado. Dessa forma, com o uso de técnicas convencionais o intervalo entre duas medições de temperatura é longo.

[0008] A detecção da presença do cabo com núcleo de fibra óptica na, ou próximo à, lança de sopro leva a um transporte mais rápido do cabo com núcleo de fibra óptica e, dessa forma, possibilita um intervalo de tempo mais curto entre medições. Isso é de particular importância, uma vez que a temperatura do banho de aço líquido durante a operação do FEA pode mudar a taxas de até 70°C por minuto. Mais medições podem ser executadas, permitindo assim um melhor controle do processo. A distância da extremidade anterior até o banho pode ser mantida significativamente mais baixa. Além disso, detritos ou desgaste causados pelo retorno do cabo com núcleo de fibra óptica podem sempre contaminar e danificar ou bloquear a tubulação. Mediante a redução da trajetória de movimento do cabo com núcleo de fibra óptica no interior do canal de alimentação, esse risco pode ser minimizado. Como, de acordo com a invenção, o movimento da extremidade anterior do cabo com núcleo de fibra óptica pode ser limitado à lança de sopro, a qual pode ser facilmente substituída, uma solução simples é possível no caso de contaminação ou dano. A parte dos meios de detecção que se aproxima do cabo com núcleo de fibra óptica quente pode ser facilmente substituída. Além disso, a medição de temperatura se torna mais confiável porque a extremidade anterior pode ser imersa no melhor ponto de contato.

[0009] Uma lança de sopro é uma lança através da qual o gás de purga pode ser soprado para dentro do cesto. Isso pode ajudar a evitar a penetração de metal, escória e/ou detritos no canal de alimentação. A lança de sopro pode ser substituível. Tipicamente, a lança de sopro é reta, isto é, não é curva, a fim de introduzir o cabo com núcleo de fibra óptica ao longo de uma trajetória reta em direção ao banho. A lança de sopro pode ser fabricada em uma só peça. A lança de sopro está, em particular, disposta coaxialmente ao canal de alimentação e/ou axialmente adjacente ao canal de alimentação. Em particular, o canal de alimentação se une à lança de sopro na direção oposta ao cesto. Uma parte dos meios de detecção destinados a detectar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica pode estar disposta na lança de sopro. Uma parte dos meios de detecção pode estar disposta perto da lança de sopro, por exemplo, no canal de alimentação, próximo a uma conexão da lança de sopro e do canal de alimentação e/ou entre a lança de sopro e o canal de alimentação.

[0010] A lança de sopro pode servir para guiar o cabo com núcleo de fibra óptica para dentro do banho e/ou para fora do banho no interior do cesto. O gás de purga resfria a lança de sopro e/ou o cabo com núcleo de fibra óptica em seu interior. Durante uma sequência de medição, o cabo com núcleo de fibra óptica pode ser movido no interior do canal de alimentação e da lança de sopro em direção ao banho.

[0011] O canal de alimentação serve para mover o cabo com núcleo de fibra óptica para dentro do cesto e/ou para fora do cesto. O canal de alimentação define uma trajetória reta e/ou curva ao longo da qual o cabo com núcleo de fibra óptica pode ser movido. Em particular, os meios de movimentação são configurados para mover o cabo com núcleo de fibra óptica ao longo da trajetória definida pelo canal de alimentação. O canal de alimentação é, em particular, fechado e/ou tem uma seção transversal circular. Ele pode compreender um tubo de alimentação, por exemplo um tubo de metal, isto é, um tubo através do qual o núcleo de fibra óptica pode ser introduzido. O canal de alimentação pode ser formado por paredes de metal. Ele pode ter um diâmetro interno acima de 7 mm, em particular acima de 9 mm, e/ou abaixo de 15 mm, em particular abaixo de 12 mm. O dispositivo pode compreender o canal de alimentação. Juntos, o canal de alimentação e a lança de sopro podem ser chamados de sistema de alimentação. O sistema de alimentação pode compreender adicionalmente o meio de detecção ou o detector.

[0012] O cabo com núcleo de fibra óptica compreende uma fibra óptica que pode ser, por exemplo, uma fibra de vidro. A fibra óptica pode ser uma fibra de índice graduado com um diâmetro de 50 µm ou 62,5 µm. Em particular, o cabo com núcleo de fibra óptica compreende um tubo de metal disposto em torno da fibra, isto é, ela é uma fibra óptica revestida de metal, também chamada de FiMT ("Fiber in a Metal Tube" - fibra em tubo de metal). O tubo de metal pode ter um diâmetro externo de mais de 1 mm, em particular 1,3 mm e/ou menos de 3 mm, em particular 2,5 mm. A espessura da parede do tubo de metal pode ser maior que 0,1 mm e/ou menor que 0,3 mm, em particular, menor que 0,2 mm. O cabo com núcleo de fibra óptica pode compreender adicionalmente um tubo externo disposto ao redor do tubo de metal. O tubo externo pode ser feito de metal. Ele pode ter um diâmetro externo maior que 4 mm e/ou menor que 8 mm, em particular aproximadamente 6 mm. A espessura da parede do tubo externo pode ser maior que 0,2 mm, em particular maior que 0,3 mm, e/ou menor que 0,7 mm, em particular menor que 0,5 mm.

[0013] A extremidade anterior do cabo com núcleo de fibra óptica é a extremidade que é imersa no banho, a fim de medir a temperatura. A posição da extremidade anterior do cabo com núcleo de fibra óptica tipicamente corresponde à posição da extremidade anterior da fibra óptica. Em particular, o cabo com núcleo de fibra óptica é consumido na direção que vai da extremidade anterior em direção à outra extremidade, oposta. Após cada sequência de medição, outra parte do cabo com núcleo de fibra óptica será a extremidade anterior. A outra extremidade pode ser conectada a uma unidade de detecção para avaliar os sinais medidos e/ou transportados pelo cabo com núcleo de fibra óptica, a fim de determinar a temperatura. A outra extremidade não será consumida durante uma medição. A unidade de detecção pode ser configurada para receber um sinal de luz, em particular na faixa de comprimento de onda de IV, transmitida pela fibra óptica. A unidade de detecção pode ser um pirômetro.

[0014] Detectar uma presença do cabo com núcleo de fibra óptica significa detectar uma informação relacionada à possibilidade de o cabo com núcleo de fibra óptica estar ou não presente em uma determinada posição. Isso ajuda a detectar a posição do cabo com núcleo de fibra óptica. Em particular, pode ser detectada a presença do cabo com núcleo de fibra óptica em uma posição definida na lança de sopro e/ou no canal de alimentação. Isso é possível porque uma parte dos meios de detecção é posicionada em uma posição fixa conhecida em relação ao canal de alimentação e/ou à lança de sopro. Em particular, os meios de detecção são configurados para detectar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica em uma posição que está a uma distância menor que 4 m, em particular menor que 2 m e, em uma modalidade, menor que 1 m de uma parede externa do cesto de FEA. Em particular, a posição de detecção está acima da parede externa. De preferência, os meios de detecção são configurados para detectar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica em uma posição que está a uma distância menor que 1 m, em particular menor que 50 cm e, em uma modalidade, menor que 20 cm da lança de sopro. A posição de detecção pode ser acima da lança de sopro. A distância até a lança de sopro é, em particular, uma distância axial.

[0015] O dispositivo de imersão é, em particular, instalado de maneira estacionária. Em particular, o dispositivo de imersão é configurado de modo que possa ser posicionado em uma parede externa do cesto ou em uma plataforma em uma lateral do cesto, se houver. Se for posicionado em uma parede externa, o dispositivo de imersão pode ser instalado em uma plataforma de válvula gaveta instalada excentricamente no fundo do forno (EBT - "Eccentric Bottom Tap"), ou em uma parede lateral do cesto. O cabo com núcleo de fibra óptica pode, dessa forma, ser movido para baixo no cesto a partir do ponto estacionário. A plataforma pode fazer parte da parede lateral e/ou estar alinhada de modo essencialmente horizontal. Em particular, o ponto de entrada do cesto é posicionado sobre a plataforma e/ou é uma abertura alinhada de modo essencialmente vertical.

[0016] Em uma configuração, os meios de detecção compreendem um sensor indutivo para detectar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica. O sensor indutivo pode estar disposto na, ou próximo à, lança de sopro. Por exemplo, ele pode estar disposto sobre o canal de alimentação e/ou um tubo de alimentação. Dois sensores indutivos podem ser usados para determinar a posição da extremidade anterior entre os mesmos.

[0017] Em uma modalidade, os meios de detecção compreendem um detector para medir uma propriedade de um fluxo de gás. Em particular, o detector é configurado para medir uma vazão do fluxo de gás, uma velocidade de fluxo do fluxo de gás e/ou uma pressão de gás no fluxo de gás. Dessa forma, um fluxo de gás é usado para detectar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica. Em particular, um fluxo de gás é gerado na, ou próximo à, lança de sopro de modo que a presença do cabo com núcleo de fibra óptica influencie o fluxo de gás, por exemplo obstruindo ao menos uma parte da trajetória de fluxo do fluxo de gás. Mediante a medição da propriedade, a presença do cabo com núcleo de fibra óptica pode ser detectada. O dispositivo pode compreender uma fonte de gás adequada. O detector pode ser posicionado próximo à lança de sopro ou em uma posição remota, sendo conectado a uma linha de gás. Tipicamente, as linhas de gás são altamente resistentes à temperatura.

[0018] O termo "gás" no contexto da invenção se refere a qualquer material gasoso, por exemplo, um gás, uma mistura de gases e/ou uma dispersão que tem gás como meio contínuo. Dessa forma, um fluxo de gás pode ser um fluxo de mistura de gases, como ar.

[0019] Essa modalidade permite uma detecção de posição durável e altamente resistente à temperatura. Durante o uso conforme pretendido, a posição na, ou próximo à, lança de sopro é submetida a condições adversas, inclusive altas temperaturas de várias centenas de graus Celsius, chamas e faíscas devido à proximidade do cesto do FEA. Essa modalidade dispensa componentes elétricos ou eletrônicos na zona de calor e é, portanto, particularmente robusta. O esforço técnico é baixo, já que não é necessária blindagem ou proteção contra calor. Deve-se notar, ainda, que a extremidade anterior do cabo com núcleo de fibra óptica cuja posição deve ser detectada esteve dentro do metal líquido um segundo antes da detecção. Foi demonstrado que as propriedades de fluxo de gás são robustas e detectam com precisão a presença do cabo com núcleo de fibra óptica no estado quente. Além disso, é possibilitada uma detecção particularmente rápida da extremidade anterior.

[0020] Em uma modalidade, o dispositivo de imersão compreende um meio de movimentação para mover o cabo com núcleo de fibra óptica no canal de alimentação e/ou na lança de sopro, em relação ao ponto de entrada. Os meios de movimentação movem o cabo com núcleo de fibra óptica em relação ao canal de alimentação e/ou à lança de sopro e ao longo da extensão longitudinal do canal de alimentação ou da lança de sopro. Os meios de movimentação são, em particular, configurados para mover o cabo com núcleo de fibra óptica de modo que a extremidade anterior seja movida para dentro do cesto e para fora do cesto, e/ou para dentro de um banho contido no cesto e para fora de um banho. Os meios de movimentação podem, dessa forma, ser configurados para um movimento para diante e/ou um movimento para trás do cabo com núcleo de fibra óptica. O movimento do cabo com núcleo de fibra óptica é, em particular, um movimento ao longo de uma trajetória reta ou curva. Os meios de movimentação podem compreender um motor.

[0021] Em uma outra modalidade, os meios de movimentação são configurados para alimentar o cabo com núcleo de fibra óptica a partir de uma espiral e/ou para enrolar o cabo com núcleo de fibra óptica não usado de volta na espiral.

[0022] Foi demonstrado que a medição de posição próxima ao cesto funciona particularmente bem usando-se o cabo com núcleo de fibra óptica enrolado em espiral. Além disso, os tipos de fio usados podem ser monitorados de forma confiável por detecção de fluxo de gás. Essa modalidade permite uma forma confiável e de baixo esforço para fornecer um comprimento ótimo (praticamente infinito) de cabo com núcleo de fibra óptica para um grande número de medições. Assim, a alta frequência de medições de temperatura pode ser executada ao longo de pelo menos um ciclo inteiro de operação do FEA, permitindo assim um máximo controle do processo.

[0023] Em uma outra modalidade, o canal de alimentação e/ou a lança de sopro tem uma primeira abertura e/ou uma segunda abertura. Um meio de suprimento de gás pode ser conectado à primeira abertura para introduzir gás pressurizado na primeira abertura. O detector pode ser conectado à segunda abertura por meio de uma linha de detecção.

[0024] Em particular, a primeira abertura e/ou a segunda abertura é uma abertura radial em relação à extensão longitudinal do canal de alimentação e/ou da lança de sopro. Em particular, as duas aberturas estão localizadas na mesma posição axial em relação à extensão longitudinal do canal de alimentação ou à lança de sopro. Um fluxo de gás gerado através das aberturas é influenciado pelo cabo com núcleo de fibra óptica e os meios de detecção podem detectar uma propriedade do fluxo de gás para detectar essa influência e, dessa forma, a presença ou ausência do cabo com núcleo de fibra óptica. Com o uso das aberturas, pode-se detectar se o cabo com núcleo de fibra óptica está ou não presente entre as aberturas. Dessa forma, pode-se derivar uma informação quanto a se a extremidade anterior do cabo com núcleo de fibra óptica está no lado do cesto ou no lado oposto das aberturas.

[0025] O termo "conectar" ou "conexão" se refere a conexões de fluxo para possibilitar os respectivos fluxos de gás. A linha de detecção é uma conexão fluida entre o detector e a segunda abertura. Como regra, uma linha, no sentido da invenção, significa uma conexão de fluido independente do tipo que pode, por exemplo, ser um cano, um tubo ou similares.

[0026] Essa modalidade mostrou resultados confiáveis mesmo no caso de a posição radial do cabo com núcleo de fibra óptica no canal de alimentação ou na lança de sopro não ser conhecida, devido a um vão radial entre um diâmetro externo do cabo com núcleo de fibra óptica e a respectiva parede interna. Quando a extremidade anterior passa a posição entre as aberturas, pode-se observar um salto na propriedade, por exemplo, de fluxo ou pressão. Adicionalmente, essa modalidade permite uma operação particularmente confiável e livre de distúrbios.

[0027] Em uma outra modalidade, a primeira abertura e a segunda abertura são alinhadas coaxialmente e/ou dispostas em posições opostas da seção transversal do canal de alimentação ou da lança de sopro, respectivamente. Em outras palavras, as aberturas compartilham um eixo geométrico comum. Esse eixo geométrico pode se estender perpendicularmente ao eixo geométrico do canal de alimentação. Dessa forma, um fluxo de gás direto pode ser estabelecido entre as aberturas, permitindo uma detecção de posição particularmente precisa. As aberturas podem ser dispostas em lados opostos do canal de alimentação, com o diâmetro do canal entre eles, usando assim a totalidade da seção transversal.

[0028] Em uma outra modalidade, o canal de alimentação tem uma porção reta posicionada adjacente à lança de sopro e uma porção curva posicionada adjacente à porção reta. A primeira abertura e a segunda abertura podem ser posicionadas próximas a um local no qual a porção reta e a porção curva se encontram. Alternativamente, a lança de sopro é reta, de modo que o cabo com núcleo de fibra óptica possa ser introduzido ao longo de uma trajetória reta em direção ao cesto, e o canal de alimentação tenha uma porção curva posicionada adjacente à lança de sopro. Nesse caso, a primeira abertura e a segunda abertura podem ser posicionadas próximas a um local no qual a lança de sopro e o canal de alimentação se encontram.

[0029] A porção reta fica voltada em direção ao cesto e/ou entre a porção curva e o cesto. Dessa forma, o cabo com núcleo de fibra óptica pode ser introduzido no banho ao longo de uma trajetória reta e ser recolhido de volta do banho sem ser curvado. As propriedades mecânicas do cabo com núcleo de fibra óptica se alteram devido ao calor ao qual o cabo com núcleo de fibra óptica corda é submetido durante a medição da temperatura e/ou o subsequente resfriamento. Em particular, sua flexibilidade diminui. A movimentação sem flexão do cabo com núcleo de fibra óptica evita deformação permanente e, dessa forma, evita desgaste, tensão e atrito do cabo com núcleo de fibra óptica, ingresso de material proveniente do cesto e bloqueio do sistema de alimentação. Impede-se, assim, o movimento adicional do cabo com núcleo de fibra óptica.

[0030] A porção curva é posicionada na lateral da porção reta voltada para o lado oposto do cesto. Dessa forma, o requisito de espaço do dispositivo pode ser minimizado.

[0031] As duas aberturas são posicionadas próximas ao local da união. Em particular, uma distância axial de qualquer uma das duas aberturas ao local de encontro em relação à direção longitudinal do canal de alimentação e/ou a lança de sopro é menor que 25 cm, de preferência menor que 15 cm. Em uma configuração, a dita distância axial está abaixo de 5 cm ou zero.

[0032] Em uma modalidade, o dispositivo de imersão compreende uma linha de gás de purga para conectar uma fonte de gás de alta pressão à lança de sopro, para gerar um primeiro fluxo de gás de purga na lança de sopro, em direção ao cesto e/ou ao banho ali contido. A fonte de gás de alta pressão fornece um gás ou uma mistura de gás a uma pressão de pelo menos 5 bar, em particular, pelo menos 10 bar. A linha de gás de purga é, portanto, configurada para suportar uma pressão da ordem mencionada. Ela é, de preferência, projetada como um tubo e/ou feita de metal. O fluxo de gás de purga serve para manter o espaço oco dentro da lança de sopro livre de detritos do cesto, e garante uma operação confiável do cabo com núcleo de fibra óptica. Isso ajuda a manter o canal de alimentação livre de escória e de metal solidificado do cesto e, dessa forma, garante o funcionamento sem perturbações.

[0033] Em uma modalidade adicional, a linha de gás de purga é conectada a um divisor de fluxo para dividir um fluxo de gás da fonte de gás de alta pressão para duas linhas. Uma primeira linha é conectada à lança de sopro para gerar o primeiro fluxo de gás de purga e uma segunda linha é conectada à primeira abertura. Em outras palavras, uma única fonte de gás de alta pressão é usada tanto para o fluxo de gás de purga quanto para a detecção de posição. Dessa forma, uma fonte de gás já presente pode ser usada para detectar a posição do cabo com núcleo de fibra óptica, o que minimiza o esforço técnico. A primeira linha e/ou a segunda linha podem ser feitas de metal e/ou projetadas como um tubo. A primeira linha e/ou a segunda linha podem ser muito curtas e/ou projetadas como uma passagem de gás ou abertura através da qual o gás pode passar.

[0034] Em uma modalidade adicional, o dispositivo de imersão compreende uma linha de purga da linha de detecção, que conecta a linha de gás de purga com a linha de detecção para gerar um segundo fluxo de gás de purga na linha de detecção, que flui da segunda abertura para a lança de sopro ou o canal de alimentação. Em particular, é gerado um fluxo de gás periódico e/ou temporário para purgar a linha de detecção. Assim, a linha de detecção pode ser mantida livre de detritos. Em outras palavras, o fluxo de gás na linha de detecção pode ser invertido. Uma válvula de comutação pode ser disposta dentro da linha de purga da linha de detecção de modo que o segundo fluxo de gás de purga possa ser seletivamente gerado. A válvula de comutação pode ser controlada por um dispositivo de controle do dispositivo de imersão. Essa modalidade permite uma operação durável específica devido à purga incluída da linha de detecção.

[0035] Em uma modalidade, uma extremidade da lança de sopro que está, ou pode ser, voltada em direção ao cesto e/ou ao banho ali contido é construída como um bocal de Laval. Isso permite que o primeiro fluxo de gás de purga seja introduzido no cesto a uma velocidade alta e/ou velocidade supersônica. Dessa forma, a escória flutuando no banho abaixo do cabo com núcleo de fibra óptica pode ser deslocada antes da, e/ou durante a, introdução do cabo com núcleo de fibra óptica. Com isso, o bloqueio do sistema de alimentação é impedido e a medição de temperatura é aprimorada. Além disso, o cabo com núcleo de fibra óptica é resfriado mesmo dentro do cesto, de modo que sua durabilidade é aumentada e uma medição de temperatura particularmente precisa é obtida.

[0036] Em uma outra modalidade, o dispositivo de imersão compreende um codificador configurado para monitorar o movimento do cabo com núcleo de fibra óptica a partir de um ponto de partida conhecido. Em particular, os meios de movimentação incluem um servomotor atuando como codificador. O codificador pode ser configurado para monitorar a distância que o cabo com núcleo de fibra óptica é movido do ponto de partida conhecido. O ponto de partida é, em particular, definido por uma posição da extremidade anterior detectada pelos meios de detecção. Dessa forma, após uma medição de posição, o codificador assegura que a posição da extremidade anterior seja conhecida durante o movimento subsequente do cabo com núcleo de fibra óptica. Dessa forma, pode-se assegurar uma profundidade de imersão definida do cabo com núcleo de fibra óptica no banho. A medição de temperatura é adicionalmente melhorada.

[0037] Em uma configuração, um codificador pode fazer parte dos meios de movimentação e/ou um motor compreendido pelos meios de movimentação. O motor pode ser um servomotor e/ou compreender um servomotor para monitorar a posição do motor. Além disso, ou como alternativa, um codificador pode ser disposto independentemente dos meios de movimentação. No caso de um servomotor e um codificador adicional, qualquer deslocamento do cabo com núcleo de fibra óptica, por exemplo devido a bloqueio, que não possa ser detectado pelo servomotor sozinho, ainda poderá ser medido. Isso permite uma medição de posição particularmente precisa e sem perturbação.

[0038] Em uma modalidade, o dispositivo de imersão compreende um dispositivo de controle para controlar o movimento de uma extremidade anterior do cabo com núcleo de fibra óptica para dentro do banho e/ou para fora do banho pelos meios de movimentação. O dispositivo de controle pode ser adicionalmente configurado para controlar a detecção da presença do cabo com núcleo de fibra óptica pelos meios de detecção. Em particular, o dispositivo de controle é um dispositivo de controle eletrônico como um microcontrolador ou um computador.

[0039] Em uma outra modalidade, o dispositivo de imersão é configurado de modo que os meios de detecção possam monitorar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica em uma posição específica durante o movimento do cabo com núcleo de fibra óptica. O movimento do cabo com núcleo de fibra óptica pode ser interrompido após ter sido detectado que uma extremidade anterior do cabo com núcleo de fibra óptica passou pela posição. Isso pode, em particular, ser realizado pelo dispositivo de controle. Dessa forma, o movimento do cabo com núcleo de fibra óptica fica restrito à quantidade necessária. Isso aumenta a velocidade de medição e permite um alto controle de processo.

[0040] Um aspecto adicional da invenção é um dispositivo de imersão para medir uma temperatura com um cabo com núcleo de fibra óptica em um cesto do FEA. O dispositivo de imersão compreende um dispositivo de conexão de lança de sopro para conectar mecanicamente uma lança de sopro. O cabo com núcleo de fibra óptica é móvel em um canal de alimentação, na lança de sopro e/ou no dispositivo de conexão da lança de sopro em relação ao ponto de entrada. O dispositivo compreende adicionalmente um meio de detecção para detectar uma posição do cabo com núcleo de fibra óptica. Os meios de detecção são configurados para detectar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica no, ou próximo ao, dispositivo de conexão de lança de sopro.

[0041] Um aspecto adicional da invenção é um método para detectar uma posição de um cabo com núcleo de fibra óptica usando um dispositivo de imersão de acordo com a invenção. O método compreende mover, por meio de um meio de movimentação, o cabo com núcleo de fibra óptica no canal de alimentação e/ou na lança de sopro. O método compreende adicionalmente detectar, pelos meios de detecção, se o cabo com núcleo de fibra óptica está presente em uma posição na, ou próximo à, lança de sopro. Todas as características, vantagens e modalidades mencionadas em relação ao dispositivo de acordo com a invenção também se aplicam ao aspecto acima da invenção e ao método e vice-versa.

[0042] Em particular, os meios de detecção compreendem uma parte que é posicionada na posição na, ou próximo à, lança de sopro, para detectar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica na dita posição. Em particular, o método compreende a medição de uma temperatura dentro do cesto com o uso do cabo com núcleo de fibra óptica. A movimentação pode compreender mover para diante o cabo com núcleo de fibra óptica antes de uma medição e/ou mover para trás o cabo com núcleo de fibra óptica após uma medição. Uma pluralidade de medições pode ser executada sucessivamente.

[0043] Em uma modalidade, o dispositivo de imersão compreende uma primeira abertura e uma segunda abertura no canal de alimentação ou na lança de sopro. Os meios de detecção podem compreender um detector conectado à segunda abertura. A etapa de detecção pode compreender introduzir gás pressurizado na primeira abertura e/ou detectar, pelo detector, uma propriedade de um fluxo de gás. Em particular, a propriedade é avaliada por uma unidade de avaliação do dispositivo que pode fazer parte de um dispositivo de controle.

[0044] Após a etapa de detecção, o método pode compreender mover, pelos meios de movimentação, o cabo com núcleo de fibra óptica ao longo de uma distância predeterminada para diante, em direção ao banho, a fim de imergir a extremidade anterior no banho a uma profundidade predeterminada. Esse movimento pode ser monitorado por um codificador e/ou controlado pelo dispositivo de controle. A posição pode ser detectada no início e/ou no final de uma sequência de medição de temperatura. Em particular, a posição é detectada antes da primeira sequência de medição. A detecção de posição confiável é possível com apenas um meio de detecção.

[0045] Em uma outra modalidade, a etapa de movimentação inclui retrair o cabo com núcleo de fibra óptica do cesto e/ou do banho a uma primeira velocidade, interromper o movimento de retração e mover o cabo com núcleo de fibra óptica para diante, em direção ao cesto e/ou ao banho, a uma segunda velocidade que pode ser mais baixa que a primeira velocidade. A presença do cabo com núcleo de fibra óptica pode ser detectada durante o movimento de retração e/ou durante o movimento para diante. O cabo com núcleo de fibra óptica é, em particular, movido dentro do canal de alimentação e/ou da lança de sopro.

[0046] Em uma detecção em duas etapas, uma primeira detecção pode fornecer uma posição aproximada da extremidade anterior. A primeira detecção pode ser usada para acionar a interrupção do movimento de retração rápida. A retração rápida é vantajosa devido às condições adversas próximas ao banho e para assegurar uma medição rápida. A segunda detecção pode ser executada durante um movimento mais lento e, portanto, possibilita uma determinação muito precisa da posição.

[0047] A seguir, uma implementação exemplificativa da invenção é explicada em mais detalhes com o uso de figuras. Os recursos da implementação exemplificadora podem ser combinados individualmente ou em uma pluralidade com os objetos reivindicados, a menos que indicado de outra forma. Os escopos de proteção reivindicados não se limitam à implementação exemplificadora.

[0048] As figuras mostram:

[0049] Figura 1: uma vista lateral em corte de um dispositivo de imersão;

[0050] Figura 2: uma vista frontal de um dispositivo de imersão;

[0051] Figura 3: uma vista em perspectiva de um dispositivo de imersão;

[0052] Figura 4: uma vista lateral em seção transversal de um detalhe de um dispositivo de imersão;

[0053] Figura 5: uma seção esquemática de outro detalhe de um dispositivo de imersão; e

[0054] Figura 6: uma vista de um forno elétrico a arco com o dispositivo de imersão.

[0055] A Figura 1 mostra uma vista em corte de um dispositivo de imersão 10 de acordo com a invenção, projetado para medir uma temperatura de um banho de metal fundido em um cesto de FEA por meio de um cabo com núcleo de fibra óptica 50. O cabo com núcleo de fibra óptica 50 é alinhado verticalmente para ser introduzido no banho através do canal de alimentação 20 e da lança de sopro 28 em uma direção descendente, mediante o uso dos meios de movimentação que estão dispostos a uma certa distância na direção ascendente mas, no entanto, não são mostrados aqui. De preferência, os meios de movimentação alimentam o cabo com núcleo de fibra óptica 50 a partir de uma espiral disposta na direção ascendente e tornam a enrolar a fibra não usada de volta na espiral.

[0056] O dispositivo de imersão 10 compreende uma lança de sopro 28 para soprar gás de purga em uma direção descendente em um ponto de entrada do cesto. Os detalhes são mostrados na Figura 6. A lança de sopro 28 é um tubo de metal com um espaço interno 32 no qual o cabo com núcleo de fibra óptica 50 pode ser movido, circundado por gás de purga. A extremidade dianteira da lança de sopro 28, que fica voltada em direção ao banho, é construída como um bocal de Laval 44. Em relação à extensão longitudinal do cabo com núcleo de fibra óptica 50, a lança de sopro 28 é posicionada em uma posição axialmente avançada adjacente ao canal de alimentação 20. Na modalidade mostrada aqui, o canal de alimentação 20 compreende um tubo de alimentação 29 feito de metal e um canal-guia alinhado verticalmente formado por um corpo central 72 do dispositivo de imersão 10. O dito canal-guia é disposto axialmente adjacente e coaxialmente à lança de sopro 28 e ao tubo de alimentação 29. Ele é disposto entre a lança de sopro 28 e o tubo de alimentação 29, conforme mostrado também na Figura 4. Em outras modalidades, a lança de sopro 28 pode ser posicionada axialmente adjacente ao tubo de alimentação 29.

[0057] A lança de sopro 28 é fixada ao corpo central 72 de maneira removível. O tubo de alimentação 29 é mostrado em uma vista parcialmente recortada nas Figuras 1 e 3, de modo que o cabo com núcleo de fibra óptica 50 seja visível. Em particular, entretanto, o tubo de alimentação 29 prossegue até os meios de movimentação.

[0058] O dispositivo de imersão 10 compreende um meio de detecção para detectar uma posição do cabo com núcleo de fibra óptica 50. Os meios de detecção são configurados para detectar a presença da extremidade anterior 52 do cabo com núcleo de fibra óptica 50 próximo à extremidade superior da lança de sopro 28. Os meios de detecção compreendem um detector para medir uma propriedade de um fluxo de gás. O dito detector é conectado à linha de detecção, mas não mostrado aqui. Os meios de detecção compreendem adicionalmente, no canal de alimentação 20, uma primeira abertura 21 e uma segunda abertura 22 que são dispostas coaxialmente. Na modalidade mostrada, as aberturas 21 e 22 são dispostas em posições opostas da seção transversal do canal-guia formado pelo corpo central 72 do dispositivo de imersão 10. A primeira abertura 21 é conectada a um meio de suprimento de gás (não mostrado aqui) para formar um fluxo de gás pressurizado através da primeira abertura 21 para dentro do canal de alimentação 20 e para fora do canal de alimentação 20 através da segunda abertura 22. Quando a extremidade anterior 52 do cabo com núcleo de fibra óptica 50 é movida para diante ou para trás e passa as aberturas, o fluxo de gás é influenciado, e essa influência pode ser detectada pelo detector. Em uma configuração, a detecção é uma medição de pressão. As alterações de pressão relacionadas à posição da extremidade anterior 52 são detectadas. Embora a extremidade anterior 52 esteja presente entre os lados de sopro e de recepção (primeira abertura 21 e segunda abertura 22, respectivamente), é observada uma baixa pressão. Uma vez que a trajetória de gás está livre de obstruções, observa-se uma pressão mais alta. A medição de pressão é particularmente robusta e durável.

[0059] O dispositivo de imersão 10 compreende uma linha de gás de purga 32 para conectar uma fonte de gás de alta pressão, para estabelecer um fluxo de gás de purga na lança de sopro 28 em direção ao banho contido no interior do cesto do FEA. Na modalidade mostrada aqui, a linha de gás de purga 30 é conectada a um divisor de fluxo 40 construído como uma câmara com pelo menos duas aberturas de saída. Pelo menos uma abertura de saída é conectada a uma primeira linha 41 que se estende circunferencialmente ao redor do canal-guia do corpo central 72. A dita primeira linha 41 é configurada para levar o gás introduzido para dentro do espaço 32 da lança de sopro 28 para estabelecer o fluxo de gás de purga. Pelo menos uma abertura de saída adicional é conectada a uma segunda linha 42 que se estende radialmente e que é conectada à primeira abertura 21 para gerar o fluxo de gás para a detecção de posição.

[0060] A Figura 2 mostra um dispositivo 10, em particular o dispositivo 10 da Figura 1, em vista frontal. A Figura 3 mostra um dispositivo 10, em particular o dispositivo da Figura 1 e/ou da Figura 2, em uma vista em perspectiva. É visível que o dispositivo 10 compreende dois dispositivos de aperto 70 que permitem uma substituição rápida e fácil da lança de sopro 28 sem quaisquer ferramentas. Cada um dos dispositivos de aperto 70 compreende meios de aperto que exercem uma força compressiva sobre um flange da lança de sopro 28 e um flange do corpo central 72, pressionando-os um contra o outro na direção axial, quando os dispositivos de aperto 70 estão na posição fechada. Cada um dos dispositivos de aperto 70 compreende uma empunhadura 71 que pode ser pivotada para abrir os dispositivos de aperto 70 para substituir a lança de sopro 28, e fechar os dispositivos de aperto 70 para fixar a lança de sopro 28 sem qualquer ferramenta.

[0061] A Figura 5 mostra esquematicamente um detalhe de outra configuração do dispositivo de imersão, em que o canal de alimentação 20 é construído como um tubo de alimentação 29 e posicionado adjacente à lança de sopro 28. A lança de sopro 28 é reta para inserir o cabo com núcleo de fibra óptica 50 em uma trajetória reta em direção ao banho. O canal de alimentação 29 tem uma porção curva 26 para economizar espaço. O local 25 é posicionado entre a porção reta 24, representada pela lança de sopro 28, e a porção curva 26. A posição axial da primeira abertura 21 e da segunda abertura 22 e, assim, da entrada da linha de gás de purga 30 e da conexão da linha de detecção 34, está no, ou próximo ao, local 25. O gás pressurizado é dividido em um fluxo de gás de purga dentro da lança de sopro 28 e um fluxo de gás 38 a ser medido. O gás que forma o fluxo de gás 38 e cuja pressão ou fluxo deve ser medido entra através da primeira abertura 21. As posições das aberturas 21, 22 também podem ser trocadas. As aberturas 21, 22 são alinhadas coaxialmente e dispostas em posições opostas da seção transversal do canal de alimentação 20 e da lança de sopro 28.

[0062] A Figura 6 mostra um forno elétrico a arco (FEA) 60 com um dispositivo de imersão 10. O FEA 60 compreende um cesto 62 que contém o banho de metal fundido 64, uma tampa móvel 68 e uma plataforma 67 disposta na lateral do cesto 62. O ponto de entrada no cesto 62 através do qual o cabo com núcleo de fibra óptica 50 entra no cesto 62 é disposto na plataforma 67. O dispositivo de imersão 10 também é disposto na plataforma 67. A Figura 6 mostra as posições relativas do dispositivo de imersão e do FEA de uma maneira meramente esquemática. Entretanto, o dispositivo de imersão é tipicamente configurado para ser fixado na plataforma 67, de modo que o tubo de alimentação 29, a lança de sopro 28 e a extremidade anterior 52 permaneçam estacionários quando o cesto 62 é inclinado durante o funcionamento.

[0063] O cabo com núcleo de fibra óptica 50 é disposto em uma espiral 76. Ele é movido, isto é, desenrolado da espiral 76 e enrolado de volta na espiral 76, por um meio de movimentação 74. Os meios de movimentação 74 compreendem cilindros para mover o cabo com núcleo de fibra óptica 50 e podem incluir um servomotor para acionar pelo menos um dos cilindros. Entre os meios de movimentação 74 e a lança de sopro 28, o cabo com núcleo de fibra óptica 50 é guiado dentro do canal de alimentação 20. O canal de alimentação 20 tem uma porção curva 26 e uma porção reta 24 voltada em direção ao cesto 62. O canal de alimentação compreende um tubo de alimentação 29 e um canal-guia formado pelo corpo central do dispositivo de imersão 10. Para fins de clareza, os meios de detecção não são mostrados aqui.
Lista de sinais de referência
Dispositivo de imersão 10
Canal de alimentação 20
Primeira abertura 21
Segunda abertura 22
Porção reta 24
Local 25
Porção curva 26
Lança de sopro 28
Tubo de alimentação 29
Linha de gás de purga 30
Espaço 32
Linha do detector 34
Fluxo de gás 38
Divisor de fluxo 40
Primeira linha 41
Segunda linha 42
Bocal de Laval 44
Cabo com núcleo de fibra óptica 50
Extremidade anterior 52
Forno elétrico a arco 60
Cesto 62
Banho 64
Plataforma 67
Tampa 68
Dispositivo de aperto 70
Empunhadura 71
Corpo central 72
Meios de movimentação 74
Espiral 76

Claims

Dispositivo de imersão (10) para medir uma temperatura de um banho de metal fundido (64) dentro do cesto (62) de um forno elétrico a arco (60) por meio de um cabo com núcleo de fibra óptica (50), sendo que o dispositivo de imersão (10) compreende uma lança de sopro (28) para soprar gás de purga em um ponto de entrada do cesto (62) e um meio de detecção para detectar uma posição do cabo com núcleo de fibra óptica (50), sendo que o cabo com núcleo de fibra óptica (50) pode ser movido em um canal de alimentação (20) e/ou na lança de sopro (28) em relação ao ponto de entrada, sendo o dispositivo de imersão (10) caracterizado por os meios de detecção estarem configurados para detectar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica (50) na, ou próximo à, lança de sopro (28).
Dispositivo de imersão (10), de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por os meios de detecção compreenderem um detector para medir uma propriedade de um fluxo de gás (38), sendo que o detector é, em particular, configurado para medir uma vazão do fluxo de gás (38), uma velocidade de fluxo do fluxo de gás (38) e/ou uma pressão do gás no fluxo de gás (38).
Dispositivo de imersão (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os meios de detecção compreenderem um sensor indutivo para detectar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica (50).
Dispositivo de imersão (10), de acordo com uma das reivindicações anteriores, sendo o dispositivo de imersão (10) caracterizado por compreender um meio de movimentação (74) para mover o cabo com núcleo de fibra óptica (50) no canal de alimentação (20) e/ou na lança de sopro (28) em relação ao ponto de entrada.
Dispositivo de imersão (10), de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por os meios de movimentação (74) estarem configurados para alimentar o cabo com núcleo de fibra óptica (50) a partir de uma espiral (76) e para enrolar na espiral (76) a fibra não usada.
Dispositivo de imersão (10), de acordo com a reivindicação 2, 4 ou 5, caracterizado por o canal de alimentação (20) ou a lança de sopro (28) ter uma primeira abertura (21) e uma segunda abertura (22), sendo que um meio de suprimento de gás pode ser conectado à primeira abertura (21) para introduzir gás pressurizado através da primeira abertura (21), e sendo que o detector é conectado à segunda abertura (22) por meio de uma linha de detecção (34).
Dispositivo de imersão (10), de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por a primeira abertura (21) e a segunda abertura (22) serem coaxialmente alinhadas, sendo que a primeira abertura (21) e a segunda abertura (22) são, em particular, dispostas em posições opostas da seção transversal do canal de alimentação (20) ou da lança de sopro (28), respectivamente.
Dispositivo de imersão (10), de acordo com uma das duas reivindicações anteriores, caracterizado por − o canal de alimentação (20) ter uma porção reta (24) colocada em posição adjacente à lança de sopro (28), e uma porção curva (26) colocada em posição adjacente à porção reta (24), sendo que a primeira abertura (21) e a segunda abertura (22) estão posicionadas próximo a um local (25) no qual se encontram a porção reta (24) e a porção curva (26), ou − a lança de sopro (28) ser reta para fornecer o cabo com núcleo de fibra óptica (50) ao longo de uma trajetória reta em direção ao banho (64), e o canal de alimentação (20) ter uma porção curva (26) colocada em posição adjacente à lança de sopro (28), sendo que a primeira abertura (21) e a segunda abertura (22) são posicionadas próximo a um local no qual se encontram a lança de sopro (28) e o canal de alimentação (20).
Dispositivo de imersão (10), de acordo com uma das reivindicações anteriores, sendo o dispositivo de imersão (10) caracterizado por compreender uma linha de gás de purga (30) para conectar uma fonte de gás de alta pressão à lança de sopro (28), para gerar um primeiro fluxo de gás de purga na lança de sopro (28) em direção ao banho (64).
Dispositivo de imersão (10), de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por uma extremidade da lança de sopro (28), que está voltada em direção ao banho (64), ser construída como um bocal de Laval (44).
Dispositivo de imersão (10), de acordo com uma das sete reivindicações anteriores, sendo o dispositivo de imersão (10) caracterizado por compreender um dispositivo de controle para controlar o movimento de uma extremidade anterior (52) do cabo com núcleo de fibra óptica (50) para dentro do banho (64) e/ou para fora do banho (64) pelos meios de movimentação (74).
Dispositivo de imersão (10), de acordo com a reivindicação anterior, sendo o dispositivo de imersão (10) caracterizado por ser configurado de modo que os meios de detecção possam monitorar a presença do cabo com núcleo de fibra óptica (50) em uma posição específica durante o movimento do cabo com núcleo de fibra óptica (50), e sendo que o movimento do cabo com núcleo de fibra óptica (50) pode ser interrompido após ter sido detectado que uma extremidade anterior (52) do cabo com núcleo de fibra óptica (50) passou pela posição.
Método para detectar uma posição de um cabo com núcleo de fibra óptica (50) mediante o uso de um dispositivo de imersão (10) conforme definido em uma das reivindicações anteriores, sendo o método caracterizado por compreender: − mover, por meio de um meio de movimentação (74), o cabo com núcleo de fibra óptica (50) no canal de alimentação (20) e/ou na lança de sopro (28), − detectar, através dos meios de detecção, se o cabo com núcleo de fibra óptica (50) está presente em uma posição na, ou próximo à, lança de sopro (28).
Método, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por o dispositivo de imersão (10) compreender uma primeira abertura (21) e uma segunda abertura (22) no canal de alimentação (20) ou na lança de sopro (28), e os meios de detecção compreenderem um detector conectado à segunda abertura (22), sendo que a etapa de detecção compreende: − introduzir gás pressurizado na primeira abertura (21), e − detectar, por meio do detector, uma propriedade de um fluxo de gás (38).
Método, de acordo com uma das duas reivindicações anteriores, caracterizado por a etapa de movimentação incluir retrair o cabo com núcleo de fibra óptica (50) para se afastar do banho (64) a uma primeira velocidade, interromper o movimento de retração e mover o cabo com núcleo de fibra óptica (50) para diante, em direção ao banho (64) a uma segunda velocidade que é mais baixa que a primeira velocidade, sendo que a presença do cabo com núcleo de fibra óptica (50) é detectada durante o movimento de retração e durante o movimento de avanço.