BR112012027423B1 - método para sondar um material alvo eletricamente condutor, meio legível por computador, dispositivo para sondar um material alvo eletricamente condutor e usina para o processamento de um material alvo eletricamente condutor - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA SONDAR UMA MATERIAL ALVO ELETRICAMENTE CONDUTOR MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR, PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR,DISPOSITIVO PARA SONDAR UM MATERIAL ALVO ELETRICAMENTE CONDUTOR E USINA PARA O PROCEDIMENTO DE UM MATERIAL ELETRICAMENTE CONDUTOR. Trata-se de um método, implantado por um dispositivo de computador controlado por software e/ou por hardware dedicado, que é projetado para sondar uma material alvo eletricamente condutor (M),por exemplo metal fundido ou material semicondutor, em um vaso metalúrgico (I). No método, um sinal de medição é adquirido a partir de um sensor (4), o qual é inserido dentro do material alvo (m), durante um deslocamento relativo entre o material alvo eletricamente condutor (M) é o sensor (4), sendo que o sinal de medição é indicativo de condutividade elétrica na proximidade do sensor (4). O sinal de medição é gerado para representar as alterações temporárias em um campo eletromagnético ao redor do sensor (4), o qual é criado mediante a operação de pelo menos uma bobina (82;92) no senso (4). Com base no sinal de medição, um perfil de sinal é gerado para ser indicativo da condutividade elétrica como uma função do movimento relativo, o método permite uma sondagem da distribuição interna do material alvo (M) no vaso (1) em (...).

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

O presente pedido de patente reivindica o beneficio do pedido de patente N° SE 1000437-2, depositado em 30 de abril de 2 010 e do pedido de patente provisório N° US 61/282.975, depositado em 3 de maio de 2010, sendo que ambos estão incorporados no presente documento a titulo de referência.

CAMPO DA TECNOLOGIA

A invenção refere-se a procedimentos em vasos metalúrgicos, tais como fornalhas, instalações de redução e refino de minérios e outros vasos de refino ou de retenção para o processamento de materiais eletricamente condutores, tal como metais e semicondutores.

ANTECEDENTES

Durante muitos anos, foi possivel localizar a superficie de escória em um vaso metalúrgico, se o mesmo é estável, através do uso de tecnologia de micro-ondas, laser, corrente parasita, radioativa, de câmera ou de flutuação. Também tem sido possivel medir aproximadamente a extensão de diferentes zonas no vaso mediante o emprego do uso de uma tecnologia simples de pino de imersão/barra sonora em que uma haste de metal afixada a uma corrente ou outro sistema de entrega é primeiramente imersa no material fundido e, então, removida para inspeção visual. Um operador experiente pode, através disso, estimar visualmente a localização de uma zona em particular no vaso em um dado momento no tempo.

Também existem dispositivos de medição eletrônica projetados para medir a espessura ou outras propriedades da camada de escória. O documento n- US5781008 apresenta um dispositivo de medição que usa uma combinação de sensores fixados a uma lança móvel. Um sensor é disposto na ponta da lança para captar o contato com a camada de escória e outro sensor é configurado para captar remotamente (através de corrente parasita) a distância para a interface entre a camada de escória e o metal fundido. Conforme a ponta entra em contato com a camada de escória, o sensor de corrente parasita é operado para determinar a distância para a interface de escória/fusão. Visto que a distância entre os sensores é conhecida, a espessura da camada de escória pode ser determinada.

Os documentos n— US4647854 e JP06-258129 sugerem o uso de um sensor de medição de distância tipo corrente parasita suspenso acima da camada de escória em um vaso metalúrgico para detectar o nível de metal fundido no vaso. O sensor compreende uma bobina de excitação para gerar um campo eletromagnético oscilante e uma ou mais bobinas de detecção de corrente parasita.

Todos os documentos n— US4841770, US2007176334A1, JP2003049215 e US4880212 apresentam diferentes lanças móveis com dispositivos de medição (sondas) configuradas para serem imersas dentro da camada de escória de modo a gerar um sinal indicativo da espessura da escória. Os sensores e os componentes eletrônicos de sensor são projetados para captar a interface entre a camada de escória e o metal fundido, por exemplo, mediante o uso de pares de eletrodo, ou bobinas indutivas conectadas aos osciladores. Assim, os sensores e os componentes eletrônicos de sensor são projetados para fornecer um ponto de comutação bem definido na interface entre a camada de escória e o metal fundido.

O documento n2 DE3201799 apresenta o uso de eletrodos para medir a condutividade de uma camada de escória.

O documento n- JP1094201 descreve uma técnica para medir a espessura da escória fundida, mediante a disposição de uma bobina de geração de campo magnético e um par de bobinas de detecção acima da escória, e mediante o acionamento das bobinas de modo que um componente de resistência indicativo da espessura possa ser isolado através de um dispositivo medidor de impedância.

O documento n2 US2007/173117 apresenta um projeto de uma cabeça de medição para fixação em uma lança, A cabeça de medição que inclui um sensor de temperatura e um sensor de oxigênio para medir um parâmetro correspondente da camada de escória ou o metal fundido debaixo da camada de escória.

O documento n2 US5198749 apresenta uma sonda de amostra operável para aspirar o metal fundido através de um orifício para medir o número e o tamanho de partículas de inclusão não condutoras.

O documento n2 US5827474 apresenta uma técnica para medir a profundidade do aço fundido e da escória em um vaso metalúrgico. Uma sonda de material eletricamente condutor tem uma extremidade proximal conectada eletricamente a um voltímetro, e uma extremidade distai móvel entre o piso do vaso e a interface ar e escória ou a interface escória e aço no vaso. A extremidade distai funciona, então, como um eletrodo, e a profundidade de aço fundido ou a profundidade da escória é determinada mediante a comparação das diferenças no potencial elétrico detectado pelo voltímetro enquanto registra a posição vertical da extremidade distai da sonda.

O documento n2 JP11104797 apresenta uma técnica para evitar o derramamento da escória fundida a partir de uma panela de fundição durante vazamento do metal fundido na panela intermediária. A técnica envolve comparar as condutividades elétricas medidas por um par de eletrodos em uma parte de fundo da panela de fundição e por um par de eletrodos na panela intermediária. Um desvio na condutividade medida entre a panela de fundição e a panela intermediária é considerado como uma indicação de que a escória fundida alcançou os eletrodos na panela de fundição.

O documento ns US4150974 apresenta uma técnica para posicionar o respiradouro de um aparelho de desgaseificação a vácuo debaixo da interface do metal fundido e da escória em uma panela de fundição. A localização da interface é determinada através do movimento vertical de um eletrodo que está em contato elétrico com o material na panela de fundição. A posição da interface de metal e escória é determinada mediante o registro de uma alteração na tensão produzida pelo eletrodo.

O documento n2 W02009/109931 apresenta uma sonda para o uso no controle de um processo de troca de solvente. Ao longo de sua extensão, a sonda transporta uma série de pares de pinos de captação para medir a resistência. Mediante a imersão da sonda no material submetido ao processo de troca, um perfil de resistividade ao longo do comprimento da sonda pode ser determinado.

Em alguns processos de fusão/de refino, um vaso contém várias camadas de material, assim como áreas de alteração gradual ou mistura de material. Por exemplo, nos processos para fundir cobre ou platina, sabe-se que existe uma ampla zona de mistura entre a camada de escória e o mate. No presente, não existe técnica versátil para sondar qualquer parte do material alvo em um vaso metalúrgico, por exemplo, para o propósito de analisar a presença e/ou a localização de diferentes zonas/camadas, tais como camadas de material e zonas de mistura localizadas debaixo de uma camada de escória no vaso. Tal técnica teria grande valor, por exemplo, na tomada de decisões e na otimização do processo.

Até o ponto em que as técnicas propostas nos documentos acima mencionados n— US5827474, JP11104797, US4150974 e W02009/109931 podem ser aplicadas para tal uso, todas estas técnicas dependem de sondas com eletrodos/pinos de captação que precisam estar em contato galvânico direto com o material alvo no vaso metalúrgico. Tais sondas terão uma sensibilidade elevada aos depósitos e contaminações, assim como uma vida potencialmente reduzida visto que os eletrodos/pinos de captação são expostos diretamente aos ambientes hostis no vaso.

SUMÁRIO

Ê um objetivo da invenção de pelo menos solucionar parcialmente uma ou mais das limitações acima identificadas da técnica anterior.

Esses e outros objetivos, que podem surgir na descrição abaixo, são pelo menos parcialmente alcançados por meio de um método para permitir identificação de zona, um produto de programa de computador, um meio legível por computador, dispositivos para permitir identificação de zona, e uma usina de processamento de acordo com as reivindicações independentes, as modalidades das mesmas são definidas pelas reivindicações dependentes.

Um primeiro aspecto da invenção é um método para sondar um material alvo eletricamente condutor em um vaso metalúrgico. O método compreende as etapas de: adquirir um sinal de medição a partir de um sensor, que é inserido dentro do material alvo, durante um deslocamento relativo entre o material alvo eletricamente condutor e o sensor, o sinal de medição é indicativo de condutividade elétrica na proximidade do sensor; e gerar, com base no sinal de medição, um perfil de sinal indicativo da condutividade elétrica como uma função do movimento relativo. O método compreende adicionalmente as etapas de operar pelo menos uma bobina no sensor para gerar um campo eletromagnético ao redor do sensor, e gerar o sinal de medição para representar as alterações temporárias no campo eletromagnético.

O método é versátil até o ponto em que o mesmo permite a sondagem da distribuição interna do material alvo no vaso em qualquer nível de detalhe, através do perfil de sinal que contém valores de medição numéricos para diferentes posições relativas entre o material alvo e o sensor, em que o nível de detalhe pode ser adaptado mediante o ajuste de vários valores de medição. 0 método, então, tem a capacidade de fornecer informações sobre zonas/camadas que difiram em, por exemplo, composição da matéria, grau de fusão, grau de mistura, ou quaisquer combinações dos mesmos. Por exemplo, o perfil de sinal pode ser gerado para ser o indicativo da condutividade elétrica no material alvo debaixo de uma camada de material de topo, que pode ser uma camada de escória. Por exemplo, o perfil de sinal gerado pode permitir a sondagem debaixo de uma camada de escória, por exemplo, para detectar a presença de uma ou mais zonas e/ou para determinar a localização/extensão de tal(is) zona(s).

Mediante a geração do sinal de medição para representar as alterações temporárias em um campo eletromagnético ao redor do sensor, que é criado mediante a operação de pelo menos uma bobina no sensor, não existe necessidade de contato galvânico direto entre o sensor e o material alvo. A bobina(s) pode, assim, ser encerrada em um compartimento que protege a(s) bobina(s) e quaisquer componentes eletrônicos associados de ambientes hostis dentro do vaso. Quaisquer depósitos e contaminações na superfície do compartimento terão pouco ou pelo menos um impacto limitado na precisão do perfil de sinal resultante. Também é possível, evitar que o material fundido ou a escória se adira à superfície do compartimento, para dispor uma ou mais luvas protetoras ao redor do compartimento, as luvas são projetadas para serem consumidas durante a medição. As luvas protetoras podem, por exemplo, serem feitas de cartolina, que irá queimar gradualmente durante a medição, através disso remove automaticamente depósitos da superfície do compartimento.

Em determinadas modalidades, o perfil de sinal é indicativo da condutividade elétrica no material alvo debaixo de uma camada de material de topo, através disso, o perfil de sinal permite a identificação de uma ou mais zonas no material alvo debaixo da camada de material de topo.

Em determinadas modalidades, o perfil de sinal é gerado para indicar uma alteração relativa na condutividade elétrica como uma função do movimento relativo.

Em determinadas modalidades, o material alvo é um material fundido em uma temperatura na faixa de 600 a 2000 °C.

Em determinadas modalidades, o material alvo compreende pelo menos duas zonas que diferem por pelo menos um dos seguintes: uma composição da matéria, um grau de fusão, e um grau de mistura.

Um segundo aspecto da invenção é um meio legível por computador que compreende instruções de programa que, quando executadas por um processador, executa o método do primeiro aspecto.

Um terceiro aspecto da invenção é um produto de programa de computador carregável em uma memória de um dispositivo de computação para executar o método do primeiro aspecto.

Um quarto aspecto da invenção é um dispositivo para sondar um material alvo eletricamente condutor em um vaso metalúrgico. 0 dispositivo compreende meios para adquirir um sinal de medição a partir de um sensor, que é inserido dentro do material alvo, durante um deslocamento relativo entre o material alvo eletricamente condutor e o sensor, o sinal de medição é indicativo de condutividade elétrica na proximidade do sensor; meios para gerar, com base no sinal de medição, um perfil de sinal indicativo da condutividade elétrica como uma função do movimento relativo. O dispositivo compreende adicionalmente meios para operar pelo menos uma bobina no sensor para gerar um campo eletromagnético ao redor do sensor, e meios para gerar o sinal de medição para representar as alterações temporárias no campo eletromagnético.

Um quinto aspecto da invenção é um dispositivo para sondar um material alvo eletricamente condutor em um vaso metalúrgico. O dispositivo compreende: um controlador configurado para adquirir um sinal de medição a partir de um sensor, que é inserido dentro do material alvo, durante um deslocamento relativo entre o material alvo eletricamente condutor e o sensor, o sinal de medição é indicativo de condutividade elétrica na proximidade do sensor; e um processador de sinal configurado para gerar, com base no sinal de medição, um perfil de sinal indicativo da condutividade elétrica como uma função do movimento relativo. 0 controlador é configurado adicionalmente para operar pelo menos uma bobina no sensor para gerar um campo eletromagnético ao redor do sensor, e para gerar o sinal de medição para representar alterações temporárias no campo eletromagnético.

Um sexto aspecto é uma usina para o processamento de um material alvo eletricamente condutor, compreende: um vaso metalúrgico configurado para conter o material alvo; uma lança; um sensor fixado na lança e configurado para captar a condutividade elétrica; um mecanismo de acionamento conectado mecanicamente na lança e configurado para mover a lança em relação ao material alvo; e o dispositivo de acordo com o quarto ou o quinto aspecto.

Qualquer uma das modalidades do primeiro aspecto pode ser combinada com o segundo ao sexto aspecto.

Ainda outros objetivos, recursos, aspectos e vantagens da presente invenção irão aparecer a partir da seguinte descrição detalhada, das reivindicações anexas assim como dos desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As modalidades da invenção serão descritas agora abaixo no presente documento apenas como forma de exemplo, tendo como referência os desenhos esquemáticos anexos.

As Figuras de IA a 1C são vistas seccionais de um vaso metalúrgico e diferentes cenários de medição.

A Figura 2 é um diagrama em bloco de um sistema de medição associado a um mecanismo de acionamento de lança.

A Figura 3 é uma vista lateral de um mecanismo de acionamento de lança.

A Figura 4 é um gráfico de um sinal de condutividade e um sinal de posição adquirido por um sistema de medição.

A Figura 5 é uma vista lateral de um vaso metalúrgico e um perfil de condutividade compatível com a extensão do vaso.

A Figura 6 é um fluxograma de um método de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 7 é uma vista lateral de uma configuração de medição em uma usina de processamento.

A Figura 8 é um diagrama elétrico de um sistema de medição de configuração de transceptor.

A Figura 9 é um diagrama elétrico de um sistema de medição de configuração de transmissor e receptor.

A Figura 10 é um diagrama elétrico de um sistema de medição de configuração de transceptor e receptor.

A Figura 11 é um gráfico dos sinais de medição obtidos no sistema de medição da Figura 10.

A Figura 12 é um diagrama elétrico de um circuito de RLC para detecção de sinal em uma modalidade.

As Figuras de 13a a 13C indicam diferentes disposições de bobina nos sistemas de medição das Figuras 9 e 10.

DESCRIÇÃODETALHADADASMODALIDADES Exemplificadoras

A Figura IA ilustra um vaso metalúrgico 1 que é usado para o processamento de materiais eletricamente condutores, tais como metais ou materiais semicondutores. 0 vaso metalúrgico 1 pode desse modo, ser uma fornalha, uma instalação de redução e refino de minérios, ou qualquer outro vaso de refino ou de retenção que é projetado e usado para extrair um metal de seu minério ou de algum outro material bruto tal como refugos, para produzir uma liga de diferentes metais, para purificar um metal ou uma liga, para criar qualquer objeto útil a partir de metal ou de liga, ou que é projetado e usado para o processamento correspondente de materiais semicondutores. Tipicamente, o interior do vaso metalúrgico 1 é aquecido a temperaturas de cerca de 600 a 2000 °C, ou até mais altas, durante tal processamento.

A seguir, as modalidades exemplificadoras são descritas em relação a uma instalação de redução e refino de minérios usada na extração de cobre. No entanto, deve-se compreender que a invenção não é, de forma alguma, limitada a essa aplicação. Por toda a descrição, as mesmas referências numéricas são usadas para identificar elementos correspondentes.

O cobre pode ser produzido a partir de um minério portador de cobre, por exemplo, CuFeS2, tipicamente após o enriquecimento em um processo de flotação. Em um dos muitos processos disponíveis para extração de cobre, o minério enriquecido é processado em uma instalação de redução e refino de minérios na presença de ar, calcário e areia. No presente documento, o oxigênio no ar reage de maneira seletiva com o ferro para formar óxido de ferro, FeO, e deixa o cobre na forma do sulfeto, CuS. 0 dióxido de silício na areia reage com o calcário e com o óxido de ferro para formar escória, FeSiO3 e CaSiO3. Ao mesmo tempo o enxofre excessivo no minério reduz o sulfeto de cobre (II), CuS, a sulfeto de cobre (I) , Cu2S, que funde e é vazado no fundo da instalação de redução e refino de minérios. A escória é menos densa e flutua no topo.

O sulfeto de cobre (I) fundido, denominado mate de cobre, é passado em uma fornalha de conversão, em que ar que contém oxigênio é soprado através do mate de cobre para oxidar os íons de sulfeto para dióxido de enxofre. Ao mesmo tempo alguns dos íons de sulfeto reduzem os íons de cobre (I) a metal de cobre blister impuros. Um aquecimento final em uma fornalha de ânodo é usado para remover mediante combustão o oxigênio restante do metal de cobre blister.

O vaso 1 na Figura IA pode ser visto para ilustrar a instalação de redução e refino de minérios usada para o processamento de minério enriquecido, e que tem a calha de vazamento 2 para vazar o mate de cobre do vaso 1. Durante o processamento, uma camada de escória S é formada no topo do material fundido. Sabe-se que o mate de cobre é formado em uma camada de mate (zona) Ml no fundo do vaso 1, e que existe uma zona de mistura ou de transição M2 entre a camada de mate Ml e a camada de escória S. A zona de mistura M2 tem um conteúdo variável e menor de cobre do que a camada de mate Ml. Com razões de permitir o de controle de processo aprimorado, por exemplo, para controlar o vazamento, ou para, de outro modo, controlar ou otimizar o processo de extração de cobre, é desejável identificar a extensão da zona de mistura M2, a localização da borda BL entre a zona de mistura M2 e a camada de mate Ml, ou para quantificar a quantidade de mate de cobre no vaso.

Na Figura 1B, uma unidade de sensor 4 é montada em uma haste de retenção ou lança 5 que é controlada para o deslocamento pelo menos na direção vertical (z) . Conforme indicado, a lança 5 também pode ser deslocada nas direções horizontais (plano xy) . A unidade de sensor 4 é configurada para captar a condutividade elétrica do material localmente circundante. Embora não mostrado na Figura 1B, uma unidade de sensor 4 está incluída em um sistema de medição que gera um perfil de sinal que representa uma distribuição de condutividade dentro do material M que é processado no vaso 1 (também denotado como "material alvo" no presente documento). Esse perfil de sinal também é denotado como "perfil de condutividade" a seguir.

Conforme indicado pelas linhas de campo F na Figura 1B, uma unidade de sensor 4 pode operar através da geração de um campo eletromagnético oscilante ou variante no tempo que se estende no material circundante. A estrutura e a operação de um sistema de medição que inclui tal unidade de sensor serão descritos detalhadamente mais abaixo.

O perfil de condutividade pode ser usado para identificar as zonas Ml, M2 dentro do material fundido debaixo da camada de escória S. Levando em consideração a temperatura elevada do material fundido, a unidade de sensor 4 pode ser imersa normalmente apenas no material fundido durante um tempo curto, tipicamente na faixa de 30 a 90 segundos. Para proteger a unidade de sensor 4, a porção de extremidade frontal da lança 5 pode ser circundada por uma ou mais luvas protetoras (não mostrado), por exemplo, deitas de cartolina e/ou material de cerâmica.

A geração do perfil de condutividade se inicia pela unidade de sensor 4 que é rebaixada de uma posição suspensa para penetrar a camada de escória S e entrar no material fundido. A lança 5 é, então, movida dentro do material fundido, enquanto uma pluralidade de valores de medição é obtida por meio da unidade de sensor 4. A combinação de lança e de unidade de sensor 4, 5 é, então, removida do material fundido. Os valores de medição são processados para formar o perfil de condutividade, que indica, desse modo, a distribuição da condutividade elétrica no vaso ("perfil de condutividade espacial"). Tal distribuição pode, por sua vez, ser usada para identificar a localização da zona de mistura M2 e da camada de mate Ml, respectivamente.

Deve-se notar que o perfil de condutividade pode ser gerado para indicar apenas alterações relativas na condutividade dentro do material fundido. Também deve ser entendido que o perfil de condutividade pode conter dados mais ou menos qualitativos, isto é, dados afetados por fontes de erro tais como variações desconhecidas de temperatura, erros de medição, etc. Não obstante, a qualidade dos dados é suficiente para identificar diferentes zonas Ml, M2 e os limites BL dentro do material fundido. Se o sistema de medição for configurado para obter um valor de referência da condutividade (consulte abaixo), o perfil de condutividade pode ser gerado para representar a condutividade absoluta no material fundido.

A Figura 2 é um diagrama em bloco de um sistema de medição 10 usado para obter o perfil de condutividade na modalidade da Figura 1B. Uma unidade de deslocamento 11 é conectada mecanicamente a e configurada para controlar o deslocamento da lança/unidade de sensor 5, 4. O sistema de medição 10 inclui uma unidade captadora de posição 12, que é disposta para gerar um sinal de posição que indica a posição momentânea (absoluta ou relativa) da lança 5 (ou a unidade de sensor 4) . Um controlador de medição 13 é conectado para processar um sinal elétrico gerado pela unidade de sensor 4 e para emitir um sinal de medição direta ou indiretamente representativo da condutividade elétrica. Uma unidade de processamento 14 é conectada para receber e processar o sinal de posição e o sinal de medição para gerar o perfil de condutividade.

A Figura 1C ilustra outro cenário para gerar um perfil de condutividade em um vaso metalúrgico 1. Como na Figura IB, a unidade de sensor 4 é deslocada para penetrar a camada de escória S. No entanto, a unidade de sensor 4 é movida diretamente para uma posição dentro do vaso 1 em que a mesma, então, permanece fixa. Uma pluralidade de valores de medição é obtida por meio da unidade de sensor 4 nessa posição, enquanto o material fundido é vazado a partir do vaso 1 para uma localização debaixo da unidade de sensor 4, nesse caso a partir da calha 2 no fundo do vaso 1. O vazamento de material fundido gera um movimento relativo entre a unidade de sensor 4 e o material fundido. Assim, os valores de medição obtidos durante o procedimento de vazamento podem ser processados para gerar um perfil de condutividade que pode ser usado para identificar a localização das zonas Ml, M2 dentro do material fundido. No presente documento, o perfil de condutividade é tipicamente dado como uma função de tempo ("perfil de condutividade temporal"), visto que o tempo é representativo do movimento da unidade de sensor 4 em relação ao material fundido. Deveria perceber-se que o sistema de medição 10 na Figura 2 pode ser usado para obter o perfil de condutividade no cenário de medição da Figura 1C.

As combinações dos cenários nas Figuras 1B e 1C também são concebíveis. Por exemplo, um perfil de condutividade espacial pode ser gerado para identificar uma ou mais zonas Ml, M2 no vaso 1, e, então, a unidade de sensor 4 pode ser posicionada em relação às zonas Ml, M2 para gerar um perfil de condutividade temporal durante um procedimento de vazamento.

De modo similar, qualquer tipo de unidade de deslocamento 11 pode ser usado para conferir o movimento desejado à lança/unidade de sensor 5, 4. A Figura 3 ilustra um exemplo de uma unidade de deslocamento 11 que é configurada para mover a lança 5 na direção vertical (direção z) . A unidade de deslocamento 11 compreende um guincho acionado por motor 20 que é fixado a um feixe fixo 21 e operável para enrolar e desenrolar um cabo de fio (ou corrente) 22 conectado à lança. O cabo de fio 22 é apoiado por uma polia 23, que fixa a posição da lança na direção horizontal (plano xy). Embora a unidade de deslocamento ilustrada 11 seja configurada para limitar o movimento da lança para a direção vertical, realiza-se que o movimento nas direções horizontais pode ser permitido mediante o controle da localização da polia 23 ou do feixe 21. No exemplo ilustrado, uma unidade captadora de posição 12 na forma de um sensor de fio de tração é fixada à lança para emitir um sinal de posição que indica a posição vertical da lança. 0 sensor de fio de tração 12 detecta e mede uma posição (quase) linear mediante o uso de um cabo flexível 24 que é fixado à lança e que se desenrola a partir de um carretel carregado por mola (não mostrado) enquanto a lança é rebaixada na direção vertical. A posição da lança pode ser fornecida em um sistema de coordenadas. É concebível que a unidade captadora de posição 12 seja pré-calibrada para indicar a posição da unidade de sensor em um sistema de coordenadas do vaso, por exemplo, em unidades de posição medidas a partir do fundo do vaso (confira xyz na Figura 1) . Geralmente, no entanto, o sinal de posição indica a posição da lança in a sistema de coordenadas locais na unidade captadora de posição 12, e o processador de sinal 14 (Figura 2) precisa acessar os dados de calibração para converter o sinal de posição em um sistema de coordenadas de vaso.

Deve-se entender que qualquer tipo adequado de unidade captadora de posição 12 pode ser usado, tal como um codificador conectado ao guincho 20 ou ao seu motor de acionamento ou qualquer forma de unidade captadora de posição remota, tal como um telemétrico a laser. De maneira alternativa, o sinal de posição pode ser fornecido por um sinal de controle para o motor de acionamento.

É concebível que o processador de sinal 14 gera o perfil de condutividade espacial sem acesso a um sinal de posição externa. Por exemplo, se a lança 5 é deslocada em uma velocidade constante e conhecida (preestabelecida) na direção vertical, os valores de medição podem ser associados com uma posição vertical no vaso 1 com base em uma posição de referência única. Por exemplo, se o início ou a parada do movimento de lança é detectável na sequência de valores de medição, o ponto de tempo de cada valor de medição pode ser convertido em uma posição no vaso 1, com base na velocidade de deslocamento conhecida da lança e uma localização conhecida de início/parada. Posições referenciais alternativas são discutidas abaixo em relação às Figuras 4 e 5 .

A Figura 4 é um gráfico que ilustra um sinal de condutividade (sinal de medição) 40 e um sinal de posição 42 obtidos na modalidade da Figura 1B. O sinal de condutividade 40 representa a alteração relativa da condutividade elétrica como uma função de tempo, e o sinal de posição representa a posição temporária da lança/unidade de sensor 5, 4 conforme medida pela unidade captadora de posição 12. Nesse exemplo, o sinal de condutividade 4 0 é obtido enquanto a lança 5 na Figura 1B é rebaixada dentro do vaso 1 até que a lança 5 esteja em contato com a superfície de fundo do vaso 1. Assim, a unidade de deslocamento 11 é revertida e a lança 5 é removida na direção vertical através do material fundido e fora do vaso 1. Contanto que a unidade de sensor 4 esteja intacta, é possível obter um sinal de condutividade correspondente (não mostrado) durante a remoção da lança 5. Em uma implantação, os sinais de condutividade 40 obtidos durante o rebaixamento/imersão e suspensão/remoção, respectivamente, são compatíveis e combinadas para reduzir a influência do ruído de medição e outros erros de medição (por exemplo, pela soma, média, etc.) e/ou para aumentar a resolução espacial do perfil de condutividade (por exemplo, mediante a combinação dos valores de condutividade adquiridos em diferentes posições ao longo da trajetória do sensor). Também é concebível que uma lança 5 seja movida ao longo da mesma trajetória por um número de vezes maior com a finalidade de produzir um conjunto de sinais de condutividade 40, um para cada passagem, que podem ser combinados para fornecer um perfil de condutividade adicionalmente aprimorado.

As setas A a D indicam diferentes bordas/interfaces que podem ser identificadas com base no sinal de condutividade. A seta A indica uma pequena alteração na condutividade correspondente à unidade de sensor 4 que passa através do topo da camada de escória S. A perturbação aparentemente estranha no sinal de posição 42 na entrada dentro da camada de escória S é causada pelo fato de que a lança 5 teve que ser golpeada manualmente para quebrar através da camada de escória solidificada S.

A seta B indica que a unidade de sensor 4 entra na zona de mistura M2, o que é evidenciado pela condutividade crescente. A seta C indica que a unidade de sensor 4 entra na camada de mate Ml, visto que o aumento na condutividade essencialmente cessa. Enquanto a unidade de sensor 4 atravessa a camada de mate Ml, a condutividade permanece essencialmente constante até que uma unidade de sensor 4 alcance uma superfície de fundo do vaso 1 (seta D) . É constatado que o sinal de condutividade é útil de fato para identificar diferentes zonas Ml, M2 e limites BL no material fundido.

Entende-se que o perfil de condutividade espacial pode ser obtido mediante a combinação de pontos de tempo no perfil de condutividade 40 com os pontos de tempo no sinal de posição 42.

Visto que a localização do topo da camada de escória S é detectável no sinal de condutividade 40 (seta A), essa localização pode ser usada para calibrar o sinal de condutividade 40 em um sistema de coordenadas de vaso, sem a necessidade de um sinal de posição 42. Isso presume que uma localização do topo superfície da camada de escória S é conhecida, por exemplo, determinada através de um sistema de medição complementar, e que uma lança 5 é deslocada em uma velocidade conhecida e fixa.

A Figura 5 ilustra uma modalidade em que a unidade de sensor 4 passa uma região 1' de condutividade conhecida durante a sessão de medição. Isso permite a calibração do sinal de condutividade/perfil na condutividade absoluta. Contanto que o sistema de medição seja controlado para adquirir um valor de medição quando a unidade de sensor 4 passa a condutividade conhecida, é possível converter todos os valores de medição em condutividade absoluta.

A região 1' de condutividade conhecida pode ser fornecida pelo material que define a borda de uma abertura existente em um teto do vaso metalúrgico 1. De maneira alternativa, um elemento dedicado de condutividade conhecida pode ser disposto ao longo da trajetória da unidade de sensor 4 para permitir a calibração em condutividade absoluta.

Deve-se notar, também, que se a posição do material de condutividade conhecida é conhecida, essa posição pode ser usada para calibrar o sinal de condutividade 40 em um sistema de coordenadas de vaso, sem a necessidade de um sinal de posição 42, contanto que a lança 5 seja deslocada em uma velocidade conhecida e possivelmente fixa.

A Figura 5 também contém um gráfico que ilustra um perfil de condutividade espacial mapeado para um sistema de coordenadas de vaso. No perfil de condutividade, pontos escuros indicam um perfil de condutividade alternativo que é obtido mediante a amostragem de apenas três valores de condutividade no material fundido (e um valor de medição na condutividade conhecida, para propósitos de calibração). Deveria perceber-se que até mesmo tal perfil de densidade baixa pode ser útil para indicar a localização aproximada e a extensão da camada de mate Ml, especialmente se o perfil de condutividade for fornecido em condutividade absoluta. Geralmente, deve ser entendido que um "perfil de sinal" ou "perfil de condutividade", conforme usado no presente documento, compreende pelo menos dois valores de medição tomados em diferentes posições relativas entre a unidade de sensor 4 e o material alvo M, e normalmente pelo menos 5 valores de medição. Na maioria das situações práticas, os valores de medição são amostrados em uma taxa de 1 a 100 Hz, que rende de 30 a 3000 valores de medição em uma sessão de medição com uma duração de 30 segundos.

A condutividade elétrica é conhecida como sendo dependente da temperatura. Nos metais, a condutividade elétrica diminui com a temperatura crescente, em que nos semicondutores, a condutividade elétrica aumenta com a temperatura crescente. Através de uma faixa de temperatura limitada, a condutividade elétrica pode ser aproximada como sendo diretamente proporcional à temperatura. Para comparar as medições de condutividade elétrica em diferentes temperaturas, as mesmas precisam estar padronizadas em uma temperatura comum. Essa dependência é frequentemente expressa como uma inclinação no gráfico de condutividade e temperatura, que pode ser escrito como:

em que T é a medida temperatura absoluta, T' é a temperatura comum, or> é a condutividade elétrica na temperatura comum, σTé a condutividade elétrica em uma temperatura medida T, e a é a inclinação de compensação de temperatura do material.

Assim, se a inclinação de compensação de temperatura a do material fundido for esperada como sendo substancial dentro da faixa de temperaturas observadas no vaso 1, ou especialmente ao longo da trajetória de movimento da unidade de sensor 4 durante a sessão de medição, pode ser desejável instalar um ou mais sensores de temperatura, tal como termoacoplamentos, na lança 5, por exemplo, na proximidade da unidade de sensor 4. O sistema de medição 10 pode, então, obter os dados de temperatura a partir do sensor de temperaturas durante a medição de condutividade, e corrigir os valores de medição consequentemente. Tal correção pode ser aplicada aos valores de condutividade relativa, ou ser parte do cálculo dos valores de condutividade absoluta.

A Figura 6 mostra um exemplo de um método é executado durante uma sessão de medição para sondar ou investigar o material alvo M no vaso. Na etapa 60, a unidade de deslocamento 11 é ativada para acionar a lança 5 e a unidade de sensor 4 através da camada de escória S e dentro do material fundido, e, então, o movimento relativo é criado mediante o deslocamento da unidade de sensor 4 e/ou do material alvo M (através de vazamento). Na etapa 62, o controlador de medição 13 é operado para adquirir o sinal de medição a partir da unidade de sensor 4 durante o movimento relativo. Na etapa 64, o processador de sinal 14 gera o perfil de condutividade. Na etapa 66, o processador de sinal 14 emite o perfil de condutividade, ou processos e/ou exibições do perfil de condutividade, por exemplo, para identificar a presença e/ou a localização de diferentes zonas/camadas S, Ml, M2 no material alvo M.

O movimento da unidade de sensor 4 e/ou do material fundido na etapa 60 pode, mas não precisa ser direta ou indiretamente controlado pelo processador de sinal 14. No entanto, através da aquisição do sinal de posição acima mencionado, ou pela calibração de posição acima mencionada através de uma ou de mais posições de referência, a operação do processador de sinal 14 e o controlador de medição 13 pode ser executado independente do deslocamento da unidade de sensor 4 ou do material fundido. Através disso, o sistema de medição 10 pode ser ajustado a uma usina de processamento, sem exigir quaisquer alterações em qualquer mecanismo de acionamento de lança ou mecanismo de vazamento existente.

Deve-se compreender que o método na Figura 6 pode ser usado para investigar o material alvo M sem restrição aos tipos de camadas/zonas. Assim, o método de sondagem pode fornecer informações sobre a camada de escória S e/ou várias zonas Ml, M2 debaixo da camada de escória S. Em determinadas modalidades, por exemplo, conforme descrito acima, o método de sondagem é projetado primeiramente para obter um perfil de condutividade debaixo da camada de escória S no material alvo M. No entanto, a camada de escória S não precisa estar localizada no topo do material alvo M. Por exemplo, na fabricação de sílica, a camada de escória é formada no fundo da fornalha/instalação de redução e refino de minérios usada no processo de redução. Em tal aplicação, o método de sondagem pode desse modo, ser usado para obter um perfil de condutividade acima da camada de escória S no material alvo M. 0 método de sondagem também pode ser usado para obter um perfil de condutividade em um material alvo sem uma camada de escória.

Deve-se compreender que a funcionalidade do controlador 13 e o processador de sinal 14 podem ser implantados por um único dispositivo. Em todas as configurações, toda ou parte da funcionalidade pode ser fornecida por um hardware dedicado e/ou por um software de propósito especial (ou firmware) executado em um ou mais dispositivo de computação de propósito geral ou de propósito especial. Nesse contexto, deve-se compreender que cada "elemento" ou "meio" de tal dispositivo de computação se refere a um equivalente conceituai de uma etapa do método; nem sempre existe uma correspondência de um para um entre os elementos/meios e peças particulares de hardware ou de rotinas de software. Uma peça de hardware algumas vezes compreende diferentes meios/elementos. Por exemplo, uma unidade de processamento funciona como um elemento/meio quando executa uma instrução, mas funciona como outro elemento/meio quando executa outra instrução. Adicionalmente, um elemento/meio pode ser implantado através de uma instrução em alguns casos, mas por uma pluralidade de instruções em outros casos. Tal dispositivo controlado por software de computação pode incluir uma ou mais unidades de processamento, por exemplo, uma CPU ("unidade de processamento central"), um DSP ("processador de sinal digital"), um ASIC ("circuito integrado de aplicação específica"), componentes distintos analógicos e/ou digitais, ou algum outro dispositivo lógico programável, tal como um FPGA ("arranjo de porta programável por campo"). 0 dispositivo de computação pode incluir adicionalmente uma memória de sistema e um barramento de sistema que acopla vários componentes de sistema que incluem a memória de sistema para a unidade de processamento. O barramento de sistema pode ser qualquer um dentre os diversos tipos de estruturas de barramento que incluem um barramento de memória ou um controlador de memória, um barramento periférico, e um barramento local mediante o uso de qualquer um dentre uma variedade de arquiteturas de barramento. A memória de sistema pode incluir meio de armazenagem por computador na forma de memória volátil e/ou não volátil tal como memória apenas leitura (ROM), memória de acesso aleatório (RAM) e memória flash. 0 software de propósito especial pode ser armazenado na memória de sistema, ou em outro meio de armazenagem por computador removível/ não removível, volátil/não volátil que está incluído em ou é acessível pelo dispositivo de computação, tal como mídia magnética, mídia óptica, cartões de memória flash, fita digital, RAM de estado sólido, ROM de estado sólido, etc. O dispositivo de computação pode incluir uma ou mais interfaces de comunicação, tais como uma interface serial, uma interface paralela, uma interface USB, uma interface sem fio, um adaptador de rede, etc., assim como um ou mais dispositivos de aquisição de dados, tal como um conversor A/D. O software de propósito especial pode ser fornecido ao dispositivo de computação em qualquer meio legível por computador adequado, que inclui um meio de registro, uma memória apenas leitura, ou um sinal carreador elétrico.

O perfil de condutividade pode ser usado de muitas maneiras diferentes. Em uma modalidade, o perfil de condutividade é emitido para a exibição em um visor, por exemplo, na forma de gráfico, possivelmente sobreposta em uma ilustração gráfica do vaso. Isso permite que um operador para usar o perfil de condutividade exibido como uma base para o controle manual e/ou a otimização do processamento metalúrgico e/ou do vazamento de material a partir do vaso. Também é concebível que o operador esteja permitido a verificar/inserir a localização de uma ou mais zonas com base no perfil de condutividade exibido, através disso, o processador de sinal calcula uma quantidade de material no vaso com base na(s) zona(s) identificada(s). Voltando-se ao exemplo do processamento de cobre, a quantidade de mate de cobre no vaso pode ser calculada com base na extensão da camada de mate fornecida pelo perfil de condutividade. Tais cálculos também podem levar em consideração qualquer construção de material no fundo do vaso (conforme mostrado na Figura 5) . A extensão da construção pode ser estimada com base no sinal de posição, por exemplo, mediante a comparação da posição quando a lança acerta o fundo aparente do vaso em uma posição de referência obtida sem qualquer construção.

Em outra modalidade, o perfil de condutividade é analisado por técnicas de extração de atributo de sinal automático, com o propósito de identificar as alterações de etapa, patamares, etc. que são indicativos das características do material alvo, tal como a presença, localização ou extensão de zonas/camadas, tal como diferentes zonas de material, zonas de mistura e camadas dentro do material alvo. A saída de tal análise automática pode ser exibida para o uso no controle manual do processamento metalúrgico/vazamento ou a mesma pode ser inserida em um sistema para controle de processamento/vazamento automático ou em uma estimativa de quantidade automática.

A Figura 7 é uma vista lateral de uma instalação para geração de perfil de condutividade em uma usina para produção de sílica, e especificamente em uma fornalha retentora de escória 1 usada para limpar a escória obtida a partir de fornalha de fusão de escória. O equipamento eletrônico 10' (por exemplo, o controlador 13 e o processador de sinal 14) é disposto em uma plataforma 7 0 acima da fornalha 1. De modo similar, o guincho 20 é disposto em uma armação 71 preso na plataforma 70. A polia 23 é fixada em um braço horizontal 72 da armação 71 em uma posição diretamente acima do flange 73 no teto de fornalha. Através disso, a lança 5 é operável para se movimentar na direção vertical dentro e fora da fornalha 1. Deveria ser entendido que a detecção do perfil de condutividade é executada em condições extremas e difíceis, por exemplo, temperaturas elevadas, equipamento pesado e em alturas substanciais. Por exemplo, a distância entre a polia 23 e o topo da fornalha 1 é de quase 7 metros na instalação ilustrada.

Conforme indicado acima, a unidade de sensor 4 opera através da geração de um campo eletromagnético que se estende nos arredores da unidade de sensor 4. Geralmente, a unidade de sensor 4 compreende uma ou mais bobinas para gerar o campo eletromagnético. As Figuras de 8 a 10 ilustram três modalidades diferentes do sistema de medição 10. Deve-se compreender que a unidade de sensor 4, que é instalada fisicamente na lança 5, precisa conter apenas a(s) bobina(s), enquanto que todos os outros componentes para gerar o campo eletromagnético e o sinal de medição podem estas incluídos no controlador 13 (Figura 2) que é disposto fora do vaso 1. Por exemplo, a(s) bobina(s) pode ser encerrada em um compartimento de cerâmica ou outro não magnético e, então, montada em ou próximo à extremidade frontal da lança com o cabeamento para a(s) bobina(s) que passam por trás através da lança (consulte a linha pontilhada na Figura 2) de modo que uma conexão possa ser estabelecida com o controlador 13. No entanto, também é concebível que determinados ou todos os componentes do controlador 13 estejam incluídos na unidade de sensor 4.

A Figura 8 ilustra um sistema de medição 10 em que uma bobina única 82 é configurada para funcionar como um transceptor, isto é, a mesma é usada tanto para gerar o campo eletromagnético quanto para medir as alterações no campo eletromagnético assim gerado.

No exemplo da Figura 8, o sistema de medição 10 compreende um circuito fechado ("circuito de bobina transceptora") 80 com uma fonte de tensão 81 para gerar uma tensão de CA fixa em uma determinada frequência, e a bobina 82 conectada em série com um resistor de precisão 83. Um amplificador diferencial 84 tem suas entradas conectadas aos terminais em ambos os lados do resistor 83. A saída do amplificador diferencial 84 é conectada a uma entrada de um conversor analógico para digital (ADC) 85. A saída do ADC 85 é conectada na entrada de um filtro digital 86, que é configurado para isolar um sinal de medição em uma dada frequência da fonte de tensão 81. A saída do filtro digital 86 é conectada ao processador de sinal 14 que retira amostras e processa o sinal de medição para gerar o perfil de condutividade. O processador de sinal 14 também é conectado na unidade captadora de posição 12 para amostrar e processar um sinal de posição. Conforme descrito abaixo, o sinal de medição é essencialmente gerado como uma medida da impedância no circuito de bobina transceptora 80. A seguir, o sinal de medição obtido no circuito de bobina transceptora é denotado como um "sinal T" .

Durante a operação do sistema de medição 10, a fonte de tensão 81 é ajustada para gerar a tensão de CA fixa, que força, desse modó, uma corrente elétrica através da bobina 82 e do resistor de precisão 83. A corrente que flui através da bobina 82 gera um campo eletromagnético ao redor da bobina 82. A condutividade do material circundante influencia o campo eletromagnético, e assim, também a indutância da bobina 82. Quando a impedância (indutância) da bobina 82 se altera, do mesmo modo a magnitude da corrente elétrica que flui através da bobina 82 também. Realiza-se que a diferença potencial através do resistor de precisão 83 que é representativo da magnitude da corrente elétrica, e assim a condutividade do material circundante. A diferença potencial é amplificada pelo amplificador diferencial 84, digitalizada pelo ADC 85, filtrada pelo filtro digital 86 e fornecido como o sinal de medição (sinal T) para o processador de sinal 14. A magnitude do sinal T (tensão de pico, pico para tensão de pico, tensão de RMS, etc.) é, portanto, representativo da condutividade do material circundante. Um exemplo do sinal T é mostrado como o sinal de condutividade 40 na Figura 4.

Compreende-se que a bobina 82 funciona tanto como transmissor quanto como um receptor. A bobina 82 é, portanto, denominada como uma "bobina transceptora" a seguir, embora a mesma também possa ser denotada como uma bobina transmissora.

A Figura 9 ilustra um sistema de medição 10 que inclui uma bobina transmissora 92 operãvel para gerar o campo eletromagnético, e uma bobina receptora separada 93 operãvel para captar o campo eletromagnético e quaisquer alterações no mesmo. Como a bobina 82 na Figura 8, a bobina transmissora 92 está incluída em um circuito fechado ("circuito de bobina transmissora") 90 e conectada em uma fonte de tensão 91 que gera uma tensão de CA fixa em uma determinada frequência, através disso faz com que a bobina 92 gere o campo eletromagnético. A bobina receptora 93 é localizada dentro da faixa do campo eletromagnético, que através disso induz uma corrente elétrica em um circuito de bobina receptora 90'. A corrente elétrica causa uma diferença potencial entre os terminais da bobina receptora 93. Essa diferença potencial é representativa da condutividade do meio ao redor das bobinas transmissoras e receptoras 92, 93. A diferença potencial é amplificada por um amplificador diferencial 94, digitalizada por um ADC 95, filtrada por um filtro digital 96 e fornecida como um sinal de medição para o processador de sinal 14. Como na Figura 8, a magnitude do sinal de medição é representativa da condutividade do material circundante. Na modalidade da Figura 9, no entanto, o sinal de medição é essencialmente gerado como uma medida da indutância mútua entre a bobina transmissora 92 e a bobina receptora 93. A seguir, o sinal de medição obtido no circuito de bobina receptora é denotado como um "sinal R".

Foi constatado que o sinal R, em comparação ao sinal T, é mais sensível às alterações na condutividade circundante. Acredita-se atualmente que o sinal T representa, na maioria das vezes, as alterações na força ou na magnitude do campo eletromagnético gerado, enquanto que o sinal R também representa as alterações na extensão ou no formato do campo eletromagnético gerado. Conforme a unidade de sensor 4 é movida em relação ao material alvo, e passa por regiões de condutividade diferentes , o formato do campo eletromagnético gerado é provável que se altere, causando alterações correspondentes no sinal R.

A Figura 10 ilustra um sistema de medição 10 que é uma combinação dos sistemas nas Figuras 8 e 9. Assim, o processador de sinal 14 recebe um primeiro sinal de medição (sinal T) indicativo da corrente elétrica que flui através de um circuito de bobina transceptora 80 e um segundo sinal de medição (sinal R) indicativo da corrente elétrica que flui através de um circuito de bobina receptora 90' . Conforme explicado em relação à Figura 8, a corrente elétrica que flui através do circuito de bobina transceptora 80 é afetada pelos arredores da bobina transceptora 82. Essa alteração será detectada pelo circuito de bobina receptora 90'. No entanto, o circuito de bobina receptora 90' também detectará as alterações na indutância mútua entre a bobina transceptora 82 e a bobina receptora 93. Mediante o fornecimento tanto do primeiro quanto do segundo sinais de medição para o processador de sinal 14, o processador de sinal 14 é capaz de discriminar entre esses efeitos para fornecer uma representação mais precisa e/ou mais robusta da condutividade do material circundante.

A Figura 11 é uma plotagem de um sinal T 110, um sinal R 112, e um sinal de posição 114 obtido como uma função de tempo enquanto a lança 5 (e a unidade de sensor 4) é rebaixada dentro de um vaso metalúrgico. O sinal de posição 114 representa a distância a partir da posição inicial acima do vaso. Deveria notar-se que o sinal T 110, que foi autodimensionado em relação ao sinal R 112, é de em pelo menos uma ordem de magnitude mais fraca do que o sinal R. Os sinais 110, 112 são sinais brutos que podem não ser processados para representar a condutividade, conforme evidenciado pelo fato de que o sinal T 110 aumenta enquanto o sinal R 112 diminui. Não obstante, o comportamento temporal de cada sinal 110, 112 reflete as alterações na condutividade circundante. A seta A indica o tempo quando a unidade de sensor 4 passa através do teto do vaso, que pode ser detectado em ambos os sinais 110, 112. A seta B indica o tempo quando a unidade de sensor alcança a camada de escória (S na Figura 1) , que pode ser detectado pelo início de uma diminuição gradual no sinal R 112. O mesmo também pode ser detectado como uma pequena alteração no sinal T 110. No exemplo ilustrado, a seta B é ajustada no tempo quando o sinal R alcança 99% de uma linha de base, que é obtida através da média do sinal R através de um período de tempo ΔT quando a unidade de sensor está no vaso acima do material alvo. Em uma variante, a seta B pode ser ajustada no tempo quando o sinal T alcança 100,05% de uma linha de base correspondente obtida através da média do sinal T através do período de tempo ΔT. A seta C indica o tempo quando a unidade de sensor primeiro alcança a camada de mate (Ml na Figura 1), representada por uma alteração íngreme nos sinais 110, 112. No exemplo ilustrado, a seta C é ajustada no tempo quando o sinal R alcança 50% da linha de base acima mencionada. Em uma variante, a seta C pode ser ajustada no tempo quando o sinal T 110 alcança 102% da linha de base relevante. A seta D indica quando as bobinas da unidade de sensor estão totalmente submersas na camada de mate, o que pode ser detectado como um nivelamento nos sinais 110, 112, e em particular pela extremidade de um subamortecimento no sinal R 112. Embora não indicado na Figura 11, uma zona de mistura (M2 na Figura 1) pode ser detectada no sinal R e/ou no sinal T entre as setas B e C.

Deve-se compreender que a disponibilidade tanto do sinal T 110 quanto do sinal R 112 pode tornar possível para o processador de sinal 14, por exemplo, com base em extração de atributo de sinal automática, ou o operador através de inspeção visual dos sinais, correlacione os recursos de sinal que ocorrem em ambos os sinais 110,112 com a finalidade de aprimorar a análise do material alvo, por exemplo, para identificar as localizações das interfaces ou para derivar um perfil de condutividade absoluto ou relativo. Também pode ser possível extrair as informações complementares a partir das curvas 110, 112, isto é, as informações em relação às diferentes características do vaso e/ou do material alvo.

Ademais, dependendo da disposição relativa das bobinas transceptoras e receptoras 82, 93, o processador de sinal 14 ou o operador pode ser capaz de determinar a localização aproximada de uma alteração de local na condutividade, que pode, por exemplo, ser usada para detectar e/ou fornecer uma medida da eliminação por combustão da luva protetora acima mencionada durante a sessão de medição, e/ou para ser usada na geração do perfil de condutividade.

Deste modo, foi constatado que o uso de um circuito de bobina receptora 90', conforme exemplificado nas Figuras 9 e 10, pode funcionar para aprimorar as medições de condutividade. Por outro lado, foi constatado que a modalidade na Figura 8 com um circuito de bobina transceptora apenas, pode exibir uma insensibilidade aprimorada às perturbações elétricas/eletromagnéticas em comparação àquelas das modalidades nas Figuras 9 e 10. Tais perturbações podem, por exemplo, ser geradas mediante elementos de aquecimento elétrico em uma instalação de redução e refino de minérios elétrica/fornalha.

A pessoa versada realizará que a fonte de tensão fixa 81, 91 nos sistemas de medição 10 das Figuras de 8 a 10 pode ser substituída por uma fonte de corrente fixa, e que os filtros digitais 86, 96 podem ser substituídos por filtros analógicos.

Em uma variante (não mostrado) , o processador de sinal 14 recebe os sinais de medição que indicam a corrente elétrica no circuito de bobina transceptora/transmissoras0, 90 e a tensão através da bobina transceptora/transmissora 82, 92. Com base nesses sinais de medição, o processador de sinal 14 pode calcular uma diferença de fase entre a tensão e a corrente no circuito de bobina transceptora/transmissora 80, 90. Essa diferença de fase se alterará quando as alterações de condutividade nos arredores da bobina 82, 92, e o processador de sinal 14 pode usar a diferença de fase para determinar a condutividade no material circundante. Também é concebível combinar tal diferença de fase medição com a medição de impedância no circuito de bobina transmissora/transceptora 80, 90 (Figuras 8 e 10) e/ou a medição da indutância mútua (Figuras 9 e 10) para aprimorar adicionalmente a medição de condutividade.

Em outra variante (não mostrado), a bobina transmissora/transceptora 82, 92 e/ou a bobina receptora 93 é conectada em um circuito ressonante, tal como um circuito de RLC conforme mostrado na Figura 12. Um circuito de RLC compreende uma fonte de alimentação 97, uma resistência R (representada por um resistor 98), uma capacitância C (representada por um capacitor 98), e uma indutância L (que inclui a bobina 82, 92, 93), que são conectadas em série (conforme mostrado) ou em paralelo. A frequência de ressonância f0 do circuito de RLC é dada por

A indutância L da bobina 82, 92, 93 alterará com a condutividade do material circundante, e assim a condutividade pode ser determinada através da medição da frequência de ressonância f0. O conjunto de circuitos para medir a frequência de ressonância no circuito de RLCs é comercialmente disponível.

Em todas as modalidades acima, as variantes e as alternativas a resolução da condutividade medida pode ser otimizada mediante o ajuste da frequência da bobina transmissora/transceptora 82, 92 (isto é, a frequência da tensão de CA/corrente que aciona a geração do campo eletromagnético) em um vaso particular 1 e o material alvo M nos mesmos. As modalidades da invenção podem operar em frequências na faixa de cerca de 1 a 1000 kHz, e tipicamente na faixa de cerca de 1 a 100 kHz. Também é concebível projetar o sistema de medição 10 para operar em mais do que uma frequência, por exemplo, mediante a instalação de uma pluralidade de circuitos de bobina transmissora/transceptoras 80, 90 na lança 5 para operar em uma frequência respectiva, através do processador de sinal 14 é conectada para receber os sinais de medição obtidos nas diferentes frequências. Isso pode funcionar para aprimorar a qualidade do perfil de condutividade.

Ademais, até se a descrição acima se referir a uma bobina única, deve-se compreender que a bobina transmissora/transceptora/receptora 82, 92, 93 pode ser formada como uma combinação de individual sub-bobinas.

Ainda adicionalmente, a força do campo magnético gerado pode precisar ser adaptada à situação de medição. Isso pode ser executado mediante a adaptação de um ou de mais do que várias voltas de fio na bobina 82, 92, 93, a quantidade de corrente que flui na bobina 82, 92, 93, a razão do comprimento da bobina para a largura da bobina, e o tipo de material no núcleo da bobina 82, 92, 93. Isso é meramente uma questão de experimentação de rotina para a pessoa versada na técnica.

De modo similar, uma configuração e disposição mútua da bobina transmissora/transceptora 82, 92 e a bobina receptora 93 pode ser otimizada para uma dada situação de medição. As Figuras de 13A a 13C ilustram três disposições alternativas da bobina transmissora/transceptora 82, 92 e a bobina receptora 93 na unidade de sensor 4. Outras disposições são possíveis, por exemplo, comutar as posições da bobina 82, 92 e da bobina 93, ou dispor uma bobina verticalmente e a outra horizontalmente. Ainda adicionalmente, o espaçamento da bobina 82, 92 e a bobina 93 podem ser adaptados para alcançar uma sensibilidade desejada, ou outra propriedade, do sinal R.

A invenção foi principalmente descrita acima tendo como referência umas poucas modalidades. No entanto, conforme é prontamente apreciado por uma pessoa versada na técnica, outras modalidades além das apresentadas acima são igualmente possíveis dentro do escopo e do espírito da invenção, que é definida e limitada apenas pelas reivindicações de patente anexas.

Por exemplo, o sinal de medição ou o perfil de sinal pode representar qualquer outra entidade equivalente à condutividade, tal como resistividade.

Ademais, é possível usar mais do que uma unidade de sensor, que pode ser disposta em uma ou uma pluralidade de lanças, ou em sublanças em uma lança comum. Tendo como referência as modalidades nas Figuras 9 e 10, é de modo similar, possível dispor a bobina receptora 93 em uma lança/sublança diferente da bobina transceptora/transmissora 82, 92.

Também se deve compreender que o perfil de condutividade espacial não tem que ser mapeado quanto às posições, mas pode ser fornecido como uma função de tempo (confira sinal de condutividade 40) . Tal perfil de condutividade pode ser inspecionado/processado para identificar as zonas por si só ou tendo como referência um sinal de posição separada (confira o sinal de posição 42 na Figura 4).

Ainda adicionalmente, o sinal de medição não precisa ser amostrado em pontos de tempo distintos, mas pode, ao invés disso, ser obtido como um sinal analógico, isto é, continuamente.

Ao invés de escória (ou adicionalmente para a escória), a camada de topo S pode conter alguma forma de material bruto ou pré-refinado. Também é realizado que o material fundido debaixo da camada de material de topo S pode conter as frações não fundidas, e substâncias gasosas. De fato, é possível aplicar a solução da invenção para permitir a identificação de zonas no material alvo não fundido, tais como pós ou granulados. Sem restrição de material alvo, as zonas podem ser definidas por pelo menos um dentre: uma composição exclusiva da matéria, a grau de fusão exclusivo, e grau de mistura exclusivo. Também é possível que certas zonas tenham essencialmente a mesma condutividade (ou alteração na condutividade ao longo da trajetória de medição). Tais zonas podem ser identificadas/discriminadas no perfil de condutividade com base em sua localização em relação a outras zonas/camadas com diferentes condutividades (ou alterações na condutividade), por exemplo, com base em um ordenamento esperado das zonas no material alvo.

Claims (21)

1. MÉTODO PARA SONDAR UM MATERIAL ALVO ELETRICAMENTE CONDUTOR (M) em um vaso metalúrgico (1) , o dito método compreendendo a etapa de: adquirir um sinal de medição a partir de um sensor (4), o qual é inserido dentro do material alvo (M) , durante um deslocamento relativo entre o material alvo eletricamente condutor (M) e o sensor (4),caracterizado por pelas etapas de: operar pelo menos uma bobina (82; 92) no sensor (4) para gerar um campo eletromagnético ao redor do sensor (4), gerar o sinal de medição para representar as alterações temporárias no campo eletromagnético, sendo que o sinal de medição é indicativo de condutividade elétrica na proximidade do sensor (4); e gerar, com base no sinal de medição, um perfil de sinal indicativo da condutividade elétrica como uma função do movimento relativo.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma etapa de gerar o campo eletromagnético compreender operar um circuito de acionamento (80; 90) que compreende uma bobina transmissora (82; 92) e um suprimento (81; 91) de um sinal de fonte alternante para a bobina transmissora (82; 92).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por uma etapa de gerar o sinal de medição compreender captar a impedância no circuito de acionamento (80; 90) .

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela etapa de captar a impedância no circuito de acionamento (80; 90) compreender captar uma diferença potencial através de um meio de resistor (83) conectado em série com a bobina transmissora (82; 92).

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por uma etapa de captar a impedância no circuito de acionamento (80; 90) compreender captar uma frequência de ressonância de um circuito de ressonância que inclui a bobina transmissora (82; 92).

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizado por uma etapa de gerar o sinal de medição compreender captar a indutância mútua entre a bobina transmissora (82; 92) e uma bobina receptora (93) distanciada da bobina transmissora (82; 92).

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por uma etapa de captar a indutância mútua compreender captar uma diferença potencial em relação à bobina receptora (93).

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por uma etapa de captar a indutância mútua compreender captar a frequência de ressonância de um circuito de ressonância que inclui a bobina receptora (93).

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizado por uma etapa de gerar o perfil de sinal compreender gerar um primeiro perfil de sinal com base em um primeiro sinal de medição que representa a impedância no circuito de acionamento (80; 90) e um segundo perfil de sinal com base em um segundo sinal de medição que representa a indutância mútua.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender adicionalmente identificar uma ou mais características do material alvo (M) com base em uma combinação do primeiro e do segundo perfis de sinal.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 10, caracterizado por uma etapa de gerar o sinal de medição compreender captar uma diferença de fase entre a tensão através da bobina transmissora (82; 92) e a corrente induzida através da bobina transmissora (82; 92).

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo movimento relativo ser conferido mediante a moção do sensor (4) em uma trajetória de movimento em pelo menos uma direção no material alvo (M).

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo sensor (4) ser movido ao longo da trajetória de movimento em pelo menos duas passagens, e em que o sinal de medição é adquirido mediante a combinação de valores de medição obtidos durante diferentes passagens da trajetória de movimento.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizado por compreender adicionalmente uma etapa de adquirir um sinal de posição indicativo da localização do sensor (4) enquanto o sensor (4) é transladado na trajetória de movimento, em que o perfil de sinal é gerado com base no sinal de medição e o sinal de posição para ser indicativo da condutividade elétrica como uma função da localização do sensor (4).

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por uma etapa de gerar o perfil de sinal compreender combinar os pontos de tempo no sinal de medição aos pontos de tempo no sinal de posição.

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo movimento relativo ser conferido pelo vazamento do material alvo (M) a partir do vaso metalúrgico (1) enquanto o sensor (4) é mantido em uma posição fixa dentro do vaso metalúrgico (1).

17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado por compreender adicionalmente uma etapa de executar extração automática de recurso no perfil de sinal para identificar uma ou mais características do material alvo (M).

18. MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR, caracterizado por compreender instruções de programa que, quando executadas por um processador, executam o método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 17.

19. DISPOSITIVO PARA SONDAR UM MATERIAL ALVO ELETRICAMENTE CONDUTOR (M) em um vaso metalúrgico (1), o dito dispositivo compreendendo: um controlador (13) configurado para adquirir um sinal de medição a partir de um sensor (4), o qual é inserido dentro do material alvo (M), durante um deslocamento relativo entre o material alvo eletricamente condutor (M) e o sensor (4) , caracterizado pelo controlador (13) ser ainda configurado para operar pelo menos uma bobina (82; 92) no sensor (4) para gerar um campo eletromagnético ao redor do sensor (4) , e para gerar o sinal de medição para representar as alterações temporárias no campo eletromagnético, sendo que o sinal de medição é indicativo de condutividade elétrica na proximidade do sensor (4); e o dispositivo compreende um processador de sinal (14) configurado para gerar, com base no sinal de medição, um perfil de sinal indicativo da condutividade elétrica como uma função do movimento relativo.

20. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por compreender adicionalmente um sensor de posição (12) configurado para gerar um sinal de posição indicativo da localização do sensor (4) enquanto o sensor (4) é transladado em uma trajetória de movimento no material alvo (M) , em que o processador de sinal (14) é configurado para gerar, com base no sinal de medição e no sinal de posição, o perfil de sinal para ser indicativo da condutividade elétrica como uma função da localização do sensor (4).

21. USINA PARA o PROCESSAMENTO DE UM MATERIAL ALVO ELETRICAMENTE CONDUTOR (M) caracterizado por compreender: um vaso metalúrgico (1) configurado para conter o material alvo (M); 5 uma lança (5); um sensor (4) fixado à lança (5) e configurado para captar a condutividade elétrica; um mecanismo de acionamento (11; 20, 22, 23) conectado mecanicamente à lança (5) e configurado para mover 10 a lança (5) em relação ao material alvo (M); e o dispositivo, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 19 ou 20.

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