BR112012030499B1

BR112012030499B1 - método e equipamento para a medição de comprimento de um eletrodo

Info

Publication number: BR112012030499B1
Application number: BR112012030499A
Authority: BR
Inventors: Morgenstern Hans-Uwe; Dienenthal Jörg
Original assignee: Dango & Dienenthal Maschbau
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2020-04-07
Also published as: RU2012154347A; CN102972093A; JP5521116B2; US20130127653A1; EP2594112B1; WO2011151256A1; CL2012003367A1; BR112012030499A2; RU2550453C2; EP2393341B1; ES2487652T3; CA2799131A1; NZ604072A; KR20130034031A; ES2396192T3; JP2013535003A; CN102972093B; PL2393341T3; EP2594112A1; EP2393341A1

Abstract

método e eqipamento para a medição de comprimento de um eletrodo. um dispositivo e um equipamento para a medição do comprimento de um eletrodo (14) ou da determinação da posição de uma seção transversal (17) de um eletrodo de consumo (14) em um forno elétrico (10), em que a medição é feita por radar de tal maneira que um dispositivo transmissor/receptor de radar (22) esteja conectado por um dispositivo de conexão de guia de onda (21) a uma guia de onda (20), que é montada no eletrodo (14) e que se prolonga na direção do consumo (19) do eletrodo (14) a partir de uma seção transversal de extremidade (18) do eletrodo (14) para uma seção transversal (17) do eletrodo de consumo (14), sendo a diferença de tempo medida entre a emissão do sinal de radar e a recepção de um eco gerado pela reflexão de um ponto de descontinuidade daguia de onda na seção transversal (17) do eletrodo de consumo (14).

Description

MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA A MEDIÇÃO DE COMPRIMENTO DE UM ELETRODO

A presente invenção se refere a um método para a medição do comprimento de um eletrodo ou da determinação da posição de uma seção transversal de um eletrodo de consumo em um forno elétrico, em que a medição é feita por radar de tal maneira que um dispositivo transmissor/receptor de radar esteja conectado por meio de um dispositivo de conexão de guia de onda a uma guia de onda, que é formado como um tubo de guia de onda ou duto de guia de onda, sendo montado no eletrodo e que se prolonga na direção do consumo do eletrodo a partir de uma seção transversal de extremidade para uma seção transversal do eletrodo de consumo, sendo a diferença

de tempo medida entre a	emissão	do sinal	de radar e	a
recepção do eco gerado	pela re	flexão de	um ponto	de
descontinuidade da guia	de onda	na seção	transversal	do
eletrodo de consumo. Além	disso, a	invenção	se refere a	um
equipamento para a implementação do	método.
Nós denominados	“fornos	elétricos	”, o metal	é

fundido em uma cuba do forno por meio da energia térmica liberada pela formação de um arco elétrico entre um eletrodo e o metal ou o fundido. Nesse processo, os eletrodos são continuamente consumidos de maneira que, para o ajuste de uma distância desejada entre a extremidade do eletrodo definido por uma seção transversal de consumo e o metal a ser fundido ou o fundido, o eletrodo deve ser abastecido contra a direção do consumo.

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Para se obter condições constantes durante todo o processo de fusão, é importante manter a referida distância como constante e definida o mais possível, para a qual a alimentação do eletrodo deva corresponder, se possível, à taxa de consumo do eletrodo. Para isso, é necessário confirmar o comprimento do eletrodo ou da posição relativa da seção transversal de consumo com relação à superfície de fusão. Isso é verdade, independente de se a seção transversal de consumo está montada acima do banho de fusão ou imersa no banho de fusão, dependendo do respectivo método de fundição.

Para certificar-se sobre o comprimento do eletrodo ou a distância da seção transversal de consumo do eletrodo da superfície de fusão, são conhecidos diferentes métodos. Por exemplo, é conhecido da Patente norte-americana 4,843,234 como calcular o comprimento do eletrodo por meio de uma montagem de guia de onda ótica no eletrodo ou no interior do eletrodo, por meio da determinação do comprimento do eletrodo como uma diferença de comprimento. Para obter uma precisão satisfatória, é aconselhado na Patente norte americana 4,843,234 usar duas montagens separadas de guia de onda ótica, que exigem também um projeto total complexo do equipamento de medição. Além disso, são necessárias medidas especiais no método conhecido para proteger a guia de onda ótica contra as temperaturas extremas no forno elétrico.

A EP 1 181 841 B1 mostra um método em que a distância entre a ponta do eletrodo e a superfície de fusão é constituída pela medição

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3/14 do comprimento de referência em um sistema de curso de eletrodo. Além do fato que a verificação da posição da ponta do eletrodo ou da seção transversal de consumo do eletrodo acima da superfície de fusão seja obtida de forma independente do comprimento do eletrodo, é necessário um subsequente cálculo de valor de diferença com relação ao valor de correção para o cálculo da distância, cujo valor de correção resulta de o eletrodo ser consumido entre duas medições. Assim, o método conhecido pela EP 1 181 841 B1 não fornece nem a medição do comprimento do eletrodo nem a verificação no local da distância entre a ponta do eletrodo e a superfície de fusão.

A partir de DE 10 2004 022 579 A1 são conhecidos um método e um dispositivo que permitem a determinação do comprimento do eletrodo. Especificamente, ao realizar o método, propõe-se usar um guia de ondas óptico e medir o comprimento do eletrodo medindo o tempo de trânsito do reflexo na forma de um deslocamento de fase da oscilação modulada, ou, usar guias de onda dielétricos cerâmicos para determinar o comprimento do eletrodo e o tempo de execução da reflexão desde o ponto de interrupção até o topo do guia de onda.

Assim, trata-se de um objetivo da presente invenção prover um método e um equipamento que forneçam uma medição no local do comprimento do eletrodo e a verificação da posição da seção transversal de consumo do eletrodo com o menor esforço possível. Este objetivo é alcançado por um método com

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4/14 as características de acordo com a reivindicação 1 e um equipamento com as características de acordo com a reivindicação 5.

No método de acordo com a invenção, a medição é feita por radar de tal maneira que um dispositivo transmissor/receptor de radar esteja conectado por meio de um dispositivo de conexão de guia de onda a uma guia de onda, que é montada no eletrodo e se prolonga na direção do consumo do eletrodo a partir de uma seção transversal de extremidade do eletrodo para uma seção transversal do eletrodo de consumo e que é formada como um tubo de guia de onda ou duto de guia de onda, sendo a diferença de tempo medida entre a emissão do sinal de radar e a recepção do eco que é gerada pela reflexão de um ponto de descontinuidade da guia de onda na seção transversal do eletrodo de consumo.

O método de acordo com a invenção provê uma medição permanente durante a operação do forno elétrico por meio de uma guia de onda montada no eletrodo. Devido à combustão do eletrodo, a extremidade da guia de onda situa-se continuamente na seção transversal de consumo ou no nível da seção transversal de consumo, como no caso de uma guia de onda que opere fora da massa do eletrodo, certifica-se que a extremidade da guia de onda possa ser considerada como um valor exato de referência para a posição da seção transversal de consumo e, assim, o comprimento corrente do eletrodo também pode ser determinado quando a posição da extremidade superior do eletrodo seja conhecida.

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Como guia de onda, será usado um tubo de guia de onda que opere no comprimento do eletrodo ou um tubo de guia de onda que opere no interior do eletrodo. Caso se desejar uma formação ou montagem de uma guia de onda no interior do eletrodo, a guia de onda pode ser formada por um duto instalado no interior do eletrodo ou no próprio material do eletrodo, o referido duto tendo uma parede de duto adequada para a propagação das ondas de radar. A extremidade da guia de onda, que é disposta no interior ou no nível da seção transversal de consumo, forma um ponto de descontinuidade ou um ponto de não homogeneidade que gera um eco de acordo com as ondas eletromagnéticas usadas como ondas de radar, eco que é detectado na parte do receptor do dispositivo transmissor/receptor de radar.

Em uma variação particularmente preferida do método, o comprimento do dispositivo de conexão de guia de onda muda para ajustar a distância espacial entre um dispositivo transmissor/receptor de radar posicionado de forma independente com relação ao eletrodo e a seção transversal de extremidade do eletrodo. Em contraste ao caso em que o dispositivo transmissor/receptor de radar esteja posicionado muito perto da extremidade da seção transversal e, assim, o dispositivo de conexão de guia de onda possa ser formado como uma conexão inalterável com referência à sua extensão longitudinal, uma realização do dispositivo de conexão de guia de onda que possa alterar o comprimento permite um posicionamento opcional relativo do dispositivo

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6/14 transmissor/receptor de radar em relação à extremidade da seção transversal do eletrodo. Assim, é também possível montar o dispositivo transmissor/receptor de radar fora da câmara do forno em uma posição protegida, em particular com relação ao estresse térmico, e usar o dispositivo de conexão de guia de onda para fazer a ponte da distância entre a posição do dispositivo transmissor/receptor de radar que é, por exemplo, rigidamente definida em relação à parede do forno, e a seção transversal de extremidade do eletrodo. A esse respeito, é particularmente vantajoso se o dispositivo de conexão de guia de onda for formado a partir de um tubo que corresponda em sua dimensão e seu material à guia de onda.

Em particular no caso que, para a fusão do material no forno elétrico, seja usado um eletrodo Soderberg tendo uma estrutura segmentada, será vantajoso se o comprimento efetivo da guia de onda for mudado correspondendo a um acúmulo do eletrodo na extremidade da seção transversal com partículas de eletrodo para a substituição da massa consumida do eletrodo na seção transversal de consumo.

Independente de se a propagação das ondas de radar ocorre na guia de onda montada no interior da massa do eletrodo ou em um duto de guia de onda cujas paredes de duto seja formadas pela massa do eletrodo, provou ser vantajoso se

um agente	de	limpeza for aplicado	à	guia	de	onda durante a
operação	do	forno elétrico, de	maneira	a	evitar	que o
material	se	infiltre na guia	de	onda	e	forme	pontos

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7/14 indesejados de descontinuidades no interior da guia de onda. Provou-se ser particularmente vantajoso para a formação de um fluxo na guia de onda direcionado para a seção transversal de consumo caso um gás de limpeza seja aplicado à guia de onda.

O equipamento de acordo com a invenção tem um dispositivo transmissor/receptor de radar, um tubo de guia de onda montado no eletrodo e um dispositivo de conexão de guia de onda para a conexão do tubo de guia de onda ao dispositivo transmissor/receptor de radar, em que o tubo de guia de onda se prolonga a partir de uma seção transversal de extremidade do eletrodo na direção de consumo do eletrodo para uma seção transversal do eletrodo de consumo.

Em uma realização preferida, o dispositivo de conexão de guia de onda tem um comprimento variável para a produção de uma conexão de guia de onda entre um dispositivo transmissor/receptor de radar posicionado de forma independente com relação ao eletrodo e a seção transversal de extremidade do eletrodo.

Em particular, para o uso do dispositivo em um eletrodo Soderberg, será vantajoso se, entre o dispositivo de conexão de guia de onda e o tubo de guia de onda, seja formada uma conexão de guia de onda, em que uma extremidade axial superior do tubo de guia de onda seja montada de forma axialmente deslocável com relação à extremidade axial inferior do dispositivo de conexão de guia de onda, para poder fazer ajustes da posição da extremidade axial superior

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8/14 do eletrodo que muda como resultado da estruturação do eletrodo.

É particularmente vantajoso se, para a realização da mobilidade axial, a conexão de guia de onda for formada como uma luva de deslizamento, de maneira que uma extremidade do dispositivo de conexão de guia de onda e uma do tubo de guia de onda forem montadas em acoplamento entre si. Assim, é possível obter um comprimento variável, que influencia o mínimo possível as características de propagação das ondas de radar entre a seção transversal de consumo do eletrodo e o dispositivo transmissor/receptor de radar.

Para proporcionar uma propagação uniforme das ondas de radar na guia de onda independentemente das descontinuidades da estrutura da massa do eletrodo ou para criar condições reproduzíveis para a transferência das ondas eletromagnéticas no eletrodo, será vantajoso se a guia de onda for formada por um tubo de guia de onda que se prolongue de preferência pela massa do eletrodo.

Em particular no caso em que a medição deva ser feita em um eletrodo Soderberg, será vantajoso se o tubo de guia de onda for composto por segmentos de guia de onda, que estejam conectados entre si por pelo menos um conector de segmento. Os segmentos individuais de guia de onda podem ser escolhidos em seus comprimentos, de maneira que um segmento da guia de onda esteja associado a uma peça do eletrodo de um eletrodo Soderberg, respectivamente.

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No caso em que o tubo de guia de onda é composto por segmentos de guia de onda, será vantajoso se o conector de segmento tiver um adaptador de seção transversal para a formação de um diâmetro interno contínuo em uma área de transição entre dois segmentos de guia de onda para evitar descontinuidades na geometria do tubo de guia de onda, influenciando a propagação das ondas de radar.

É particularmente vantajoso se o tubo de guia de onda tiver um material de tubo contendo substancialmente grafite, que não é somente bem adequado para a propagação das ondas de radar, mas que também tem uma boa estabilidade particularmente à alta temperatura e resistência à temperatura.

Em particular, para influenciar a densidade ou a condutividade, o material de tubo pode ter um conteúdo metálico ou mineral além do grafite.

Se o tubo de guia de onda for dotado de uma impregnação ou revestimento, é possível evitar que o material do eletrodo fundido durante a combustão do eletrodo se infiltre no tubo de guia de onda e, assim, provoque um comprometimento das propriedades da guia de onda.

A seguir, será explicada uma variação preferida do método por meio da ilustração de uma configuração preferida de um equipamento empregado com referência aos desenhos.

Fig 1 mostra um forno elétrico com um eletrodo Soderberg em uma ilustração esquemática;

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Fig. 2 mostra uma ilustração ampliada do eletrodo Soderberg com um dispositivo para a medição de comprimento conectado;

Fig. 3 mostra uma vista parcial ampliada do eletrodo Soderberg ilustrado na Fig. 2 com um dispositivo de conexão de guia de onda na seção transversal de extremidade do eletrodo e conectores de segmento montados entre os segmentos da guia de ondas;

Fig.	4 mostra	uma	ilustração	ampliada de uma	peça	do
dispositivo de	conexão de guia de onda;
Fig.	5 mostra	uma	ilustração	ampliada de	um conector	de
segmento.
	Fig .	1 mostra um forno	elétrico 10	com uma	cuba	do
forno	11, que contém	um banho de	fundição 12	de metal	fundido.

Acima do banho de fundição 12, um eletrodo 14, aqui sendo um eletrodo Soderberg, é montado em um dispositivo para alimentação de eletrodo 13, a extremidade inferior de consumo 15 desse eletrodo sendo imersa no banho de fundição 12, de maneira que; entre a superfície do banho 16 e a seção transversal de consumo 17 que forma a seção transversal frontal inferior do eletrodo; é formada uma distância de fundição t a partir da superfície de fusão (superfície do banho 16), superfície que é colocada em uma altura H acima do ponto de referência do forno O. No caso do exemplo de realização aqui ilustrado, o eletrodo 14 tem uma seção transversal de extremidade 18 acima do dispositivo para alimentação de eletrodo 13.

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Entre a seção transversal de extremidade 18 e a seção transversal de consumo 17, um tubo de guia de onda 20 se prolonga na direção (direção do consumo 19) do consumo contínuo do eletrodo 14 resultante da combustão do eletrodo. Um dispositivo transmissor/receptor de radar 22 está conectado ao referido tubo de guia de onda 20, por meio de um dispositivo de conexão de guia de onda 21, que no presente caso está estacionário fixado ao exterior da câmara do forno 23 do forno elétrico 10 em uma parede externa 24 do forno elétrico 10.

O eletrodo 14, formado nesse caso como um eletrodo Soderberg, é composto por uma pluralidade de peças de eletrodo 25, cada uma tendo um anel de aço 26 que fixa no interior uma pasta de carbono 27, o referido anel de carbono 27 definido o formato exterior. O eletrodo 14 é composto no local pelas peças 25 durante a operação do forno elétrico 10, de maneira que novas peças 25 sejam montadas na respectiva seção transversal de extremidade 18 da peça superior 25 na mesma taxa em que o consumo das peças 25 ocorre na extremidade de consumo 15 do eletrodo 14. Como de forma correspondente à combustão do eletrodo na extremidade de consumo 15 do eletrodo 14 ocorre a alimentação do eletrodo 14 contra a direção do consumo 19, a posição da seção transversal de extremidade 18 muda substancialmente em uma área correspondente à altura h de uma peça 25, de maneira que a seção transversal de extremidade 18 se move na medida h para cima e para baixo.

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No processo de alimentação do eletrodo 14, as peças 25 que tiverem sido recentemente colocadas na seção transversal de extremidade 18 entram na área das sapatas dos polos 28, pelas quais a eletricidade é enviada ao eletrodo 14, que realiza a cocção da pasta de carbono 27 sendo usada para gerar um arco elétrico não ilustrado na seção transversal de consumo 17 do eletrodo 14, que leva ao consumo do eletrodo 14.

Nas Figs. 2 e 3, o eletrodo 14 é ilustrado com o dispositivo transmissor/receptor de radar 22 nele conectado. Como pode ser visto na Fig. 2, um valor medido com a medição de radar do equipamento estacionário, isto é, independentemente do eletrodo 14, o dispositivo transmissor/receptor de radar montado 22 corresponde posição relativa da seção transversal de consumo 17 para o dispositivo transmissor/receptor de radar 22 na condição que uma extremidade da guia de onda 29 do tubo de guia de onda 20 esteja posicionada no plano da seção transversal de consumo 17. Se o comprimento l do dispositivo de conexão de guia de onda 21 for conhecido, o comprimento L do eletrodo ou a posição da seção transversal de consumo 17 pode ser imediatamente determinada. Se a posição da seção transversal de consumo 17 for conhecida, a distância de fusão t pode ser determinada da forma mais simples em consideração à posição conhecida da superfície de fusão (superfície do banho 16)(ver também Fig. 1).

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	A Fig.	4	mostra	a	transição	entre o	dispositivo	de
conexão	de guia	de	onda	21	ilustrado	na Fig.	3 e o tubo	de
guia de	onda 20	na	área	da	seção transversal	de extremidade

em uma ilustração ampliada. Como mostra a Fig. 4, a conexão da guia de onda 29 entre o dispositivo de conexão de guia de onda 21 e o tubo de guia de onda 20 é feita de tal maneira que uma extremidade livre 30 do dispositivo de conexão de guia de onda 21 é inserida telescopicamente na extremidade livre vizinha 31 do tubo de guia de onda e, ao assim fazer, a conexão da guia de onda 29 é feita como uma luva de deslizamento.

Devido ao comprimento telescópico T l do dispositivo de conexão de guia de onda 21 tornado possível com a luva de deslizamento 29, a distância do dispositivo transmissor/receptor de radar 22 para a seção transversal de extremidade 18 pode ser mudada com o comprimento telescópico T . Isto significa que, se o comprimento telescópico T corresponde à cerca da altura h da peça 25 do eletrodo 14, o contato da guia de onda entre o dispositivo transmissor/receptor de radar 22 e a extremidade 31 do tubo de guia de onda 20 na seção transversal de extremidade 18 do eletrodo 14 pode ser mantida apesar da montagem estacionária do dispositivo transmissor/receptor de radar 22.

A Fig. 5 mostra um conector de segmento 34, montado respectivamente, como ilustrado na Fig. 3, entre dois segmentos de guia de onda 32, 33 do tubo de guia de onda 20 para a conexão contínua de segmentos das guias de ondas 32, 33.

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Como a Fig. 5 mostra em detalhes, o conector de segmento 34 substancialmente compreende um adaptador de seção transversal

35, que tem um diâmetro interno d que combina com os segmentos da guia de onda 32, 33. A conexão do adaptador de seção transversal 35 com o segmento da guia de onda 32, 33 é respectivamente feita por meio de uma conexão de tubo roscado

36.

Claims

Reivindicações

1. Método para a medição do comprimento de um eletrodo (14) ou da determinação da posição de uma seção transversal de um eletrodo de consumo em um forno elétrico (10), caracterizado pela medição ser feita por radar de tal maneira que um dispositivo transmissor/receptor de radar (22) esteja conectado por meio de um dispositivo de conexão de guia de onda (21) a uma guia de onda (20) montada no eletrodo e que se prolonga na direção de consumo (19) do eletrodo a partir de uma seção transversal de extremidade (18) do eletrodo para uma seção transversal (17) do eletrodo de consumo, guia de onda que é formada como um tubo de guia de onda ou duto de guia de onda, sendo a diferença de tempo medida entre a emissão do sinal de radar e a recepção do eco produzido por meio de reflexão por um ponto de descontinuidade da guia de onda na seção transversal do eletrodo de consumo.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda a alteração do comprimento do dispositivo de conexão da guia de ondas (21) para ajustar a distância espacial entre a seção transversal de extremidade (17) do eletrodo e o dispositivo transmissor/receptor de radar (22) posicionado de forma independente em relação ao eletrodo (14).
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo comprimento efetivo da guia de onda (20) ser mudado correspondendo a um acúmulo do eletrodo (14) com as peças do eletrodo (25) ocupando a seção transversal de extremidade (18) para a reposição da massa do eletrodo consumido na seção transversal de consumo (17).
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que durante a operação do forno elétrico, a guia de onda (20) é submetida

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2/3 a um fluxo contínuo de um agente de limpeza em uma direção orientada para a seção transversal de consumo (17).
5. Equipamento para a medição do comprimento de um eletrodo (14) ou da determinação da posição do eletrodo em um forno elétrico (10) com um dispositivo transmissor/receptor de radar (22), um tubo de guia de onda (20) montado no eletrodo e um dispositivo de conexão de guia de onda (21), caracterizado pelo tubo de guia de onda se prolongar a partir de uma seção transversal de extremidade (18) do eletrodo na direção de consumo (19) do eletrodo para uma seção transversal (17) do eletrodo de consumo e o dispositivo de conexão de guia de onda provê a conexão do dispositivo transmissor/receptor de radar da extremidade do tubo de guia de onda na extremidade da seção transversal do eletrodo.
6. Equipamento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo dispositivo de conexão de guia de onda (21) ter um comprimento ajustável para a conexão do dispositivo transmissor/receptor de radar (22), que é posicionado de forma independente em relação ao eletrodo (14), na seção transversal de extremidade (18) do eletrodo.
7. Equipamento, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado por entre o dispositivo de conexão de guia de onda (21) e a guia de onda (20), ser formada uma conexão de guia de onda (29), em que uma extremidade axial superior da guia de onda é montada de forma axialmente deslocável em relação à extremidade axial inferior do dispositivo de conexão de guia de onda.
8. Equipamento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela conexão de guia de onda (29) se formada como uma luva de deslizamento, de maneira que uma extremidade (30) do dispositivo de conexão de guia de onda (21) e uma extremidade (31) do tubo de guia de onda (20) sejam montadas acoplando-se entre si.

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9. Equipamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo tubo de guia de onda (20) ser composto por segmentos de guia de onda (32, 33), que estão conectados entre si por meio de pelo menos um conector de segmento (34).
10. Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo conector de segmento (34) ter um adaptador de seção transversal (35) para a formação de um diâmetro interno contínuo em uma área de transição entre dois segmentos de guia de onda (32, 33).
11. Equipamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 10, caracterizado pelo tubo de guia de onda (20) ter um material de tubo contendo substancialmente grafite.
12. Equipamento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo tubo de guia de onda (20) ser dotado de um conteúdo metálico ou mineral, além de grafite.
13. Equipamento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por, além do grafite, o material de tubo ser dotado de um conteúdo mineral como um substancial componente.
14. Equipamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 13, caracterizado pelo tubo de guia de onda (20) ser dotado de uma impregnação.
15. Equipamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 13, caracterizado pelo tubo de guia de onda (20) ser dotado de um revestimento.