BR112014030901B1 - Método para determinar o consumo de material de eletrodo durante a operação de um forno a arco voltaico e dispositivo para determinar o consumo de material de eletrodo de um forno a arco voltaico - Google Patents
Método para determinar o consumo de material de eletrodo durante a operação de um forno a arco voltaico e dispositivo para determinar o consumo de material de eletrodo de um forno a arco voltaico Download PDFInfo
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Abstract
MÉTODO E DISPOSITIVO PARA DETERMINAR O CONSUMO DE MATERIAL DE ELETRODO DURANTE A OPERAÇÃO DE UM FORNO ELÉTRICO. A presente invenção refere-se a um método para determinar o consumo de material de eletrodo durante a operação de um forno elétrico, em particular, um forno a arco voltaico para produzir aço, onde o método compreende determinar o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos, que é disposta no forno elétrico ou a ser introduzida no forno elétrico, usando um dispositivo de pesagem. A presente invenção refere-se adicionalmente a um dispositivo para determinar o consumo de material de eletrodo de um forno elétrico, particularmente, um forno a arco voltaico para produzir aço, onde o dispositivo compreende um dispositivo de pesagem para determinar o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos, que é disposta no forno elétrico ou a ser introduzida no forno elétrico, onde o dispositivo de pesagem é integrado em um dispositivo de operação de um sistema que compreende o forno elétrico. Condições de vibração de uma coluna de eletrodos durante a operação de um forno elétrico podem ser também determinadas com o método de acordo com a invenção e com o dispositivo de acordo com a (...).
Description
[001] A presente invenção refere-se a um método e a um dispositivo para determinar o consumo de material de eletrodo durante a operação de um forno elétrico e, em particular, durante a operação de um forno a arco voltaico para produzir aço.
[002] Fornos elétricos e, em particular, fornos a arco voltaico são usados, entre outras coisas, para aquecer e fundir material de entrada, que pode, em particular, conter aço ou outros metais e vários aditivos. No processo, fornos a arco voltaico podem ser usados, em particular, para produzir e recuperar aço e outros metais com a fusão de material de refugo, em particular, sucata de metal, tal como sucata de aço, por exemplo.
[003] Em um forno a arco voltaico, uma tensão elétrica é aplicada entre pelo menos uma coluna de eletrodos e o material de entrada localizados dentro do forno a arco voltaico, cujo material de entrada está em contato elétrico com um eletrodo inferior do forno a arco voltaico. Como resultado da tensão elétrica que é aplicada, um arco é atingido entre a ponta da coluna de eletrodos virada para o material de entrada e o material de entrada, a energia térmica gerada pelo arco sendo transferida para o material de entrada, em particular, por radiação térmica e condução térmica. Desta forma, o material de entrada pode ser aquecido a temperaturas acima de seu ponto de fusão, por exemplo, a temperaturas na faixa de aproximadamente 1800°C e, portanto, fundido. A fim de remover a carga extraída do forno a arco voltaico, é executado um processo de vazamento, depois do que acontece uma nova carga ou um novo carregamento do forno elétrico com material de entrada.
[004] Uma coluna de eletrodos é tipicamente composta de uma pluralidade de eletrodos formados de um material contendo grafite, que são conectados entre si por meio de peças de conexão, referidas como bocais roscados, que são dispostas nas extremidades dos ditos eletrodos e atarraxadas nos entalhes correspondentes nas extremidades dos eletrodos. Durante a operação do forno a arco voltaico, os eletrodos, nos quais o arco é atingido, são submetidos a cargas elétricas e térmicas extremas, motivo pelo qual eles são submetidos, particularmente, em sua extremidade inferior virada para o material de entrada, a um desgaste e a um esgotamento consideráveis. Por esta razão, eletrodos únicos não são normalmente usados em tais fornos, mas, preferivelmente, colunas de eletrodos, que são fixadas em um braço de suporte e são deslocadas gradualmente para baixo no forno durante a operação do forno a fim de compensar o encurtamento da coluna de eletrodos devido ao desgaste dos eletrodos e de, portanto, manter constante a distância entre a extremidade inferior da coluna de eletrodos e a superfície do material de entrada. Uma coluna de eletrodos é consequentemente entendida como sendo não apenas uma coluna de eletrodos composta de uma pluralidade de eletrodos, mas também uma coluna de eletrodos que já tenha sido usada ou esgotada, visto em que agora compreende apenas um eletrodo parcialmente gasto ou esgotado. Com o uso de tais colunas de eletrodo, o forno pode ser operado sem interrupção por mais tempo do que quando do uso de eletrodos únicos. Quando o comprimento da coluna de eletrodos não atingir um certo mínimo, um ou mais eletrodos novos serão atarraxados em sua extremidade superior manualmente, de preferência, mecanicamente. Estes poderão ser ou atarraxados na coluna de eletrodos que é localizada dentro do forno ou, alternativamente, a coluna de eletrodos pode ser removida do forno antecipadamente usando um aparelho de transporte, e, depois de um ou mais eletrodos terem sido atarraxados, reintroduzida no forno.
[005] O consumo de material de eletrodo e, consequentemente, dos eletrodos no forno elétrico contribui para os custos de operação do forno elétrico em um grau não insignificante e pode, por exemplo, compor cerca de 5% dos custos de operação. Consequentemente, o consumo específico do material de eletrodo em relação à quantidade de carga extraída, isto é, a relação de material de eletrodo consumido - aço recuperado, por exemplo, constitui uma variável de operação importante. No processo, o consumo específico do material de eletrodo depende de diferentes variáveis influentes, tais como o material de eletrodo usado, a corrente de operação elétrica e a composição e a qualidade do material de entrada, por exemplo.
[006] A fim de estimar o efeito de vários modos de operação do forno elétrico, por exemplo, e/ou vários parâmetros de operação do processo de fusão no consumo específico de material de eletrodo do forno elétrico e, portanto, para poder otimizar a operação do forno elétrico, é necessário determinar o consumo do material de eletrodo do forno elétrico. No processo, é particularmente vantajoso determinar o consumo de material para vários intervalos de operação do forno elétrico separadamente a fim de poder analisar de maneira diferenciada o consumo específico de eletrodo dependendo das várias condições de operação que prevalecem durante os intervalos de operação individuais.
[007] Para esta finalidade, a determinação do número de eletrodos retirados de uma instalação de armazenamento e acrescentado à coluna de eletrodos durante um certo período de tempo, por exemplo, um mês, e o uso deste para calcular a relação acima mencionada de material de eletrodo consumido - aço recuperado são conhecidos. No entanto, nenhum dado suficientemente preciso pode ser assim determinado para períodos mais curtos de tempo, tais como de algumas semanas ou mesmo uma semana, alguns dias ou horas e, em particular, por um período entre dois processos de vazamento consecutivos, uma vez que não se tem em conta a quantidade de material de eletrodo ainda contido na coluna de eletrodos nos respectivos início e fim do intervalo de tempo que é observado.
[008] Adicionalmente, sistemas de câmera podem ser usados para esta finalidade para tirar uma fotografia da coluna de eletrodos antes e depois de um intervalo de operação do forno elétrico, respectivamente, a fim de medir taxas de esgotamento da coluna de eletrodos que ocorrem durante o intervalo de operação. Entretanto, é necessário um desembolso considerável em termos de materiais e pessoal a fim de tirar estas fotografias e analisá-las de acordo. Ademais, as fotografias poderão ser apenas tiradas, quando da abertura do forno elétrico e, portanto, apenas em certos pontos no tempo durante a operação do forno elétrico; por isso, este método é limitado com relação a sua flexibilidade em relação aos possíveis intervalos de tempo da medição de consumo. Além disso, nenhuma estimativa suficientemente precisa do consumo de eletrodo é obtida usando este método também.
[009] O objetivo da presente invenção é, portanto, o de prover um método e um dispositivo que facilitem a determinação precisa e confiável do consumo de material de eletrodo durante a operação de um forno elétrico durante qualquer intervalo de tempo desejado, em particular, intervalos de operação curtos, tais como entre um processo de vazamento e o próximo e, ademais, com um pequeno desembolso em termos de materiais e um desembolso particularmente pequeno em termos de pessoal.
[0010] De acordo com a invenção, este objetivo é alcançado por um método para determinar o consumo de material de eletrodo durante a operação de um forno elétrico, particularmente, um forno a arco voltaico para produzir aço, o método compreendendo determinar o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos, que é disposta dentro do forno elétrico ou a ser introduzida no forno elétrico, usando um dispositivo de pesagem.
[0011] De acordo com a invenção, com a determinação do peso de uma coluna de eletrodos, que é disposta dentro do forno elétrico ou a ser introduzida no forno elétrico, usando um dispositivo de pesagem, o valor exato da quantidade de material de eletrodo que é usado nesse ponto no tempo no forno elétrico é determinado de modo confiável e direto. Em particular, se esta determinação for executada em pelo menos dois pontos diferentes no tempo, será também calculado diretamente quanto material de eletrodo estava dentro do forno elétrico no início e no fim deste intervalo de tempo definido por estes pontos no tempo. Com o uso da diferença entre os dois valores de peso assim calculados, pode ser determinado o valor exato do material de eletrodo consumido no intervalo de tempo relevante, por exemplo, entre dois processos de vazamento consecutivos do forno elétrico. Desta maneira, é possível uma determinação simples, precisa e confiável do consumo de material de eletrodo durante qualquer intervalo de operação, que pode ser selecionado para ser tão pequeno quanto exigido.
[0012] A fim de minimizar o desembolso em termos de tempo e pessoal necessários para determinar o consumo de material de eletrodo e de impedi-lo por completo, caso possível, o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos é preferivelmente determinado automaticamente no método de acordo com a invenção. Por exemplo, o dispositivo de pesagem pode ser controlado por um sistema de controle automático a fim de determinar um valor medido para o peso da coluna de eletrodos em tempos predefinidos.
[0013] A fim de determinar o consumo do material de eletrodo que ocorre durante um certo tempo ou intervalo de operação do forno elétrico, um desenvolvimento da idéia da invenção propõe determinar o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos em pelo menos dois pontos diferentes no tempo. O consumo de material de eletrodo durante o intervalo de tempo determinado pelos dois pontos no tempo pode ser então determinado por estabelecer a diferença entre os dois valores de peso. Em particular, o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos pode ser determinado imediatamente antes e depois de um intervalo de operação de fusão contínuo do forno elétrico, isto é, antes e depois de um intervalo de tempo contínuo durante o qual a coluna de eletrodos é energizada sem interrupção a fim de aquecer e fundir o material de entrada do forno elétrico. O peso da coluna de eletrodos pode, naturalmente, ser igualmente determinado antes e depois de um intervalo de tempo mais longo, que inclui uma pluralidade de intervalos de operação de fusão do forno elétrico executados em tempos separados um dos outro.
[0014] Uma vez que o método pode particularmente servir vantajosamente para analisar a influência de várias condições de operação no consumo de material de eletrodo, o consumo de material de eletrodo é preferivelmente determinado por vários intervalos de operação de fusão, várias condições de operação estando presentes durante os intervalos de operação de fusão individuais, tais como várias densidades de corrente que são ajustadas ou vários tipos de aço que são usados, os valores de consumo sendo determinados para cada intervalo com a determinação e o estabelecimento de diferenças entre os pesos da coluna de eletrodos imediatamente antes e depois do respectivo intervalo de operação de fusão.
[0015] Por exemplo, o peso da coluna de eletrodos pode ser determinado imediatamente antes e depois de um intervalo de vazamento a vazamento do forno elétrico, isto é, imediatamente antes e depois de um intervalo de tempo da operação de fusão que diretamente segue um vazamento do forno elétrico e que se estende até o próximo vazamento do forno elétrico.
[0016] Durante a operação do forno elétrico, novos eletrodos são normalmente acrescentados à coluna de eletrodos em intervalos regulares e conectados à mesma, em particular, atarraxados na mesma, a fim de compensar o consumo de material de eletrodo causado pelo esgotamento da coluna de eletrodos durante a operação do forno. Este acréscimo de novos eletrodos preferivelmente acontece entre dois intervalos de operação de fusão consecutivos do forno elétrico e consequentemente em uma coluna de eletrodos não energizada. No caso de acrescentar um eletrodo à coluna de eletrodos, o peso da coluna de eletrodos pode ser determinado imediatamente antes de acrescentar o novo eletrodo, em particular, a fim de poder assim determinar o consumo de material de eletrodo durante o intervalo de operação de fusão executado antes do acréscimo do eletrodo. Alternativamente, ou preferivelmente, além disto, o peso da coluna de eletrodos pode determinado imediatamente depois do acréscimo do novo eletrodo, isto é, em particular, como um valor inicial para o cálculo do consumo do material de eletrodo durante o intervalo de operação de fusão que segue o acréscimo do eletrodo. Preferivelmente, ambos os pesos acima são determinados. Igualmente, apenas o peso da coluna de eletrodos imediatamente antes do acréscimo do novo eletrodo pode ser determinado e o peso da coluna de eletrodos imediatamente depois do acréscimo do novo eletrodo pode ser calculado a partir daí com o acréscimo do peso do eletrodo acrescentado.
[0017] Se o peso exato de um eletrodo a ser acrescentado à coluna de eletrodos for conhecido, o peso conhecido do eletrodo a ser acrescentado poderá ser também usado para calibrar o dispositivo de pesagem. Para esta finalidade, o peso do eletrodo a ser acrescentado pode ser, por exemplo, medido usando o dispositivo de pesagem e o peso medido pode ser comparado ao peso real conhecido do eletrodo a ser acrescentado e ao dispositivo de pesagem assim calibrado dependendo do resultado da comparação. A medição do peso do eletrodo a ser acrescentado é preferivelmente executada ou enquanto o eletrodo estiver sendo transportado para a coluna de eletrodos a fim de ser acrescentado à coluna de eletrodos ou imediatamente antes de o eletrodo ser acrescentado à coluna de eletrodos. Além disso, de acordo com uma concretização vantajosa da presente invenção, pode ser provida uma medição do peso do eletrodo que deve ser acrescentado ou que tenha sido acrescentado, e uma calibração correspondente do dispositivo de pesagem a ser executada cada vez que um novo eletrodo é acrescentado à coluna de eletrodos.
[0018] De acordo com outra concretização preferida da presente invenção, é preferível automaticamente registrar o peso da coluna de eletrodos, que foi determinado, conforme descrito acima, isto é, usando um dispositivo de armazenamento eletrônico apropriado, por exemplo. Desta forma, pode ser criado um banco de dados compreensivo de várias análises referente ao consumo de material de eletrodo do forno elétrico.
[0019] Ademais, dentro do escopo da presente invenção, é preferível também detectar a quantidade da carga extraída no forno elétrico no momento em que é observado ou durante o intervalo ou intervalos de tempo em que é observado a fim de poder determinar o consumo específico do material de eletrodo do forno elétrico do quociente do consumo de material de eletrodo e da carga extraída.
[0020] No método de acordo com a invenção, a determinação do peso é preferivelmente executada por um dispositivo de pesagem integrado em um dispositivo de operação de um sistema que compreende um forno elétrico. O termo "integrado nesta conexão" indica que pelo menos um componente e preferivelmente todos os componentes do dispositivo de pesagem formam uma unidade estrutural e/ou funcional com pelo menos um elemento do dispositivo de operação.
[0021] De acordo com outra concretização vantajosa da presente invenção, pelo menos um dispositivo de pesagem para determinar o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos é integrado em um dispositivo de transporte, por meio do qual a coluna de eletrodos, que é disposta no forno elétrico e que é preferivelmente retida no forno elétrico por um dispositivo de retenção, é recebida e transportada no forno elétrico e/ou transportada para fora do forno elétrico, e/ou por meio do qual uma coluna de eletrodos disposta fora do forno elétrico é transportada para o forno elétrico. O dispositivo de retenção é, por exemplo, um dispositivo de retenção por meio do qual a coluna de eletrodos é mantida em posição dentro do forno elétrico durante a operação de fusão do forno elétrico e é gradualmente deslocada descendentemente dependendo do grau do esgotamento do eletrodo a fim de compensar o encurtamento da coluna de eletrodos que ocorre como resultado do esgotamento do eletrodo e de, portanto, manter constante a distância entre a extremidade inferior da coluna de eletrodos e a superfície do material de entrada. O peso da coluna de eletrodos pode ser determinado nesta concretização sem ter que remover por completo a coluna de eletrodos do forno elétrico e/ou do dispositivo de retenção. Por exemplo, o dispositivo de transporte pode ser usado para levantar e/ou abaixar a coluna de eletrodos com relação ao forno elétrico e com relação ao dispositivo de retenção entre dois intervalos de operação de fusão, por exemplo, a fim de ajustar a distância da coluna de eletrodos do material de entrada do forno, em particular, depois de um novo eletrodo ter sido acrescentado à coluna de eletrodos. A fim de poder receber a coluna de eletrodos, o aparelho de transporte preferivelmente apresenta um aparelho de acoplamento para acoplamento com a coluna de eletrodos. Além disso, o dispositivo de retenção pode conter um dispositivo de ajuste com o qual podem ser ajustadas a posição e, em particular, a altura do dispositivo de retenção e, em particular, também de uma coluna de eletrodos retida pelo dispositivo de retenção. Para esta finalidade, o dispositivo de ajuste pode compreender um sistema hidráulico, por exemplo. Nesta concretização, o dispositivo de pesagem pode ser integrado em tal dispositivo de ajuste do dispositivo de retenção.
[0022] No processo, o dispositivo de transporte pode ser também usado, em particular, para acrescentar um novo eletrodo à coluna de eletrodos e para conectar o dito eletrodo à mesma. No processo, o eletrodo a ser acrescentado pode ser transportado pelo dispositivo de transporte de uma posição de armazenamento para uma posição diretamente vertical acima da coluna de eletrodos que poderia ser retida pelo dispositivo de retenção, sendo possível que o dispositivo de transporte tenha uma unidade de posicionamento, tal como uma unidade de laser, com a qual o alinhamento mútuo preciso e/ou o posicionamento do novo eletrodo e da coluna de eletrodos podem ser verificados. O eletrodo, que foi trazido para a posição correta, pode ser, por exemplo, conectado à coluna de eletrodos com o atarraxamento de um bocal provido no eletrodo. Depois de um ou mais eletrodos novos terem sido acrescentados à coluna de eletrodos, a coluna de eletrodos poderá ser solta do dispositivo de retenção e abaixada um pouco no caminho para o forno elétrico pelo dispositivo de transporte a fim obter a distância necessária entre a ponta da coluna de eletrodos e o material de entrada do forno elétrico antes de a coluna de eletrodos ser novamente fixada pelo dispositivo de retenção e mantida em posição. Alternativamente, o dispositivo de transporte pode também mover a coluna de eletrodos do dispositivo de retenção para outra posição no forno elétrico ou fora do forno elétrico a fim de prender um ou mais eletrodos novos à coluna de eletrodos nesse ponto antes de a coluna de eletrodos assim completada ser guiada de volta para o dispositivo de retenção, fixada aí e mantida em posição.
[0023] O dispositivo de transporte é, por exemplo, um dispositivo de guindaste que compreende um trole, por exemplo, que é preferivelmente movido em um trilho de guindaste, que é preferivelmente horizontal e se estende preferivelmente na vertical acima do forno elétrico e/ou do dispositivo de retenção. Como um aparelho de acoplamento, o dispositivo de guindaste pode, por exemplo, compreender um gancho de guindaste disposto em um cabo do dispositivo de guindaste, em cujo gancho de guindaste a coluna de eletrodos pode ser suspensa. Nesta concretização, o dispositivo de pesagem pode, por exemplo, compreender balanças de guindaste suspensas entre o gancho de guindaste e o trilho de guindaste.
[0024] De acordo com uma concretização vantajosa adicional da presente invenção, o dispositivo de pesagem é integrado em um dispositivo de retenção por meio do qual a coluna de eletrodos é retida durante a operação de fusão do forno elétrico. Uma vez que a coluna de eletrodos é tipicamente retida pelo dispositivo de retenção durante a maior parte do tempo de operação do forno elétrico, o dispositivo de pesagem integrado no dispositivo de retenção provê a possibilidade de determinar o peso da coluna de eletrodos em quase qualquer ponto no tempo e consequentemente pelo menos quase continuamente sem ter que notificar o procedimento de operação do forno elétrico a fim de fazer isto e sem que sejam executados movimentos adicionais da coluna de eletrodos. Em particular, nesta concretização, o dispositivo de pesagem pode ser também projetado e usado para detectar, medir e opcionalmente registrar vibrações que ocorrem durante a operação de fusão do forno elétrico, que podem ocorrer, em particular, na coluna de eletrodos como resultado da geração dos arcos pela coluna de eletrodos, de tal modo que o dispositivo de pesagem realize uma dupla função.
[0025] A fim de detectar a condição de vibração, o peso da coluna de eletrodos durante a operação do forno elétrico pode ser determinado pelo dispositivo de pesagem, por exemplo. Durante a operação do forno elétrico, forças além da força do peso atingem a coluna de eletrodos como resultado do arco que é atingido, por exemplo, e podem realizar um movimento de vibração da coluna de eletrodos. Para esta finalidade, o peso da coluna de eletrodos durante a operação do forno elétrico é preferivelmente determinado continuamente pelo dispositivo de pesagem ou pelo menos quase continuamente, por exemplo, com uma resolução temporal de 1 a 500 Hz. Com a análise dos valores determinados pelo dispositivo de pesagem durante a operação do forno elétrico, tal condição de vibração da coluna de eletrodos pode ser detectada, sendo também possível, nesta concretização, em particular, determinar a frequência e/ou a amplitude da vibração. Em particular, acelerações ou frequências de vibração que são perigosas para os eletrodos podem ser, portanto, detectadas e o controle do forno e/ou a suspensão dos eletrodos podem ser ajustados dependendo desta detecção, sendo possível executar um corte de emergência automático, em particular, antes da ocorrência de um estado crítico. Ademais, a detecção e a medição da condição de vibração da coluna de eletrodos podem, por exemplo, também ser usadas para avaliar as condições de operação do forno elétrico. Por exemplo, com a detecção da condição de vibração, desmoronamentos de refugo podem ser detectados, centelhas ou arcos descontrolados da coluna de eletrodos na parede do forno elétrico podem ser detectados ou o risco de rupturas de eletrodo pode ser previsto e evitado. De acordo com uma concretização adicional, pode ser estabelecido que a altura da escória espumante do forno elétrico seja derivada da condição de vibração detectada da coluna de eletrodos. A informação detectada, conforme descrito acima, pode ser também usada para ajustar e otimizar a operação do forno elétrico. Em particular, a dissipação de calor significativamente reduzida e, portanto, uma operação mais eficiente do forno elétrico podem ser obtidas e/ou podem ser conseguidos uma vibração reduzida da coluna de eletrodos e um modo mais suave de operação do forno elétrico.
[0026] Um dispositivo de retenção, conforme descrito acima para a coluna de eletrodos, pode compreender um braço de suporte, que se estende em uma direção horizontal acima do forno e apresenta um receptáculo ou grampo para a coluna de eletrodos em sua extremidade no lado do forno. Este grampo pode ter pelo menos duas garras de fixação opostas entre si por meio das quais a coluna de eletrodos pode ser presa no braço de suporte. A partir do braço de suporte, a coluna de eletrodos preferivelmente se estende através de uma abertura na tampa do forno em uma direção vertical para o forno elétrico. Além disso, o dispositivo de retenção pode compreender um pilar substancialmente vertical, na extremidade superior do qual o braço de suporte é conectado. O dispositivo de retenção pode ser construído de modo a ser ajustável na altura em uma direção vertical a fim de poder ajustar a altura da coluna de eletrodos de tal como que uma distância desejada entre a ponta da coluna de eletrodos e o material de entrada do forno elétrico seja mantida, apesar do comprimento variado da coluna de eletrodos devido ao esgotamento da coluna de eletrodos. Independentemente disto, o dispositivo de retenção e, em particular, um braço de suporte do dispositivo de retenção preferivelmente servem para suprir a coluna de eletrodos com potência durante a operação de fusão do forno elétrico e, para esta finalidade, são preferivelmente conectados a uma fonte de energia elétrica via cabos.
[0027] Como um desenvolvimento da idéia da invenção, é proposto que o peso da coluna de eletrodos seja determinado usando pelo menos um elemento, que é preferivelmente um medidor de tensão, um transdutor de força e/ou elemento de medição de pressão dispostos dentro de um sistema hidráulico para ajustar o dispositivo de retenção para a coluna de eletrodos. No processo, pelo menos um medidor de tensão pode, por exemplo, ser um medidor de tensão metálico ou um medidor de tensão óptico e/ou pelo menos um transdutor de força pode ser uma célula de carga. Um medidor de tensão disposto em um braço de suporte de um dispositivo de retenção para a coluna de eletrodos mede o esforço de tensão ou de tração gerado no braço de suporte pelo peso da coluna de eletrodos a partir do qual o peso da coluna de eletrodos pode ser determinado. Em princípio, o medidor de tensão pode ser também disposto em um pilar preferivelmente vertical do dispositivo de retenção que sustenta o braço de suporte ou entre o pilar e o braço de suporte. Preferivelmente, contudo, o medidor de tensão é conectado na região do maior tensão do braço de suporte, isto é, no lado superior do braço de suporte perto do pilar que sustenta o braço de suporte, em particular, e/ou aproximadamente no centro do braço de suporte, quando visto na direção da largura do braço de suporte, sendo também possível, contudo, dispor o medidor de tensão fora de seu centro. Ademais, um sistema hidráulico referido acima pode ser construído a fim de ajustar a posição do dispositivo de retenção e uma coluna de eletrodos recebida no dispositivo de retenção, isto é, com relação à altura, em particular. Um elemento de medição de pressão, que é disposto no sistema hidráulico e que mede a pressão do fluido hidráulico do sistema hidráulico, é particularmente adequado para determinar o peso de uma coluna de eletrodos retida pelo dispositivo de retenção. Em princípio, o dispositivo de pesagem pode ser integrado em qualquer dispositivo de ajuste desejado do dispositivo de retenção que é projetado para executar um ajuste, conforme descrito acima.
[0028] Um transdutor de força, em particular, uma célula de carga, é igualmente adequado para determinar o peso da coluna de eletrodos e pode, por exemplo, ser conectado ao braço de suporte e/ou pilar do dispositivo de retenção, a célula de carga sendo preferivelmente conectada tanto ao braço de suporte quanto ao pilar do dispositivo de retenção de tal modo a poder executar medições de modo eficaz. Em princípio, o dispositivo de pesagem pode também compreender uma pluralidade de medidores de tensão e/ou uma pluralidade de transdutores de força, sendo possível que a pluralidade de medidores de tensão e/ou de transdutores de força ou execute medições, que são independentes entre si, do peso e da tensão, ou seja, apropriadamente conectada mutuamente a fim de gerar um valor medido comum.
[0029] Uma vantagem adicional da concretização acima é a de que um medidor de tensão e um transdutor de força podem ser também adequados para detectar, medir e opcionalmente registrar vibrações que ocorrem na coluna de eletrodos ou componentes associados durante a operação do forno elétrico.
[0030] Uma calibração do dispositivo de pesagem é preferivelmente executada antes da determinação do peso da coluna de eletrodos.
[0031] De acordo com uma concretização vantajosa, o peso da coluna de eletrodos é determinado em um ponto no tempo no qual a coluna de eletrodos não é energizada. Uma vez que não ocorre nenhuma vibração gerada pelos arcos na coluna de eletrodos neste ponto no tempo, uma medição particularmente precisa do peso da coluna de eletrodos é assim possível.
[0032] Dentro do escopo da presente invenção, o peso da coluna de eletrodos é preferivelmente determinado enquanto pelo menos uma porção da coluna de eletrodos está no forno elétrico e/ou é retida por um dispositivo de retenção para a coluna de eletrodos. A remoção da coluna de eletrodos do forno elétrico e/ou do dispositivo de retenção especialmente para fins de determinar o peso pode ser assim dispensada, por meio do que pode ser evitada a perda de tempo adicional em determinar o consumo do material de eletrodo.
[0033] A invenção também se refere a um dispositivo para determinar o consumo do material de eletrodo de um forno elétrico, em particular, um forno a arco voltaico para produzir aço, o dispositivo compreendendo pelo menos um dispositivo de pesagem para determinar o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos disposta no forno elétrico ou a ser introduzida no forno elétrico, o dispositivo de pesagem sendo integrado em um dispositivo de operação de um sistema que compreende um forno elétrico. Tal dispositivo pode ser conseguido com baixo custo e é particularmente adequado para executar o método de acordo com a invenção descrita acima. As vantagens e as concretizações vantajosas descritas acima em relação ao método para determinar o consumo do material de eletrodo se aplicam consequentemente ao dispositivo para determinar o consumo do material de eletrodo.
[0034] De acordo com uma concretização vantajosa da invenção, o dispositivo é projetado a fim de determinar o peso da coluna de eletrodos automaticamente. Para esta finalidade, o dispositivo pode, por exemplo, compreender um controle eletrônico que automaticamente controla o dispositivo de pesagem a fim de determinar o peso da coluna de eletrodos e gerar um valor medido correspondente, que é opcionalmente registrado.
[0035] Além disso, é preferível que o dispositivo compreenda um dispositivo de armazenamento eletrônico e a ser projetado para registrar o peso da coluna de eletrodos automaticamente no dispositivo de armazenamento eletrônico a fim de assim facilitar uma avaliação compreensiva e a análise dos dados referentes ao consumo do material de eletrodo.
[0036] De acordo com uma concretização preferida adicional da presente invenção, o dispositivo de pesagem é integrado em um dispositivo de transporte, que é projetado para receber a coluna de eletrodos, que é disposta no forno elétrico e que é preferivelmente retida no forno elétrico por um dispositivo de retenção, e para transportá-la no forno elétrico e/ou para fora do forno elétrico e/ou para transportar uma coluna de eletrodos localizada fora do forno elétrico para o forno elétrico. Conforme descrito em maiores detalhes acima em relação ao método de acordo com a invenção, o dispositivo de transporte compreende preferivelmente um dispositivo de guindaste, sendo possível que o dispositivo de pesagem tenha balanças de guindaste conectadas ao dispositivo de guindaste.
[0037] De acordo com uma concretização vantajosa adicional da presente invenção, o dispositivo de pesagem é integrado em um dispositivo de retenção, que é construído para reter a coluna de eletrodos durante a operação de fusão do forno elétrico. O dispositivo de pesagem é preferivelmente integrado em um braço de suporte do dispositivo de retenção, conforme descrito acima em relação ao método de acordo com a invenção. Ademais, o dispositivo de pesagem pode ser também integrado em um dispositivo de ajuste descrito acima em relação ao método, em particular, em um sistema hidráulico, a fim de ajustar o dispositivo de retenção.
[0038] O dispositivo de pesagem preferivelmente compreende pelo menos um elemento, que é preferivelmente um medidor de tensão, um transdutor de força e/ou um elemento de medição de pressão dispostos em um sistema hidráulico para ajustar o dispositivo de retenção para a coluna de eletrodos. No processo, pelo menos um medidor de tensão pode, por exemplo, ser um medidor de tensão metálico, ou um medidor de tensão óptico e/ou pelo menos um transdutor de força pode ser uma célula de carga.
[0039] Ademais, é preferível que o dispositivo de pesagem do dispositivo seja construído de tal modo a determinar o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos continuamente ou pelo menos quase continuamente, preferivelmente com uma resolução temporal de 1 a 500 Hz.
[0040] A presente invenção é descrita adiante por meio de exemplo com base nas concretizações vantajosas e com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 mostra um sistema compreendendo um forno elétrico e um dispositivo para determinar o consumo de material de eletrodo do forno elétrico de acordo com uma concretização da presente invenção, e a Figura 2 mostra um dispositivo para determinar o consumo do material de eletrodo de um forno elétrico de acordo com outra concretização da presente invenção.
[0041] A Figura 1 mostra um sistema que compreende um forno a arco elétrico 10, que recebe, por exemplo, sucata de aço e opcionalmente aditivos adicionais como material de entrada, que é fundido no forno a arco voltaico 10 pela energia térmica de arcos atingidos no forno a arco voltaico 10.
[0042] A fim de atingir os arcos, o sistema apresenta um eletrodo inferior (não mostrado na Figura 1) que é disposto no forno a arco voltaico 10 e que está em contato elétrico direto com o material de entrada do forno a arco voltaico 10, bem como uma coluna de eletrodos 12, que é composta de uma pluralidade de eletrodos de grafite alongados 14, que são atarraxados mutuamente via bocais roscados 16 em suas respectivas extremidades longitudinais. Na prática, pode ser usada uma pluralidade, em particular, três, colunas de eletrodos 12 dispostas paralelas entre si, em particular, dispensando o eletrodo inferior, apenas uma coluna de eletrodos 12 sendo mostrada na Figura 1 para melhor clareza.
[0043] Adicionalmente, o sistema compreende um dispositivo de retenção 18, no qual a coluna de eletrodos 12 é suspensa e a partir do qual a coluna de eletrodos 12 se estende a partir de cima para o forno a arco voltaico 10 em uma direção substancialmente vertical através de um orifício na tampa do forno 20. O dispositivo de retenção 18 compreende um braço de suporte substancialmente horizontal 22, que é sustentado por um pilar substancialmente vertical 24. Em sua extremidade no lado do forno, o braço de suporte 22 apresenta um grampo 26, no qual a coluna de eletrodos 12 é recebida e o qual pode, por exemplo, compreender uma ou mais garras de fixação por meio das quais a coluna de eletrodos 12 é fixada no grampo 26 ou pode ser solta do grampo 26.
[0044] A coluna de eletrodos 12 é retida pelo dispositivo de retenção 18 em uma posição na qual a ponta, disposta dentro do forno a arco voltaico 10, da coluna de eletrodos 12 é localizada acima do material de entrada do forno a arco voltaico 10 em uma distância definida a partir do material de entrada. Com a aplicação de uma tensão elétrica entre o eletrodo inferior e a coluna de eletrodos 12, arcos podem ser atingidos entre a coluna de eletrodos 12 e o material de entrada do forno a arco voltaico 10 e o material de entrada pode ser fundido devido à energia térmica liberada pelo arco. A coluna de eletrodos 12 é energizada via o braço de suporte 22, que é produzido a partir de um material eletricamente condutivo para esta finalidade e é conectado a uma fonte de energia via cabos (não mostrados na Figura 1).
[0045] A fim de poder ajustar a altura da coluna de eletrodos 12, e, em particular, facilitar a alimentação da coluna de eletrodos 12 necessária como resultado do esgotamento do eletrodo 12 durante a operação de fusão do forno a arco voltaico 10, o dispositivo de retenção 18 é ajustável na altura, isto é, móvel na direção da seta 28. Adicionalmente, o dispositivo de retenção 18 pode ser levantado juntamente com a coluna de eletrodos 12 e preferivelmente juntamente com a tampa do forno 20 com relação ao forno a arco voltaico 10 e é pivotável em torno de um eixo vertical 30 a fim de poder abrir o forno a arco voltaico 10, por exemplo, depois de ter sido esvaziado, a fim de poder carregar o forno a arco voltaico 10 com novo material de entrada através da abertura do forno a arco voltaico 10 atribuída à tampa do forno 20.
[0046] Adicionalmente, o sistema compreende um dispositivo de transporte 32, que é construído como um dispositivo de guindaste com um trilho de guindaste substancialmente horizontal 34, um carro de guindaste 36 móvel ao longo do trilho de guindaste 34 na direção da seta 35 e um gancho de guindaste 40, que é suspenso no carro de guindaste 36 por um cabo 38 e pode ser levantado e abaixado em uma direção vertical com relação ao carro de guindaste 38 ao longo a seta 39. As posições e os percursos de movimento do dispositivo de transporte 32 e do dispositivo de retenção 18 são alinhados de tal modo que o carro de guindaste 36 seja móvel em uma posição verticalmente acima da posição do grampo 26 do dispositivo de retenção 18 no qual a coluna de eletrodos 12 recebida no grampo 26 é suspensa no dispositivo de transporte 32 ou pode se removida dele. Para esta finalidade, a coluna de eletrodos 12 pode ter um circuito (não mostrado especificamente na Figura 1) ou o dispositivo de transporte 32 pode ter um aparelho de acoplamento adequado para suspender a coluna de eletrodos 12 no mesmo. Novos eletrodos 14 podem ser transportados pelo dispositivo de transporte 32 para a coluna de eletrodos 12 e conectados à mesma, e a coluna de eletrodos 12 pode ser removida do dispositivo de retenção 18, caso necessário, ou alimentada no dispositivo de retenção 18.
[0047] Além disso, o sistema compreende um dispositivo de pesagem 42, que, na presente concretização, compreende um medidor de tensão 44 conectado ao lado superior do braço de suporte 22, que mede uma tensão produzida no braço de suporte 22 pelo peso da coluna de eletrodos 12, bem como uma célula de carga 46, que é conectada na região da conexão entre o braço de suporte 22 e o pilar 24 e é conectada ao braço de suporte 22 e ao pilar 24 de tal modo que possa executar medições de modo eficaz e balanças de guindaste 48 suspensas no carro de guindaste 36 do dispositivo de transporte 32 e dispostas entre o carro de guindaste 36 e o gancho de guindaste 40.
[0048] O medidor de tensão 44 e a célula de carga 46 servem, cada qual, para medir o peso da coluna de eletrodos 12 enquanto é retida pelo dispositivo de retenção 18, por exemplo, entre dois intervalos de operação de fusão consecutivos do forno a arco voltaico 10. As balanças de guindaste 48 servem para medir o peso da coluna de eletrodos 12 enquanto é suspensa a partir do dispositivo de transporte 32, por exemplo, enquanto a coluna de eletrodos 12 está sendo abaixada com relação ao forno a arco voltaico 10 e ao dispositivo de retenção 18 pelo dispositivo de transporte 32, por exemplo, depois de um novo eletrodo 14 ter sido fixado na coluna de eletrodos 12 por meio do bocal.
[0049] A determinação do peso da coluna de eletrodos 12 executada pelo dispositivo de pesagem 42 facilita a determinação precisa do consumo de material de eletrodo do forno a arco voltaico 10, a determinação do consumo sendo integrada na operação do forno a arco voltaico 10 de tal modo a poder ser executada em custo adicional mínimo. Na prática, o dispositivo de pesagem 42 pode, naturalmente, também compreender apenas dois ou um dos vários componentes do medidor de tensão 44, da célula de carga 46 e das balanças de guindaste 48 ilustrados na Figura 1.
[0050] A Figura 2 mostra uma vista detalhada de um dispositivo para determinar o consumo de material de eletrodo de um forno elétrico de acordo com uma concretização adicional, cujo dispositivo compreende balanças de guindaste 48, que apresentam um gancho 50 em uma extremidade para acoplamento com a coluna de eletrodos 12 e que apresentam um olhal 52 em sua outra extremidade para suspender as balanças de guindaste 48 em um gancho de guindaste 40 de um dispositivo de transporte 32, que é configurado, conforme mostrado na Figura 1. LISTA DE NUMERAIS DE REFERÊNCIA 10 Forno elétrico/forno a arco voltaico 12 Coluna de eletrodos 14 Eletrodo de grafite 16 Bocal roscado 18 Dispositivo de retenção 20 Tampa do forno 22 Braço de suporte 24 Pilar 26 Grampo 28 Seta 30 Eixo vertical 32 Dispositivo de transporte 34 Trilho de guindaste 35 Seta 36 Carro de guindaste 38 Cabo 39 Seta 40 Gancho de guindaste 42 Dispositivo de pesagem 44 Medidor de tensão 46 Célula de carga 48 Balanças de guindaste 50 Gancho 52 Olhal
Claims (11)
1. Método para determinar o consumo de material de eletrodo durante a operação de um forno a arco voltaico (10) para produzir aço, caracterizado pelo fato de o método compreender determinar o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos (12), que é disposta dentro do forno a arco voltaico (10) ou a ser introduzida no forno a arco voltaico (10), por meio de pelo menos um dispositivo de pesagem (42) em pelo menos dois momentos diferentes no tempo, e onde o dispositivo de pesagem (42) é configurado de tal modo que ele determina o peso de uma coluna de eletrodos (12) continuamente ou pelo menos quase continuamente com um resolução temporal de 1 a 500 Hz.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos (12) ser automaticamente determinado.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos (12) ser determinado antes e depois de um intervalo de operação de fusão do forno a arco voltaico (10).
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o peso ser determinado por um dispositivo de pesagem (42) integrado em um dispositivo de operação (18, 32) de um sistema que compreende o forno a arco voltaico (10), o dispositivo de pesagem (42) sendo preferivelmente integrado em um dispositivo de transporte (32), com o qual a coluna de eletrodos (12), que é disposta dentro do forno a arco voltaico (10) e retida no forno a arco voltaico (10) por um dispositivo de retenção (18), é recebida e transportada no forno a arco voltaico (10) e/ou transportada para fora do forno a arco voltaico (10), e/ou com o qual uma coluna de eletrodos (12) disposta fora do forno a arco voltaico (10) é transportada para o forno a arco voltaico (10), e/ou dispositivo de pesagem (42) é integrado em um dispositivo de retenção (18) por meio do qual a coluna de eletrodos (12) é mantida em posição durante a operação do forno a arco voltaico (10), preferivelmente em um dispositivo de ajuste do dispositivo de retenção (18), com a qual o dispositivo de retenção (18) é ajustável, por exemplo, ajustável na altura.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o peso de pelo menos uma coluna de eletrodos (12) ser determinado usando pelo menos um medidor de tensão (44), pelo menos um transdutor de força e/ou pelo menos um elemento de medição de pressão dispostos em um sistema hidráulico para ajustar um dispositivo de retenção (18) para a coluna de eletrodos (12), e preferivelmente usando um medidor de tensão metálico ou um medidor de tensão óptico.
6. Dispositivo para determinar o consumo de material de eletrodo de um forno a arco voltaico (10), em particular, um forno a arco voltaico (10) para produzir aço, caracterizado pelo fato de o dispositivo compreender pelo menos um dispositivo de pesagem (42) para determinar o peso em pelo menos dois momentos no tempo de pelo menos uma coluna de eletrodos (12) disposta no forno a arco voltaico (10) ou a ser introduzida no forno a arco voltaico (10), onde o dispositivo de pesagem (42) é configurado de tal modo que ele determina o peso de uma coluna de eletrodos (12) continuamente ou pelo menos quase continuamente com um resolução temporal de 1 a 500 Hz.
7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de ser projetado para determinar o peso da coluna de eletrodos (12) automaticamente.
8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de o dispositivo de pesagem (42) ser integrado em um dispositivo de transporte (32), que é projetado para receber a coluna de eletrodos (12), que é disposta dentro do forno a arco voltaico (10) e preferivelmente retida no forno a arco voltaico (10) por um dispositivo de retenção (18), e para transportá-la para dentro do forno a arco voltaico (10) e/ou transportá-la para fora do forno a arco voltaico (10) e/ou para transportar uma coluna de eletrodos (12) disposta fora do forno a arco voltaico (10) para o forno a arco voltaico (10).
9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o dispositivo de pesagem (42) ser integrado em um dispositivo de retenção (18) que é projetado para reter a coluna de eletrodos (12) durante a operação de fusão do forno a arco voltaico (10).
10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de o dispositivo de pesagem (42) ser integrado em um braço de suporte (22) do dispositivo de retenção (18).
11. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caracterizado pelo fato de o dispositivo de pesagem (42) compreender pelo menos um medidor de tensão (44), pelo menos um transdutor de força e/ou pelo menos um elemento de medição de pressão dispostos em um sistema hidráulico para ajustar um dispositivo de retenção (18) para a coluna de eletrodos (12), e preferivelmente compreende um medidor de tensão metálico ou um medidor de tensão óptico.
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