BR112016017890B1 - método para circular um banho de metal em um vaso metalúrgico e sistema de forno para realizar o método - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para circular um banho de metal (10) em um vaso metalúrgico (4), em que um gás de descarga é introduzido no banho de metal (10). A invenção refere-se adicionalmente (2) a um sistema de forno para realizar o método que tem um vaso metalúrgico (4). De acordo com a invenção, a fim de impedir danos ao sistema de forno (2) durante a circulação do banho de metal (10), o gás de descarga é introduzido no banho de metal (10) de maneira que o banho de metal (10) realize um fluxo direcionado predefinido. Propõe-se adicionalmente que o sistema de forno (2) tenha um dispositivo de medição (12) para monitorar um padrão de fluxo de um banho de metal (10) situado no vaso metalúrgico (4).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método para circular um banho de metal em um vaso metalúrgico, em que um gás de descarga é introduzido no banho de metal. A invenção refere-se adicionalmente a um sistema de forno para realizar o método que tem um vaso metalúrgico.

[002] Conhece-se o emprego de um método para tal sistema de forno na extração/processamento de metais, em particular, na produção de aço a partir de ferro bruto.

[003] Um exemplo de um método do tipo mencionado na introdu ção é o assim chamado processo LD para fabricação de aço (também denominado de processo Linz-Donawitz ou processo de fabricação de aço em forno básico a oxigênio). No processo LD, ferro bruto líquido, ao qual sucata pode ser adicionada, e um formador de escória, tal como, por exemplo, calcário ou dolomita, são preenchidos em um conversor (um vaso metalúrgico). O ferro bruto líquido e o formador de escória formam um banho de metal nessa situação. Uma lança de gás que é inserida centralmente através de uma abertura no lado superior do conversor é usada subsequentemente a fim de insuflar oxigênio pelo topo em uma alta pressão (até 1,2 MPa (12 bars)) sobre o banho de metal.

[004] Um propósito do processo LD é reduzir um conteúdo de elementos acompanhantes indesejados, tais como, por exemplo, carbono, silício, manganês, enxofre e/ou fósforo, no ferro bruto líquido (também denominado de "refinação" do ferro bruto). Quando o oxigênio é insuflado pelo topo, os elementos acompanhantes indesejados combustam e escapam como gases ou são ligados pelo formador de escória na forma de escória líquida.

[005] Altas temperaturas (2.500 a 3.000 °C) são produzidas em um centro de reação da combustão (o "ponto a arco") e uma turbulên- cia/circulação ocorre no banho de metal. A dita circulação garante que partes ainda não refinadas do banho de metal sejam trazidas em direção ao ponto a arco e os elementos acompanhantes situados nessas partes do banho de metal combustam.

[006] Opcionalmente, no processo LD, a fim de aprimorar a circu lação do banho de metal, um gás adicional, tal como, por exemplo, ar- gônio ou nitrogênio é insuflado no banho de metal como um gás de descarga com o auxílio de tampões inferiores (tampões porosos e/ou tampões que têm dutos de gás) que são incorporados em uma base do conversor.

[007] Há um problema conhecido com métodos do tipo mencio nado na introdução, em particular, com o processo LD, em que podem ocorrer vibrações (ondas) no banho de metal. As ditas vibrações no banho de metal são transferidas ao vaso metalúrgico no qual o banho de metal está situado, sendo que o resultado é que as vibrações do vaso metalúrgico são causadas. As vibrações do vaso metalúrgico são, por sua vez, transferidas aos elementos que são conectados ao vaso metalúrgico, tal como, por exemplo, mancais e/ou acionadores, que podem ser colocados sob alto estresse como resultado.

[008] As vibrações podem ser tão intensadas ou podem exibir tamanha amplitude (denominado a seguir para propósitos de simplicidade de "magnitude da vibração") que o método precisa ser interrompido a fim de evitar danos a um sistema cujo vaso metalúrgico forma uma parte, tal como, por exemplo, um sistema de forno. Pode ser particularmente necessário interromper o método caso a vibração tenha uma frequência próxima a uma frequência de ressonância do sistema devido ao fato de que em tal caso o sistema pode sofrer um desastre de ressonância. As interrupções do método resultam em longas dura- ções de processo, consequentemente, também em perdas na produtividade.

[009] Sob determinadas circunstâncias, as vibrações podem re sultar em uma mudança no alinhamento do vaso metalúrgico. Em seguida, pode ser necessário realinhar o vaso metalúrgico e tensionar novamente os freios de retenção para manter o vaso metalúrgico na posição do mesmo. Nesse caso, o método precisa ser interrompido igualmente, o que resulta em perdas adicionais na produtividade. O realinhamento do vaso metalúrgico e a nova colocação sob tensão dos freios de retenção resulta adicionalmente em um grande desgaste nas sapatas de freio dos freios de retenção.

[0010] Um sistema de suprimento de gás para um conversor é co nhecido a partir do documento no WO 2004/046390 A1, em que é fornecido um dispositivo restritor de influxo que está posicionado a montante dos jatos, ou associado aos mesmos, que reduz ou interrompe periodicamente a alimentação de gás no interior do forno.

[0011] Um forno para a remoção de impurezas a partir de fundi ções de metal é conhecido a partir do documento no DE 20 2012 103 082 U1. Meios, tais como, tampões inferiores ou lanças de descarga de gás para a entrega de gás de descarga, são fornecidos na área inferior do vaso de forno.

[0012] Um objetivo da invenção é fornecer um método para operar um sistema de forno e também um sistema de forno com qual os danos ao sistema de forno podem ser evitados e que possibilita o sistema de forno seja operado e produzido de maneira econômica.

[0013] Esse objetivo é alcançado, de acordo com a invenção, por um método para circular um banho de metal em um vaso metalúrgico e por um sistema de forno que tem os recursos em conformidade com a invenção. As modalidades e/ou desenvolvimentos vantajosos são definidos nas concretizações e também na descrição a seguir e podem se relacionar tanto ao método quanto também ao sistema de forno.

[0014] Em relação ao método, medidas foram tomadas para intro duzir um gás de descarga no banho de metal. O gás de descarga é introduzido no banho de metal por meio de uma disposição sistemática de posições de introdução de gás no vaso metalúrgico de tal maneira que o banho de metal transporte para fora um fluxo direcionado prede- finido, em que a fim de produzir e/ou manter o fluxo direcionado prede- finido, a introdução do gás de descarga é controlada/regulado, em que um dispositivo de medição que compreende pelo menos um sensor de vibração, pelo menos um sensor ultrassônico e/ou pelo menos um sensor optoeletrônico é usado para comprar um padrão de fluxo do banho de metal.

[0015] Em relação ao sistema de forno, é fornecido um vaso meta lúrgico para, por exemplo, refinar ferro bruto. Além disso, em relação ao sistema de forno, é fornecido um dispositivo de medição para monitorar um padrão de fluxo de um banho de metal situado no vaso metalúrgico, sendo que o dispositivo de medição compreende pelo menos um sensor de vibração, pelo menos um sensor ultrassônico e/ou pelo menos um sensor optoeletrônico.

[0016] Uma aplicação da invenção com o assim chamado proces so AOD (descarburação com oxigênio e argônio) é igualmente possível.

[0017] No presente contexto, um gás de descarga pode ser enten dido como qualquer gás que é introduzido no banho de metal e pode, desse modo, efetuar uma circulação do banho de metal, independente da possibilidade de o gás de descarga causar uma reação química no banho de metal e independente da possibilidade de o gás de descarga ser introduzido diretamente (por exemplo, através de uma atmosfera de gás) ou diretamente no banho de metal.

[0018] O fluxo direcionado predefinido produzido especificamente pela introdução do gás de descarga pode ser entendido como tal fluxo que exibe um padrão de fluxo predefinido. Isso significa que um padrão de fluxo predefinido é produzido/formado especificamente no banho de metal pela introdução do gás de descarga.

[0019] Além disso, a formação do padrão de fluxo predefinido po de ser alcançada por uma definição sistemática de um volume de fluxo de gás de descarga/pressão de gás de descarga em relação à introdução do gás de descarga (na posição de introdução de gás de descarga respectiva). No presente contexto, o volume de fluxo de gás de descarga pode ser entendido como um fluxo de volume do gás de descarga. Em particular, por meio da combinação de uma disposição sistemática das posições de introdução de gás de descarga e definição de um volume de fluxo de gás de descarga/pressão de gás de descarga é possível ter um efeito específico na formação de um padrão de fluxo, e o padrão de fluxo predefinido pode ser produzido, então, especificamente.

[0020] Em outras palavras, como resultado da disposição sistemá tica das posições de introdução de gás de descarga e/ou da definição sistemática do volume de fluxo de gás de descarga/pressão de gás de descarga, um padrão de fluxo pode ser "adaptado" de maneira desejada predefinida.

[0021] O padrão de fluxo predefinido ou o fluxo direcionado prede- finido pode ser ajustado a uma geometria do vaso metalúrgico. Por exemplo, o fluxo direcionado predefinido pode percorrer essencialmente ao longo de uma superfície de uma tara, em particular, na direção poloidal da tara. Tal curso do fluxo direcionado predefinido é conveniente, por exemplo, na situação em que o vaso metalúrgico é axialmente simétrico em relação a um eixo geométrico de simetria. O dito eixo geométrico de simetria é também convenientemente um eixo geométrico de simetria da tara.

[0022] A invenção baseia-se no conhecimento de que a magnitude de uma vibração do banho de metal e, portanto, também a magnitude de uma vibração do vaso metalúrgico, dependem do padrão de fluxo do banho de metal. No caso de um fluxo não direcionado, choques entre elementos de massa/fluido individuais do banho de metal são mais prováveis do que no caso de um fluxo direcionado no qual elementos de massa/fluido adjacentes, em contrapartida, ao fluxo não direcionado, têm (aproximadamente) as mesmas direções de movimento e velocidades. Uma conversão de energia de fluxo em energia de vibração resulta durante os choques entre os elementos de massa/fluido individuais do banho de metal. Portanto, no caso de um fluxo não direcionado (por conta de uma maior probabilidade de choque dos elementos de massa/fluido) é convertida em energia de vibração uma proporção da energia de fluxo dos mesmos maior do que no caso de um fluxo direcionado. Consequentemente, a magnitude da vibração do banho de metal e, desse modo, a magnitude da vibração do vaso metalúrgico, podem ser reduzidas caos o banho de metal transporte para fora um fluxo direcionado predefinido em vez de um fluxo não direcionado.

[0023] A invenção se baseia adicionalmente na consideração de que uma mistura mais uniforme do banho de metal também pode ser alcançada por meio do fluxo direcionado predefinido, entre outros, por conta de uma circulação mais intensa do banho de metal nas regiões marginais do mesmo. Isso se deve ao fato de que o fluxo direcionado predefinido pode ser ajustado em sua orientação a uma geometria do vaso metalúrgico. Como resultado de uma mistura mais uniforme do banho de metal, durações de processo mais curtas são possíveis a fim de alcançar uma qualidade/estado do banho de metal (por exemplo, um teor de carbono predefinido).

[0024] Isso é conveniente caso o gás de descarga seja introduzido no banho de metal com o uso de pelo menos um tampão inferior. Nes- sa situação, o gás de descarga pode ser introduzido diretamente no banho de metal. Alternativa ou adicionalmente ao tampão inferior, é possível usar um bocal a fim de introduzir o gás de descarga.

[0025] Conforme descrito acima, a fim de produzir e/ou manter o fluxo direcionado predefinido ou o padrão de fluxo predefinido, a introdução do gás de descarga é controlada/regulada. O/a contro- le/regulagem pode ocorrer com o uso de pelo menos uma válvula. De maneira preferencial, um volume de fluxo de gás de descarga ou uma pressão de gás de descarga é controlado/regulado, em particular, com o uso da válvula. De modo útil, o volume de fluxo de gás de descarga ao qual o tampão inferior é submetido é controlado/regulado ou a pressão de gás de descarga que atua sobre o tampão inferior no lado de entrada de gás do mesmo é controlada/regulada.

[0026] O/a controle/regulagem do volume de fluxo de gás de des carga ou da pressão de gás de descarga pode ocorrer com o uso de uma unidade de controle. De modo útil, um estado da válvula é contro- lado/regulado com o auxílio da unidade de controle. Uma frequência de comutação da válvula é mantida, de preferência, abaixo de um limite superior de frequência de comutação predefinida/configurável. A vida útil da válvula pode ser estendida dessa maneira.

[0027] De modo vantajoso, a introdução do gás de descarga é ini cialmente controlada e subsequentemente regulada. De preferência, a introdução do gás de descarga é controlada até um instante no tempo em que o fluxo direcionado predefinido foi formado/produzido, após isso o instante no tempo é regulado. Isso possibilita produzir o fluxo direcionado predefinido mais rapidamente.

[0028] De modo conveniente, o volume de fluxo de gás de descar ga é mantido acima de um volume de fluxo mínimo predefinido. O volume de fluxo mínimo é escolhido utilmente de modo que a pressão de gás de descarga em um lado de saída de gás do tampão inferior seja pelo menos tão grande quanto uma pressão de banho de metal no lado de saída de gás do tampão inferior. Desse modo, é possível impedir que o banho de metal penetre no tampão inferior. A pressão de banho de metal pode ser entendia como uma pressão que o banho de metal exerce sobre o lado de saída de gás do tampão inferior.

[0029] O volume de fluxo mínimo será, de preferência, determina- do/calculado com o uso da unidade de controle mencionada anteriormente. Um cálculo do valor mínimo pode incluir, entre outros: uma massa do banho de metal ou massas dos componentes do banho de metal e/ou uma pressão no vaso metalúrgico. Tais variáveis são passadas utilmente com parâmetros até a unidade de controle.

[0030] É vantajoso caso o volume de fluxo de gás de descarga exiba um curso de tempo pulsado, pulsante ou serrado. Isso possibilita um consumo de gás de descarga reduzido em relação a um consumo de gás de descarga em um volume de fluxo de gás de descarga temporariamente constante. O curso de tempo do volume de fluxo de gás de descarga pode exibir adicionalmente uma periodicidade. A periodicidade possibilita produzir ou manter um fluxo oscilante/giratório do banho de metal. Além disso, uma amplitude, uma frequência e/ou uma duração de pulso do volume de fluxo de gás de descarga pode ser variada durante o controle/regulagem do volume de fluxo de gás de descarga.

[0031] De preferência, o volume de fluxo de gás de descarga é mantido abaixo de volume de fluxo máximo predefinido/configurável. O consumo de gás de descarga pode ser reduzido adicionalmente dessa maneira.

[0032] Isso é adicionalmente vantajoso caso gases diferentes, em particular (primeiramente) oxigênio e (subsequentemente) pelo menos um gás inerte, sejam introduzidos em sucessão como gases de descarga no banho de metal.

[0033] Em particular, a fim de iniciar o fluxo direcionado predefini- do do banho de metal, o oxigênio pode ser introduzido no banho de metal como um gás de descarga. Por meio de uma reação química entre o oxigênio e os componentes do banho de metal, a formação do fluxo direcionado predefinido do banho de metal pode ser acelerada e/ou o consumo de gás de descarga pode ser reduzido devido ao fato de que a reação química entrega parte da energia exigida para formar o fluxo direcionado predefinido do banho de metal.

[0034] Além disso, pelo menos um gás inerte, tal como, por exem plo, nitrogênio ou um gás nobre, pode ser introduzido como um gás de descarga no banho de metal. De preferência, primeiramente nitrogênio e subsequentemente argônio são introduzidos no banho de metal. O nitrogênio pode ser introduzido como um gás de descarga no banho de metal por um período de tempo predefinido devido ao fato de que o nitrogênio é menos dispendioso que o argônio. Por fim, o argônio pode ser introduzido como um gás de descarga no banho de metal por um período de tempo mais curto a fim de transportar possíveis inclusões de nitrogênio para fora do banho de metal.

[0035] Ademais, com o uso de pelo menos uma lança de gás, um gás, em particular oxigênio, pode ser introduzido no banho de metal. Situação essa em que o gás pode ser introduzido diretamente, em particular, através de uma atmosfera de gás, no banho de metal.

[0036] A introdução do dito gás no banho de metal pode ser con- trolada/regulada igualmente, em particular, com o uso da dita unidade de controle. Além disso, a introdução do dito gás pode ocorrer acoplada à introdução do gás de descarga ou desacoplada da introdução do gás de descarga.

[0037] Em um desenvolvimento vantajoso, pelo menos uma variá vel de estado de uma vibração do vaso metalúrgico é determinada com o uso do dispositivo de medição. Tal variável de estado pode ser uma amplitude da vibração. Uma frequência da vibração pode ser, ademais, tal variável de estado. De modo conveniente, o padrão de fluxo do banho de metal é determinado com o uso da variável de estado.

[0038] Isso é vantajoso caso o gás de descarga seja introduzido no banho de metal de maneira que a variável de estado seja mantida fora de um intervalo de valor predefinido/configurado ou abaixo de um valor máximo predefinido/configurável. As interrupções do processo a fim de evitar danos a um sistema do qual o vaso metalúrgico é um componente, em particular, ao sistema de forno, pode ser eliminada desse modo.

[0039] O gás de descarga pode, então, por exemplo, ser introduzi do no banho de metal de maneira que a amplitude da vibração do vaso metalúrgico seja mantida abaixo de um valor máximo de amplitude predefinido/configurável. O gás de descarga pode também ser introduzido no banho de metal de maneira que a frequência da vibração do vaso metalúrgico seja mantida fora de um intervalo de frequência pre- definida/configurável. O intervalo de frequência é utilmente escolhido de maneira que a frequência de ressonância do sistema esteja dentro, em particular, centralmente dentro, do intervalo de frequência. Um desastre de ressonância que afeta o sistema pode ser evitado desse modo.

[0040] Em um desenvolvimento vantajoso, a fim de comprovar o padrão de fluxo do banho de metal, um registro de vídeo do banho de metal é feito com o auxílio de um sistema de câmera que compreende pelo menos uma câmera. De modo conveniente, o padrão de fluxo do banho de metal é determinado com o uso de uma pluralidade de imagens individuais do registro em vídeo.

[0041] De preferência, o gás de descarga é introduzido no banho de metal com o uso de uma pluralidade de tampões inferiores. O uso de uma pluralidade de tampões inferiores significa que o padrão de fluxo do banho de metal pode ser ajustado de maneira simples à geometria do vaso metalúrgico.

[0042] O gás de descarga pode ser introduzido no banho de metal de maneira que pelo menos dois dos tampões inferiores sejam submetidos aos volumes de fluxo de gás de descarga diferentes. Nessa situação, os volumes de fluxo de gás de descarga podem diferir, por exemplo, na amplitude, frequência e/ou fase dos mesmos.

[0043] Além disso, o gás de descarga pode ser introduzido no ba nho de metal de maneira que pelo menos dois dos tampões inferiores sejam submetidos aos volumes de fluxo de gás de descarga iguais.

[0044] De preferência, pelo menos um parâmetro é passado à uni dade de controle, em que esse parâmetro tem um efeito em um comportamento de controle/regulagem da unidade de controle. Tal parâmetro pode ser uma massa de um componente do banho de metal, tal como, por exemplo, a massa de um metal líquido, a massa de um formador de escória adicionado ou a massa de sucata adicionada. De modo conveniente, para cada componente do banho de metal, a massa do componente respectivo é passada à unidade de controle. Outro tal parâmetro pode ser um teor de um elemento acompanhante no metal líquido, tal como por exemplo, um teor de carbono.

[0045] O vaso metalúrgico é, de preferência, um conversor para refinar o ferro bruto. De preferência, o vaso metalúrgico é simétrico de maneira essencialmente axial. De modo conveniente, o vaso metalúrgico é equipado com um com um revestimento refratário. Além disso, o vaso metalúrgico compreende de modo conveniente um furo de corrida para descarregar o banho de metal. Pelo menos uma lança de gás, em particular, uma lança de gás extensível, pode ser inserida através de uma abertura em um lado superior do vaso metalúrgico.

[0046] Utilmente, um sistema de suprimento de gás é fornecido para introduzir um gás de descarga no banho de metal. O dito sistema de suprimento de gás pode compreender, entre outros, pelo menos uma linha de gás, pelo menos uma válvula e/ou pelo menos um tampão inferior. Além disso, a lança de gás mencionada anteriormente pode ser um componente do sistema de suprimento de gás.

[0047] Ademais, pode ser fornecida uma unidade de controle que é instalada a fim de controlar/regular tal sistema de suprimento de gás, em particular, a fim de controlar/regular o sistema de suprimento de gás mencionado anteriormente. A unidade de controle é instalada, de preferência, fim de controlar/regular pelo menos uma válvula do sistema de suprimento de gás.

[0048] Em uma modalidade vantajosa, pelo menos um tampão in ferior para introduzir o gás de descarga no banho de metal é disposto em uma parede do vaso metalúrgico, de preferência, na base do mesmo. O dito tampão inferior pode ser um componente do sistema de suprimento de gás.

[0049] De preferência, uma pluralidade de tampões inferiores está disposta na base do vaso metalúrgico. Além disso, uma disposição dos tampões inferiores pode exibir um eixo geométrico de simetria que é também um eixo geométrico de simetria do vaso metalúrgico. Os tampões inferiores podem ser, por exemplo, dispostos em um modo circular, em particular, na forma de círculos concêntricos, na base do vaso metalúrgico.

[0050] Além disso, pelo menos um sensor de fluxo para medir um volume de fluxo de gás de descarga e/ou pelo menos um sensor de pressão para medir uma pressão de gás de descarga pode ser fornecido. O sensor de fluxo ou o sensor de pressão pode ser igualmente um componente do sistema de suprimento de gás.

[0051] O sistema de suprimento de gás tem utilmente pelo menos uma linha de gás que está conectada a um dentre os tampões inferio- res ou à lança de gás. A pelo menos uma linha de gás pode ser equipada com tal sensor de fluxo para medir um volume de fluxo de gás de descarga e/ou tal sensor de pressão para medir uma pressão de gás de descarga. Ademais, a pelo menos uma linha de gás pode ser equipada com uma válvula, em particular, uma válvula que pode ser con- trolada/regulada eletricamente. A válvula pode ser incorporada, entre outros, como uma válvula proporcional ou digital.

[0052] De preferência, o sistema de suprimento de gás compreen de uma pluralidade de linhas de gás. Em cada caso, as ditas linhas de gás podem ser equipadas com uma válvula, em particular, tal válvula proporcional ou digital que pode ser controlada/regulada eletricamente. Além disso, as válvulas podem ser controladas/reguladas independentemente umas das outras Ademais, em cada caso, as linhas de gás podem ser equipadas com tal sensor de fluxo para medir um volume de fluxo de gás de descarga e/ou com tal sensor de pressão para medir uma pressão de gás de descarga. De modo conveniente, em cada caso, as linhas de gás do sistema de suprimento de gás estão conectadas a um dentre os tampões inferiores ou à lança de gás.

[0053] Pelo menos dois dos tampões inferiores podem ser agru pados para formar um grupo de tampões inferior, em que uma alimentação de gás de descarga aos tampões inferiores individuais do grupo de tampões inferior pode ser controlada/regulada com o uso de uma válvula comum.

[0054] Isso é conveniente caso o dispositivo de medição esteja conectado a uma unidade de controle, em particular, à unidade de controle mencionada anteriormente instalada a fim de controlar/regular o sistema de suprimento de gás. O dispositivo de medição pode ser conectado, por exemplo, à unidade de controle com o uso de uma linha de dados. Isso possibilita retornar os sinais de medição capturados pelo dispositivo de medição à unidade de controle.

[0055] A unidade de controle pode ser incorporada adicionalmente como um regulador de uma instalação de regulamento.

[0056] Isso é conveniente adicionalmente, caso o dispositivo de medição seja instalado a fim de comprovar pelo menos uma variável de estado da vibração do vaso metalúrgico, em particular, uma amplitude e/ou frequência da vibração.

[0057] Compreende uma pluralidade de sensores de vibração, uma pluralidade de sensores ultrassônicos e/ou uma pluralidade de sensores optoeletrônicos. Isso se deve ao fato de que uma pluralidade de tais sensores facilita comprovar o padrão de fluxo do banho de metal e/ou localizar qualquer desvio de um fluxo de corrente do banho de metal a partir do fluxo direcionado predefinido. Alternativa ou adicionalmente aos ditos sensores, o dispositivo de medição pode compreender um sistema de câmera.

[0058] Isso é conveniente adicionalmente caso a unidade de con trole seja instalada a fim de comprovar o padrão de fluxo do banho de metal com o uso de pelo menos uma variável de estado da vibração do vaso metalúrgico e/ou com o uso de uma pluralidade de imagens individuais a partir de um registro em vídeo produzido como auxílio do sistema câmera.

[0059] A unidade de controle pode ser configurada de tal maneira que, durante o controle/regulagem de uma variável de contro- le/regulagem, tal como, por exemplo, o volume de fluxo de gás de descarga, pelo menos um parâmetro que influencia uma dinâmica do comportamento de controle/regulagem da instalação de regulagem seja considerado. Tal parâmetro pode ser, por exemplo, um tempo de atuação de uma dentre as válvulas ou um tempo de reação de um dentre os sensores.

[0060] A descrição fornecida até agora das modalidades vantajo sas contém inúmeros recursos que são registrados, agrupados distin- tamente em parte, nas concretizações. No entanto, os ditos recursos podem também ser considerados e agrupados convenientemente para formar combinações adicionais significativas. Em particular, os ditos recursos podem, em cada caso, ser combinados individualmente e em qualquer combinação adequada desejada com o método/sistema de forno da invenção.

[0061] As propriedades, recursos e vantagens da invenção, con forme descrito acima, e também a maneira em que são alcançadas serão compreensíveis mais clara e obviamente em combinação com a descrição a seguir das modalidades exemplificativas que são explicadas com referência aos desenhos. As modalidades exemplificativas servem para explicar a invenção e não restringem a invenção à combinação de recursos indicadas nas mesmas, sequer em relação a recursos funcionais. Além disso, os recursos adequados de cada modalidade exemplificativa também podem ser considerados explicitamente em isolação, removidos de uma modalidade exemplificativa, incorporados em outra modalidade exemplificativa para complementar a mesma e/ou combinados em qualquer concretização.

[0062] Nos desenhos:

[0063] A figura 1 mostra um sistema de forno que tem um vaso metalúrgico, um sistema de suprimento de gás e uma unidade de controle, a figura 2 mostra uma seção em perspectiva através do vaso metalúrgico da figura 1, a figura 3 mostra adicionalmente um sistema de forno que tem um vaso metalúrgico, um sistema de suprimento de gás e uma unidade de controle e a figura 4 mostra um diagrama que ilustra um exemplo de um curso de tempo de um volume de fluxo de gás de descarga.

[0064] A figura 1 mostra uma vista esquemática de um sistema de forno 2 que tem um vaso metalúrgico 4, um sistema de suprimento de gás 6 e uma unidade de controle 8.

[0065] Na presente modalidade exemplificativa, o vaso metalúrgico 4 é um conversor para refinar ferro bruto. Há situado no vaso metalúrgico 4 um banho de metal 10 que contém ferro bruto líquido, um formador de escória e também sucata. Ademais, o ferro bruto líquido contém elementos acompanhantes indesejados, tais como, por exemplo, carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo.

[0066] O sistema de forno 2 tem adicionalmente um dispositivo de medição 12 para monitorar um padrão de fluxo do banho de metal 10. O dispositivo de medição 12 compreende uma pluralidade de sensores de vibração 14 que são encaixados no vaso metalúrgico 4 e são conectados, em cada caso, por meio de uma linha de dados 16 à unidade de controle 8. (Dois dos sensores de vibração 14 são ilustrados na figura 1 a título de exemplo.)

[0067] O dispositivo de medição 12 é instalado adicionalmente a fim de comprovar duas variáveis de estado de uma vibração do vaso metalúrgico 4, a saber, a amplitude da vibração e a frequência da vibração. A unidade de controle 8 é instalada a fim de comprovar um padrão de fluxo do banho de metal 10 a partir das variáveis de estado determinadas da vibração.

[0068] A princípio, em vez dos sensores de vibração 14 ou além dos sensores de vibração 14, o dispositivo de medição 12 pode ter pelo menos um sensor ultrassônico e/ou pelo menos um sensor optoele- trônico para comprovar as variáveis de estado.

[0069] O sistema de suprimento de gás 6 compreende uma plura lidade de tampões inferiores 18 para introduzir um gás de descarga no banho de metal 10. Os ditos tampões inferiores 18 estão dispostos em uma base 20 do vaso metalúrgico 4. Nessa situação, os tampões inferiores 18 estão dispostos na forma de dois círculos concêntricos ("cír- culos de tampão inferior") que, no entanto, não podem ser vistos na figura 1. Na seção do vaso metalúrgico 4 mostrado na figura 1, podem ser vistos apenas dois dos tampões inferiores 18 da parte interior dos dois círculos de tampão inferior concêntricos e dois dos tampões inferiores 18 da parte exterior dos dois círculos de tampão inferior concêntricos. Para uma ilustração em que a dita disposição dos tampões inferiores 18 pode ser vista, a referência deve ser feita à figura 3.

[0070] O sistema de suprimento de gás 6 compreende adicional mente uma lança de gás extensível 22 para introduzir um gás no banho de metal 10. O sistema de suprimento de gás 6 compreende também uma pluralidade de linhas de gás 24. Uma dentre as ditas linhas de gás 24 está conectada à lança de gás 22. O restante das ditas linhas de gás 24 está conectado aos tampões inferiores 18.

[0071] Cada uma das linhas de gás 24 é equipada com um sensor de fluxo 26 para medir um volume de fluxo de gás de descarga. Os sensores de fluxo 26 são conectados, cada um, por meio de uma linha de dados 16 à unidade de controle 8.

[0072] A princípio, qualquer número desejado das linhas de gás 24 pode incluir sensores de pressão para medir uma pressão de gás de descarga em vez de tais sensores de fluxo 26 ou além de tais sensores de fluxo 26.

[0073] Além disso, cada uma das linhas de gás 24 é equipada com uma válvula 28 que pode ser controlada/regulada eletricamente. Na presente modalidade exemplificativa, as válvulas 28 são incorporados como válvulas proporcionais. Em cada caso, as válvulas 28 estão conectadas por meio de uma linha de dados 16 à unidade de controle 8 de modo que os comandos de controle/regulagem possam ser passados da unidade de controle 8 até as válvulas 28. Além disso, as válvulas 28 podem ser controladas/reguladas independentemente uma da outra por meio da unidade de controle 8 de modo que os tampões infe- riores 18 possam ser submetidos aos volumes de fluxo de gás de descarga diferentes, os volumes de fluxo de gás de descarga podem definir um do outro, em particular na amplitude, frequência e/ou fase dos mesmos.

[0074] Um sensor de pressão 30 para medir uma pressão de gás no vaso metalúrgico 4 está disposto na lança de gás 22. O dito sensor de pressão 30 está conectado igualmente por meio de uma linha de dados 16 à unidade de controle 8.

[0075] Além disso, a unidade de controle 8 é instalada a fim de modificar o comportamento de controle/regulagem da mesma como uma função dos parâmetros que podem ser passados para a unidade de controle 8.

[0076] Primeiramente, uma massa do ferro bruto líquido, uma massa da sucata adicionada e uma massa do formador de escória são passadas como parâmetros à unidade de controle 8. Os níveis de teor dos elementos acompanhantes no ferro bruto líquido também são passados como parâmetros à unidade de controle 8.

[0077] Por meio da lança de gás 22, o oxigênio é introduzido no banho de metal 10/insuflado no banho de metal 10 em uma pressão de aproximadamente 1 MPa (10 bars). Os elementos acompanhantes indesejados no banho de metal 10 combustam nessa situação e escapam como gases ou são ligados pelo formador de escória na forma de escória líquida. Uma circulação do banho de metal 10 também ocorre quando o oxigênio é insuflado pelo topo.

[0078] Inicialmente, o oxigênio, em seguida, o nitrogênio e, por fim, o argônio são introduzidos como gases de descarga através dos tampões inferiores 18 diretamente no banho de metal 10, sendo que o nitrogênio é introduzido no banho de metal 10 por um período de tempo mais longo do que o oxigênio ou o argônio. A introdução dos gases de descarga no banho de metal 10 causa uma circulação adicional do banho de metal 10.

[0079] O gás respectivo que é introduzido como um gás de des carga no banho de metal através dos tampões inferiores 18 é introduzido no vaso metalúrgico 4 de maneira que o banho de metal 10 transporta para fora um fluxo direcionado. Nessa situação, o volume de fluxo de gás de descarga respectivo ao qual os tampões inferiores 18 são submetidos é determinado com o uso dos sensores de fluxo mencionados anteriormente 26 e controlado/regulado com o uso das válvulas mencionadas anteriormente 28, sendo que as definições de válvula para a válvulas 28 são controladas/reguladas com o auxílio da unidade de controle 8.

[0080] Além disso, um atual volume de fluxo de oxigênio ao qual a lança de gás 22 é submetida e também uma duração da insuflação de oxigênio pelo topo são alcançados e passados como parâmetros à unidade de controle 8. Além disso, a pressão de gás no vaso metalúrgico 4 é determinada com o auxílio do sensor de pressão 30 que está disposto na lança de gás 22 e a pressão de gás determinada é passada como um parâmetro à unidade de controle 8.

[0081] Um padrão de fluxo do banho de metal 10 é determinado com o uso do dispositivo de medição 12. Nesse caso, a amplitude e a frequência da vibração do vaso metalúrgico 4 são determinadas com o auxílio do dispositivo de medição 12 e transferidas à unidade de controle 8. A unidade de controle 8, por sua vez, usa a amplitude e/ou a frequência para comprovar o padrão de fluxo do banho de metal 10.

[0082] Além disso, o gás de descarga é introduzido no banho de metal 10 de maneira que a frequência da vibração seja mantida fora de um intervalo de frequência configurável. O intervalo de frequência é escolhido de modo que nessa situação uma frequência de ressonância do sistema de forno 2 esteja dentro do intervalo de frequência. Além disso, o gás de descarga é introduzido no banho de metal 10 de ma- neira que a amplitude da vibração seja mantida abaixo de um valor máximo de amplitude configurável.

[0083] A figura 2 mostra uma seção em perspectiva através do vaso metalúrgico da figura 1,

[0084] O vaso metalúrgico 4 é equipado com o revestimento refra tário 32. O vaso metalúrgico 4 tem um furo de corrida 36 na parede 34 do mesmo para descarregar o banho de metal 10 situado no vaso metalúrgico 4. Com exceção do furo de corrida 36 na parede 34, o vaso metalúrgico 4 é simétrico de maneira essencialmente axial em relação a um eixo geométrico de simetria 38.

[0085] No lado superior do mesmo, o vaso metalúrgico 4 tem uma abertura 40 através do qual a lança de gás 22 é inserida. A lança de gás 22 está disposta no presente contexto ao longo do eixo geométrico de simetria 38. Para propósitos de esclarecimento, o sensor de pressão 30 disposto sobre as lança de gás 22 para medir a pressão de gás no vaso metalúrgico 4 (consulte a figura 1) não é mostrado na figura 2.

[0086] Os tampões inferiores 18 para introduzir o gás de descarga no banho de metal 10 estão dispostos na forma de dois círculos de tampão inferior concêntricos na base 20 do vaso metalúrgico. No presente contexto, os tampões inferiores 18 são radialmente simétricos em relação ao eixo geométrico de simetria 38 do vaso metalúrgico 4.

[0087] Além disso, são mostradas na figura 2 quatro setas traceja das que estão destinadas a indicar uma direção de fluxo predefinida preferencial 42 do banho de metal 10. O fluxo direcionado predefinido do banho de metal 10 percorre, de preferência, na direção poloidal de uma tara (não mostrada) cujo eixo geométrico simetria também é o eixo geométrico de simetria 38 do vaso metalúrgico 4. De preferência, quando o fluxo direcionado predefinido comuta de um movimento para cima para um movimento para baixo, o mesmo se move na direção contrária ao eixo geométrico de simetria 38.

[0088] A figura 3 mostra uma vista esquemática de um sistema de forno adicional 2 que tem um vaso metalúrgico 4, um sistema de suprimento de gás 6 e uma unidade de controle 8.

[0089] A descrição a seguir discutida em combinação com a figura 3 está essencialmente restrita às diferenças da modalidade exemplifi- cativa na figura 1 à qual a referência deve ser feita em relação aos recursos e funções restantes da mesma. Os componentes que permanecem essencialmente os mesmos são numerados basicamente com o uso dos mesmos caracteres de referência e os recursos não mencionados não são aplicados na modalidade exemplificativa a seguir sem que sejam descritos novamente.

[0090] O dispositivo de medição 12 do sistema de forno adicional mente 2 compreende um sistema de câmera 44 que está disposto sobre a lança de gás e compreende pelo menos uma câmera. Além disso, o sistema de câmera 44 está conectado à unidade de controle 8 por meio de uma linha de dados 16.

[0091] A unidade de controle 8 está instalada a fim de comprovar o padrão de fluxo do banho de metal 10 com o uso de uma pluralidade de imagens individuais a partir de um registro em vídeo do banho de metal 10 produzido com o auxílio do sistema de câmera 44.

[0092] Em vez de comprovar as variáveis de estado da vibração do vaso metalúrgico 4, conforme ocorre na modalidade exemplificativa da figura 1, um registro em vídeo do banho de metal 10 é produzido com o auxílio do sistema de câmera 44. Uma pluralidade de imagens individuais do registro em vídeo é transferida por meio de da dita linha de dados 16 à unidade de controle 8 que compra o padrão de fluxo do banho de metal 10 com o uso das imagens individuais.

[0093] Na presente modalidade exemplificativa, os tampões inferi ores 18 da parte interior dos dois círculos de tampão inferior são agru- pados em um grupo de tampões inferior. Os ditos tampões inferiores 18 são submetidos aos mesmos volumes de fluxo de gás de descarga devido ao fato de que os ditos tampões inferiores 18 estão conectados a uma linha de gás comum 24, e uma alimentação de gás de descarga aos ditos tampões inferiores 18 pode ser controlada/regulada com o uso de uma válvula comum 28. Consequentemente, os tampões inferiores 18 da parte interior dos dois círculos de tampão inferior são sem-pre submetidos aos mesmos volumes de fluxo de gás de descarga. Os tampões inferiores 18 da parte exterior dos dois círculos de tampão inferior são submetidos aos volumes de fluxo de gás de descarga diferentes devido ao fato de que os ditos tampões inferiores 18 estão conectados, em cada caso, a uma linha de gás separada 24, e uma alimentação de gás de descarga aos ditos tampões inferiores 18 pode ser controlada/regulada, em cada caso, com o uso de uma válvula comum 28.

[0094] A figura 4 mostra um diagrama que ilustra um exemplo de um curso de tempo de um volume de fluxo de gás de descarga ao qual um dentre os tampões inferiores 18 está submetido ou uma pluralidade dos tampões inferiores 18 está submetida.

[0095] Um tempo t é plotado no eixo geométrico x do diagrama, ao passo que um volume de fluxo de gás de descarga Q é plotado no eixo geométrico y do diagrama.

[0096] A introdução do gás de descarga no banho de metal 10 é iniciada instante no tempo t0. Até o instante no tempo t1, o volume de fluxo de gás de descarga Q é controlado com o uso da unidade de controle 8. (Em outras palavras, os sinais de medição medidos pelos sensores de fluxo 26 não são retornados à unidade de controle 8). Desse modo, deve ser possível produzir rapidamente o fluxo direcionado predefinido do banho de metal 10. A fim de produzir o fluxo direcionado predefinido, até o instante no tempo t1, o volume de fluxo de gás de descarga Q tem um curso de tempo serrado, em que uma amplitude e uma frequência do volume de fluxo de gás de descarga Q aumenta com o tempo t.

[0097] No instante no tempo t1, o fluxo direcionado predefinido do banho de metal 10 foi formado. A partir desse instante no tempo, o volume de fluxo de gás de descarga Q é regulado com o uso da unidade de controle 8. (Em outras palavras, os sinais de medição medidos pelos sensores de fluxo 26 são retornados à unidade de controle 8). A fim de manter o fluxo direcionado predefinido, a partir do instante no tempo t1, o volume de fluxo de gás de descarga Q tem um curso de tempo pulsante.

[0098] O volume de fluxo de gás de descarga Q é mantida acima de um volume de fluxo mínimo Qmin predefinido pela unidade de controle 8 durante todo o período de tempo representado. O volume de fluxo mínimo Qmin é definido pela unidade de controle 8 de modo que uma pressão de gás de descarga em um lado de saída de gás do tampão inferior/tampões inferiores 18 seja pelo menos tão grande quanto a pressão de banho de metal no lado de saída de gás do tampão inferior/tampões inferiores 18. O banho de metal 10 deve ser, então, impedido de penetrar no tampão inferior/tampões inferiores 18. A pressão de banho de metal é calculada pela unidade de controle 8 a partir da pressão de gás no vaso metalúrgico 4 e partir das massas dos componentes do banho de metal 10.

[0099] Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita detalha damente por meio de modalidades exemplificativas preferenciais, a invenção não se limita aos exemplos revelados e outras variações podem ser derivadas dos mesmos sem que haja afastamento do escopo de proteção da presente invenção.

Claims (13)

1. Método para circular um banho de metal (10) em um vaso metalúrgico (4), em que um gás de descarga é introduzido no banho de metal (10), caracterizado pelo fato de que o gás de descarga é introduzido no banho de metal (10) por meio de uma disposição sistemática de posições de introdução de gás no vaso metalúrgico (4) de tal maneira que o banho de metal (10) realize um fluxo direcionado predefi- nido, sendo que, a fim de produzir e/ou manter o fluxo direcionado predefinido, a introdução do gás de descarga é controlada/regulada, sendo que com o uso de um dispositivo de medição (12), que compreende pelo menos um sensor de vibração (14), pelo menos um sensor ultrassônico e/ou pelo menos um sensor optoeletrônico, é determinado um padrão de fluxo do banho de metal (10).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás de descarga é introduzido no banho de metal (10) com o uso de pelo menos um tampão inferior (18).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um volume de fluxo de gás de descarga (Q) ou uma pressão de gás de descarga é controlado/regulado com o uso de pelo menos uma válvula (28).

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o volume de fluxo de gás de descarga (Q) apresenta um curso de tempo pulsado, pulsante ou serrado.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que diferentes gases, em particular, oxigênio e pelo menos um gás inerte, são introduzidos em sucessão como gases de descarga no banho de metal (10).

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma variável de estado de uma vibração do vaso metalúrgico (4), em particular, uma amplitude e/ou uma frequência da vibração, é determinada com o uso do dispositivo de medição (12) e o padrão de fluxo do banho de metal (10) é determinado com o uso da variável de estado.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o gás de descarga é introduzido no banho de metal (10) de maneira que a variável de estado seja mantida fora de um intervalo de valor predefinido/configurado ou abaixo de um valor máximo predefinido/configurável.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o gás de descarga é introduzido no banho de metal (10) com o uso de uma pluralidade de tampões inferiores (18).

9. Sistema de forno (2) para realizar um método, como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, apresentando um vaso metalúrgico (4), caracterizado por um dispositivo de medição (12) para monitorar um padrão de fluxo de um banho de metal (10) situado no vaso metalúrgico (4), sendo que o dispositivo de medição (12) compreende pelo menos um sensor de vibração (14), pelo menos um sensor ultras- sônico e/ou pelo menos um sensor optoeletrônico.

10. Sistema de forno (2), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o vaso metalúrgico (4) é um conversor para refinar ferro bruto.

11. Sistema de forno (2), de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado por um sistema de suprimento de gás (6) para introduzir um gás de descarga no banho de metal (10), em particular, apresentando pelo menos uma linha de gás (24), pelo menos uma válvula (28) e/ou pelo menos um tampão inferior (18) e/ou uma unidade de controle (8) que é preparada a fim de controlar/regular tal sistemade suprimento de gás (6).

12. Sistema de forno (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado por pelo menos um tampão inferior (18) que está disposto em uma base (20) do vaso metalúrgico (4) para introduzir um gás de descarga no banho de metal (10).

13. Sistema de forno (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado por pelo menos um sensor de fluxo (26) para medir um volume de fluxo de gás de descarga (Q) e/ou pelo menos um sensor de pressão para medir uma pressão de gás de descarga.

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