BR112020015178B1 - Tampão de purga de gás, sistema de purga de gás, método para caracterização de um tampão de purga de gás, e método para purga de um fundido de metal - Google Patents

Abstract

TAMPÃO DE PURGA DE GÁS, SISTE-MA DE PURGA DE GÁS, MÉTODO PARA CARACTERIZAÇÃO DE UM TAMPÃO DE PURGA DE GÁS, E MÉTODO PARA PURGA DE UM FUNDIDO DE METAL. Sistema de purga de gás compreendendo um tampão de purga de gás (10) e tampão de purga de gás (10) para aplicações metalúrgicas, e um tubo de suprimento de gás (30) conectado ao tampão de purga de gás (10), o tampão de purga de gás (10) com um corpo refratário cerâmico (10k) com uma primeira extremidade (10u) e uma segunda extremidade (10o); a segunda extremidade (10o) está na posição montada do tampão de purga de gás (10) em contato com um fundido de metal (41); a primeira extremidade (10u) é pelo menos parcial-mente coberta com uma tampa de metal (12.1), a tampa de metal (12.1) compre-ende uma abertura (16) a qual opcionalmente um adaptador de suprimento de gás (20) é conectado; o tampão de purga de gás (10) é designado de tal modo que um gás de purga que é suprido via o tubo de suprimento de gás (30) à abertura (16) escoa através do corpo (10k), e sai do corpo (10k) na segunda ex-tremidade (10o); e no qual pelo menos um sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) está em contato com a tampão de (...).

Description

Descrição

[0001] A invenção se relaciona a um tampão de purga de gás, um sistema de purga de gás para tratamento de um fundido de metal, um método para ca-racterização de um tampão de purga de gás, e um método para purga de um fundido de metal com um sensor eletrônico para a detecção de uma oscilação de uma vibração mecânica.

[0002] Um elemento de purga de gás, também denominado tampão de purga de gás, é usado para introdução de gases ou, se aplicável, também misturas de gás/sólido, em um fundido que é para ser tratado, especialmente um fundido de metal/fundido metalúrgico. Durante o processo de purga, o fluido de tratamento gasoso é conduzido ao longo de canais correspondentes/fendas em um tampão de purga de gás com porosidade direcionada, ou ao longo de um volume de poro irregular correspondente um tampão de purga de gás com porosidade aleatória.

[0003] Tal tampão de purga de gás geralmente compreende um corpo re fratário cerâmico (à prova de fogo) corpo com uma primeira e segunda extre-midade, a segunda extremidade está na posição montada do tampão de purga de gás em contato com um fundido de metal, a primeira extremidade é coberta com uma tampa de metal, que compreende uma abertura. O tampão de purga de gás é designado de tal modo que um gás de tratamento, suprido/entrando via a abertura da tampa de metal, escoa através do corpo e sai do corpo na segunda extremidade. Tal tampão de purga de gás pode ser instalado em vários tipos de vasos metalúrgicos, tal como uma concha, um conversor, etc., onde ele é usado para introduzir um gás em um fundido de metal, por exemplo, de modo a facilitar um movimento do fundido (também denominado agitação), ou para induzir reações metalúrgicas. Um efeito exemplar da introdução de gases inertes em um fundido de metal é o aperfeiçoamento do grau de pureza do aço (limpeza do aço), devido a um transporte de contaminações não metálicas para a escória e devido à uma redução de gases (ver, por exemplo, “Ein- satz und Verschleiβ von Spülsteinen in der Sekundarmetallurgie”, Bernd Gra- bner, Hans Hoffgen, Radex-Rundschau, Heft 3, 1983, page 179ff).

[0004] Tampões de purga exemplares são revelados em EP 1 101 825 A1 ou EP 2 703 761 B1. US 2008/0047396 A1 revela um método que consiste na introdução de uma agitação de gás através do fundo do vaso, no recebimento de uma vibração mecânica mesurável por pelo menos um sensor fixado ao vaso, ou à estrutura de suporte deste, na filtração dos sinais de vibração assim detectados por vários filtros, no sequenciamento de referidas respostas, na exposição de cada sequência para o cálculo de um quadrado médio de movimento temporal, na extração do valor efetivo total RMS (para 'Root Mean Square') do sinal de vibração medido deste, no qual referido valor efetivo é usado para controlar a taxa de fluxo de gás de agitação suprido ao vaso. A US 6.264.716 B1 revela um processo para agitação de aço fundido em um recipiente, onde gás argônio é introduzido no recipiente, na medida da qual referido recipiente é impelido a vibrar é medida, sinais análogos são produzidos correspondentes à taxa de fluxo de gás argônio no referido recipiente, os sinais análogos são amostrados e convertidos a sinais digitais, os sinais digitais são transformados por sujeição dos mesmos a rápida transformada de Fourier, e os sinais digitais transformados são avaliados.

[0005] Os inventores compreenderam que para uma purga eficiente de um fundido de metal, especialmente com relação a remoção de impurezas não me-tálicas, é importante conhecer e controlar a distribuição (por exemplo, quantidade e tamanho) das bolhas de gás introduzidas pelo tampão de purga. Para fluxos de volume de gás diferentes através do tampão de purga de gás, distribuições de bolha de gás diferentes serão alcançadas. Devido ao uso do tampão de purga, a distribuição de bolhas de gás introduzidas em um fundido pode variar com o tempo, mesmo em um fluxo de volume de gás constante. Distri- buições de bolha de gás diferentes podem conduzir a resultados diferentes durante purga de um fundido de metal, especialmente com relação a remoção de impurezas. Também tampões de purgas diferentes podem ter uma variança em sua distribuição de bolha de gás devido a varianças de produção. De modo a documentar a qualidade do aço produzido, é desejável documentar os parâmetros de purga de um fundido de metal, especialmente com relação a remoção de impurezas. É também desejável ser capaz de reproduzir uma certa distribuição de bolha de gás para alcançar qualidade constante na produção de aço.

[0006] Portanto, é um objetivo da invenção proporcionar um tampão de purga de gás, um sistema de purga de gás para tratamento de um fundido de metal, um método para caracterização de um tampão de purga de gás, e um método para purga de um fundido de metal, que permite uma confiabilidade de produção aperfeiçoada durante a produção de aço, especialmente durante o tratamento de purga do aço.

[0007] É outro objetivo da invenção proporcionar um tampão de purga de gás, um sistema de purga de gás para tratamento de um fundido de metal, um método para caracterização de um tampão de purga de gás, e um método para purga de um fundido de metal, que permite um tratamento reproduzível de um fundido de metal com um gás.

[0008] O objetivo é alcançado de acordo com a invenção por um tampão de purga de gás de acordo com a reivindicação 1, um sistema de purga de gás para tratamento de um fundido de metal de acordo com a reivindicação 4, um método para caracterização de um tampão de purga de gás de acordo com a reivindicação 9, e um método para purga de um fundido de metal de acordo com a reivindicação 10. As vantagens e refinamentos mencionados em conjunto com o método também se aplicam analogamente aos produtos/objetos físicos, e vice versa.

[0009] A ideia principal da invenção é baseada na descoberta que as vi brações suportadas por estrutura (vibrações mecânicas/oscilações) produzidas pelas bolhas que saem do corpo do tampão de purga em sua segunda extremi- dade podem ser medidas por um sensor eletrônico em contato com o tampão de purga de gás. Isto permite detectar e analisar a distribuição de bolha de gás de um gás introduzido em um fundido de metal.

[0010] Na seguinte “forma de onda de oscilação de uma vibração mecâ nica” é compreendida como o perfil de tempo de uma oscilação detectada re-sultante de uma vibração mecânica. Matematicamente falando, esta é uma função g(t) de tempo t, ou seus valores discretos em tempos específicos g(ti). Os valores g(t) podem, por exemplo, serem valores de aceleração, ou proporcionais a uma energia ou simplesmente uma deflexão (tal como um deslocamento).

[0011] No seguinte, um “espectro de frequência” é compreendido como a representação da forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica em um intervalo de tempo específico no domínio de frequência. Estes são, portanto, coeficientes (os valores de amplitude de frequência) das oscilações da qual a forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica é composta em um intervalo de tempo específico. Os valores de amplitude de frequência G(fj) dos respectivos componentes de frequência são obtidos como uma função da frequência fj, ou sua progressão temporal (G(t,fj)).

[0012] No seguinte, “fluxo de volume” denota a taxa de fluxo volumétri co de um gás (também frequentemente denominada fluxo de volume de gás) Q, que é o fluxo de volume V através de uma superfície (por exemplo, a área de seção transversal do tubo de suprimento de gás) por unidade de tempo t (medida em m3/s ou l/s ou l/min; 1 l/min= 1,6x10-5 m3/s).

[0013] Em uma primeira concretização da invenção, o objetivo é alcança do por fornecer um tampão de purga de gás para aplicações metalúrgicas com-preendendo

[0014] a.) um corpo refratário cerâmico com uma primeira extremidade e uma segunda extremidade;

[0015] b.) a segunda extremidade está na posição montada do tampão de purga de gás em contato com um fundido de metal;

[0016] c.) a primeira extremidade é coberta (pelo menos parcialmente) com uma tampa de metal, a tampa de metal compreende uma abertura a qual opcionalmente um adaptador de suprimento de gás é conectado;

[0017] d.) o tampão de purga de gás é designado de tal modo que um gás de purga (tratamento), que é suprido via a abertura, escoa através do corpo e sai do corpo na segunda extremidade;

[0018] e.) e pelo menos um sensor eletrônico em contato (mecânico) com o tampão de purga de gás (por exemplo, que pode ser montado na tampa de metal ou no adaptador de suprimento de gás), para detectar uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica, em que o sensor eletrônico é um sensor de aceleração.

[0019] Em uma segunda concretização, a invenção se relaciona a um sis tema de purga de gás compreendendo um tampão de purga de gás para aplicações metalúrgicas, e um tubo de suprimento de gás conectado ao tampão de purga de gás (via a abertura, ou via o adaptador de suprimento de gás), o tampão de purga de gás compreendendo:

[0020] a.) um corpo refratário cerâmico com uma primeira extremidade e uma segunda extremidade;

[0021] b.) a segunda extremidade está na posição montada da tampão de purga de gás em contato com um fundido de metal;

[0022] c.) a primeira extremidade é (pelo menos parcialmente) coberta com uma tampa de metal, a tampa de metal compreende uma abertura a qual opcionalmente um adaptador de suprimento de gás é conectado;

[0023] d.) o tampão de purga de gás é designado de tal modo que um gás de purga (tratamento) que é suprido via o tubo de suprimento de gás para a abertura escoa através do corpo e sai do corpo na segunda extremidade;

[0024] e.) e pelo menos um sensor eletrônico em contato (mecânico) com o tampão de purga de gás (por exemplo, que pode ser montado na tampa de metal, ou no adaptador de suprimento de gás), para detectar uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica, em que o sensor eletrônico é um sensor de aceleração; o sistema de purga de gás adicionalmente compreende:

[0025] f.) uma unidade de processamento de dados para adquirir a forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica detectada pelo sensor eletrônico do tampão de purga de gás, e para calcular um sinal de índice de bolha a partir da forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica detectada;

[0026] g.) uma unidade de controle; no qual a unidade de controle é con figurada para:

[0027] -revelar o sinal de índice de bolha; e/ou

[0028] - variar o fluxo de volume através do tubo de suprimento de gás dependendo do sinal de índice de bolha; e/ou

[0029] - gerar um sinal de advertência quando o sinal de índice de bolha se encontra fora de uma faixa definida.

[0030] O corpo refratário cerâmico pode ser um material refratário poroso (porosidade indireta) ou um material denso com canais/fendas (porosidade direta), ou uma mistura destes (porosidade indireta e direta). O corpo cerâmico pode ter várias formas, tais como um cone truncado, um cilindro, uma pirâmide quadrangular, um cubóide, ou similares.

[0031] Em uma posição montada, o tampão de purga pode estar posicio nado na parede de um vaso metalúrgico, tal que sua segunda extremidade (ex-tremidade terminal superior ou extremidade “interna”) vem em contato com um fundido de metal enchido no vaso metalúrgico. A primeira extremidade (extremidade inferior ou extremidade “externa”) do corpo do tampão de purga pode ser pelo menos parcialmente coberta com uma tampa de metal que compreende uma abertura. A primeira extremidade (extremidade inferior) do corpo do tampão de purga pode ser totalmente ou parcialmente coberta com uma tampa de metal que compreende uma abertura.

[0032] A abertura pode ser uma abertura simples (por exemplo, um furo) ou, opcionalmente, a abertura pode ser conectada a um adaptador de suprimento de gás. O adaptador de suprimento de gás permite montagem simplificada e desmontagem do tubo de suprimento de gás. De preferência, o adaptador de suprimento de gás é conectado rigidamente (irreversivelmente) à tampa de metal do tampão de purga, por exemplo, por meio de soldagem junto do adaptador de suprimento de gás e a tampa de metal. O adaptador de suprimento de gás pode formar uma parte integral e inseparável da tampa de metal.

[0033] O tampão de purga pode ser designado em um modo que quando uma purga (tratamento) do gás é suprida via a abertura (ou via o opcional adaptador de suprimento de gás), a purga (tratamento) do gás escoará através do corpo do tampão de purga e sairá do corpo em sua segunda extremidade, onde a purga (tratamento) do gás entrará no fundido de metal. Na interface entre a segunda extremidade do tampão de purga e o fundido de metal, bolhas de gás de tamanhos diferentes e em taxas diferentes se formarão, dependendo da microestrutura do corpo, e dependendo do fluxo de volume de gás. Após uma bolha de gás emergir nesta interface em um certo momento, a bolha de gás se destacará da segunda extremidade do corpo e migrará completamente no fundido de metal. Cada de tal migração da bolha de gás induz um impulso ao corpo. Todos destes impulsos se deslocam para a primeira extremidade e para a tampa de metal do corpo. A repetição (frequência) de tais impulsos se relaciona aos tamanhos da bolha, à medida que bolhas pequenas migram a uma alta taxa de repetição (alta frequência), enquanto que bolhas grandes têm um tempo de residência mais longo na interface e, desse modo, uma baixa taxa de repetição (baixa frequência). A intensidade de tais impulsos a uma certa taxa de repetição (frequência) se relaciona ao número (quantidade) de bolhas de um certo tamanho que deixam o corpo.

[0034] Os impulsos transmitidos podem ser medidos como uma vibração mecânica/oscilação. Portanto, o tampão de purga adicionalmente compreende pelo menos um sensor eletrônico em contato (mecânico) com o tampão de purga de gás para detectar uma oscilação de uma vibração mecânica, que emerge das bolhas de gás que deixam o corpo no fundido de metal. O sensor eletrônico permite adquirir/detectar uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica. O sensor eletrônico desta em contato direto com o tampão de purga, tal que uma vibração da estrutura induzida por bolhas que deixam o corpo do tampão de purga pode ser detectada. O contato direto com o tampão de purga de gás permite adquirir a forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica gerada pelas bolhas que emergem da segunda extremidade em uma qualidade muito alta (sinal de alto nível), com uma influência muito pequena de quaisquer vibrações induzidas em qualquer outra parte do vaso metalúrgico.

[0035] O pelo menos um sensor eletrônico pode ser montado na tampa de metal ou no adaptador de suprimento de gás, para detectar uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica.

[0036] O pelo menos um sensor eletrônico pode estar em contato com o tampão de purga de gás por ser montado na tampa de metal, ou fora do adaptador de suprimento de gás, ou dentro do adaptador de suprimento de gás. Estas posições permitem uma excelente detecção de uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica que se origina das bolhas de gás que entram no fundido de metal. A posição de montagem na tampa de metal inclui montagem do sensor em qualquer lado da tampa de metal, ou, em outras palavras, no lado da tampa de metal virado para o corpo, ou no lado da tampa de metal na direção externa (que está em sua face externa). A posição de montagem na tampa de metal na direção externa ou fora do adaptador de suprimento de gás permite boa acessibilidade e manutenção do sensor. De preferência, o sensor eletrônico é montado dentro do adaptador de suprimento de gás, ou no lado da tampa de metal virada para o corpo. A posição de montagem dentro do adaptador de suprimento de gás, ou no lado da tampa de metal virado para o corpo dá uma boa proteção do sensor, por exemplo, contra impactos mecânicos.

[0037] O sensor pode, de preferência, ser um sensor de oscilação/sensor de aceleração.

[0038] O sensor pode, de preferência, ser um sensor de oscilação/sensor de aceleração selecionado a partir do grupo consistindo de: vibrômetro a laser, acelerômetro piezoelétrico, sensor piezo-resistivo, extensômetros, sensor de aceleração capacitivo, sensor de aceleração magneto-resistivo. Pelo uso de um destes sensores de aceleração, influências de som a partir do ambiente (tais como ruídos secundários; por exemplo, a partir do vaso metalúrgico), podem ser grandemente excluídas.

[0039] Sensores de som convencionais, tal como microfones, são desvan tajosos ou mesmo inadequados, visto que muitos ruídos de fundo são captados a partir do ambiente.

[0040] O sensor eletrônico do tampão de purga de gás pode ser um sensor de aceleração, de preferência, um sensor de aceleração piezoelétrico. Pelo uso de um sensor de aceleração piezoelétrico, influências ambientais (tais como ruídos secundários) podem ser grandemente excluídas e, ao mesmo tempo, alta reprodutibilidade e longevidade do tampão de purga podem ser alcançadas.

[0041] O sensor detecta a forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica que é produzida pelas bolhas que deixam o tampão de purga na segunda extremidade, isto é, as vibrações da estrutura que emergem das bolhas de partida. Isto é feito de acordo com o princípio da medição de aceleração. Em particular, as deflexões de uma oscilação de uma vibração mecânica na direção ao longo do eixo do tampão de purga são registradas. O sensor, portanto, geralmente proporciona valores de aceleração, que são normais à superfície da segunda extremidade do corpo na forma de uma sequência de valores elétricos (energia ou potencial) como uma função do tempo.

[0042] Portanto, de preferência, o sensor pode ser configurado para detec tar oscilações/acelerações de uma vibração mecânica em uma direção normal à área definida pela segunda extremidade do corpo. Tal sensor pode exibir uma assim denominada sensibilidade transversa de < 5% ou, de preferência, mesmo <3 %. Tal configuração de sensor reduz grandemente o ruído de fundo de outras fontes.

[0043] Os valores de aceleração podem, por exemplo, serem amostrados para formar uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica g con-sistindo de valores discretos (g(to), g(t1), g(t2) ...valores: corrente elétrica ou tensão/potencial que são proporcionais a uma aceleração) como uma função de valores de tempo discretos t0, t1, t2 e, em seguida, adicionalmente analisados em uma unidade de processamento de dados.

[0044] Em um aspecto adicional, o sensor pode ser integrado em um grampo que circunda o adaptador de suprimento de gás. Isto permite fácil permutabilidade do sensor.

[0045] O sistema de purga de gás pode adicionalmente compreender uma unidade de processamento de dados para adquirir/registrar a forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica pelo sensor.

[0046] O sistema de purga de gás pode adicionalmente compreender uma unidade de controle.

[0047] Uma unidade de processamento de dados, uma unidade de contro le são compreendidas para significar um ou mais dispositivos para efetuar as respectivas etapas de método descritas abaixo, e que, para esta proposta, com-preende ou componentes eletrônicos discretos de modo a processar sinais, ou que são implementados parcialmente ou completamente como um programa de computador em um computador.

[0048] Por exemplo, a unidade de controle e a unidade de processamento de dados podem ser conectadas, tal que a unidade de processamento de dados e a unidade de controle podem trocar dados. A unidade de controle pode ser parte da unidade de processamento de dados, ou vice versa. A unidade de controle e a unidade de processamento de dados podem ser implementadas por um software em um computador.

[0049] A unidade de processamento de dados pode ser conectada ao sen sor eletrônico do tampão de purga de gás, e pode efetuar as seguintes etapas de método:

[0050] Os sinais do sensor (forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica) podem ser continuamente monitorados (também adquiridos e pro-cessados), e estes sinais podem ser convertidos em um espectro de frequência (amplitudes de frequência). Aquisição da forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica é, de preferência, feita por meios eletrônicos, por exemplo, por digitalização dos sinais elétricos a partir do sensor e subsequentemente digitalmente armazenando o dado digitalizado em um transportador de dado, ou na memória de um computador.

[0051] A conversão (transformação) da forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica em amplitudes de frequência, isto é, o cálculo de um espectro de frequência (transformação de frequência), pode ser feito, por exemplo, através de transformada de Fourier ou uma transformada de Fourier Rápida.

[0052] O espectro de frequência pode ser calculado a partir da forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica de um intervalo de tempo particular. O intervalo de tempo está na faixa de 10 milisegundos a 5 segundos.

[0053] O espectro de frequência de referência pode ser registrado e calcu lado em avanço (por exemplo, em um tempo t = 0 ou, alternativamente, após produção do tampão de purga) de uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica detectada. A forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica é referida como um “sinal de referência” no caso que se relaciona a um tampão de purga de referência, ou no caso que se relaciona a uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica adquirida em uma medição de referência; neste caso, o espectro de frequência é referido como o “espectro de frequência de referência”.

[0054] O espectro de frequência atual pode ser calculado em tempo real (durante operação) de uma forma de onda de oscilação detectada de uma vibração mecânica. Neste caso, a forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica é referida como o “sinal atual”. Neste caso, o espectro de frequência é referido como o “espectro de frequência atual”.

[0055] A forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica g (g(t0), g(t1), g(t2) ...valores: corrente elétrica ou tensão/potencial) como uma função de valores de tempo discretos t0, t1, t2 do sensor pode ser convertida através de transformação em valores de amplitude de frequência G como um função de frequências discretas fj. A transformação (FT para transformação de frequência) é aplicada a um intervalo de tempo específico (por exemplo, nos tempos ti, onde i = i0... i1), no qual um espectro de frequência é obtido no tempo t = ti1 (G(tii,fj)).

[0056] A transformação de frequência FT é, de preferência, uma trans formação que calcula um espectro de energia a partir das oscilações harmônicas de uma função de sinal f (energia harmônica em um sinal), isto é:

[0057] no qual ?jf: = f: = g' t.; : é a assim deno minada transformada de Fourier Rápida e ’< 1 r': é a conjugação complexa de X(f).

[0058] A partir do espectro de frequência (referência e atual) obtido desse modo, o componente de índice de bolha BIn pode ser calculado pela soma dos valores de amplitude de frequência G(t,f) sobre uma faixa de frequência definida (3;„ = í7..j r : = ∑’ = - í?1/ /•.')• Em particular, pelo menos um componente de índice de bolha é determinado a partir do espectro de frequência atual (por exemplo, um componente de índice de bolha atual BIn(t)), e/ou pelo menos um componente de referência de índice de bolha (por exemplo BIn(0)) é determinado a partir do espectro de frequência de referência pela soma dos respectivos valores de amplitude de frequência G(t,f) sobre uma faixa de frequência específica.

[0059] De preferência, pelo menos um componente de índice de bolha = Õ..<- ■ = r=^,- Í'), por exemplo, um primeiro componente de índice de bolha BI1, pode ser calculado na faixa de fj de (a=) 20 Hz a (b=) 1000 Hz a partir do espectro de frequência atual e alvo, respectivamente. Esta faixa foi verificada para descrever bolhas de grande tamanho.

[0060] De preferência, pelo menos um componente de índice de bolha (33 ,;:,-<>), por exemplo, um segundo componente de índice de bolha BI2, pode ser calculado na faixa de fj de (a=) 1000 Hz a (b=) 6000 Hz a partir do espectro de frequência atual e alvo, respectivamente. Esta faixa foi verificada para descrever bolhas de tamanho médio.

[0061] De preferência, pelo menos um componente de índice de bolha (33 = Õ..<- ■ = í'), por exemplo, um terceiro componente de ín dice de bolha BI3, pode ser calculado na faixa de fj de (a=) 6000 Hz a (b=) 8000 Hz a partir do espectro de frequência atual e alvo, respectivamente. Esta faixa foi verificada para descrever bolhas de tamanho pequeno.

[0062] Opcionalmente (adicionalmente), o componente de índice de bo lha pode ser calculado como um valor de média de movimento (média deslizante) para nivelamento do sinal SD = S.. ir:. Desse modo, por exemplo, com í’,. I) : = í’1/ - : /’.'). O comprimento do intervalo de tem po, via do qual o valor médio de movimento pode ser calculado é selecionado baseado na qualidade de dados. O cálculo do valor médio de movimento tem o efeito que distúrbios de curto prazo ou alta frequência não tem influência no resultado da purga.

[0063] Opcionalmente (adicionalmente) pelo menos um componente de índice de bolha pode ser calculado a partir da raiz quadrada média de aceleração (acel. RMS), por exemplo, de acordo com:

[0064] O sinal de índice de bolha BI(t) pode ser calculado usando uma compactação (ponderada) dos desvios (diferenças) entre pelo menos um de ou mais do atual e componentes de índice de bolha de referência.

[0065] Isto pode ser efetuado, por exemplo, por uma compactação linear ponderada e/ou por compactação quadrada das diferenças (desvios) de individuais, ou todos atuais/componentes de índice de bolha de referência, respectivamente com fatores de ponderação an:

[0066] ou, alternativamente, também pela formação de quociente de atu ais e componentes de índice de bolha de referência, e por compactação linear e/ou por compactação quadrada dos quocientes de individuais, ou todos, atuais e quocientes de índice de bolha de referência, em cada caso, com fatores de ponderação an:

[0067] Os fatores de ponderação podem ser obtidos ou por estudos empí ricos, por modelos matemáticos de cálculos de simulação, ou por aprendizagem auxiliada por computador (por exemplo, na maneira de uma rede neural).

[0068] Os fatores de ponderação podem também serem obtidos por varia ção do fluxo de volume através do tampão de purga de gás e uma inspeção ótica da distribuição de bolha, por exemplo, em um modelo de banho de água.

[0069] Respectivos componentes de índice de bolha de referência e atuais podem ser determinados em um modo similar, por exemplo, usando a mesma fórmula matemática ou algoritmo. Enquanto que os componentes de índice de bolha atuais BIn(t) são geralmente determinados durante operação, o componente de índice de bolha de referência BIn(0) pode ser determinado em avanço, ou diretamente após produção de um tampão de purga de gás, ou no começo de uma operação de purga em uma operação de referência. Tal operação de referência pode exemplarmente ser iniciada quando um fundido de metal quente é enchido em um vaso equipado com um tampão de purga de gás/sistema de acordo com a invenção. Os componentes de referência de índice de bolha BIn(0) podem ser obtidos para valores diferentes do fluxo de volume de gás. Os componentes de referência de bolha de gás BIn(0) podem ser armazenados na unidade de controle, ou em qualquer armazenagem que pode ser tornada acessível a partir da unidade de controle. Alternativamente, os componentes de índice de bolha de referência BIn(0) podem também serem determinados de uma simulação de computador, ou os valores podem ser definidos pelo operador no sentido de uma função alvo.

[0070] Desse modo, a unidade de processamento de dados pode determi nar os componentes de índice de bolha de referência BIn(0) por soma dos valores de amplitude de frequência a partir do espectro de frequência de referência sobre uma faixa de frequência definida.

[0071] A unidade de processamento de dados pode também determinar os componentes de índice de bolha atuais BIn(t) por soma dos valores de amplitude de frequência a partir do espectro de frequência atual sobre uma faixa de frequência definida.

[0072] A unidade de processamento de dados pode determinar o sinal de índice de bolha BI(t) por uma compactação ponderada das diferenças ou quocientes entre os componentes de índice de bolha atuais BIn(t) e os componentes de índice de bolha de referência BIn(0).

[0073] A unidade de controle pode ser adicionalmente configurada para revelar pelo menos o sinal de índice de bolha BI(t), por exemplo, durante operação do tampão.

[0074] A unidade de controle pode ser configurada para variar o fluxo de volume Q através do tubo de suprimento de gás dependendo do sinal de índice de bolha.

[0075] A unidade de controle pode ser configurada para gerar um sinal de advertência quando o sinal de índice de bolha se encontra fora de uma faixa definida, por exemplo, se BI(t) excede um valor limite pré-definido. O sinal de advertência pode ser acústico (emissão de um som), ótico (por exemplo, por uma lâmpada de advertência ou um mostrador em uma tela). O sinal de advertência pode também ser alimentado a uma adicional unidade de controle, em particular, o sinal de advertência pode disparar um alerta para substituir o tampão de purga após operação com um novo tampão de purga.

[0076] A unidade de controle pode adicionalmente compreender uma válvula de controle para controlar o fluxo de volume do gás de purga através do tubo de suprimento de gás. A válvula de controle pode ser uma válvula eletricamente controlável, tal como, por exemplo, uma válvula agulha eletricamente controlável. A unidade de controle pode compreender uma válvula de controle, e pode ser configurada para variar o fluxo de volume através do tubo de suprimento de gás dependendo do sinal de índice de bolha.

[0077] A unidade de controle pode adicionalmente compreender um me didor de fluxo para medir o fluxo de volume do gás de purga fornecido através do tubo de suprimento de gás. O medidor de fluxo pode proporcionar dados relacionados do fluxo de volume do gás de purga que pode ser adicionalmente processado em/pela unidade de controle.

[0078] A unidade de controle pode opcionalmente também compreender um manômetro para medir a pressão no tubo de suprimento de gás. O manô- metro pode proporcionar dados relacionados à pressão do gás de purga que pode ser adicionalmente ser processada em/pela unidade de controle.

[0079] Em um outro aspecto da invenção, o objetivo é alcançado por pro visão de um método para purga de um fundido de metal em um vaso metalúrgico com um gás, compreendendo as etapas de:

[0080] - Ajustar o fluxo de volume atual de um gás através do tampão de purga a um valor pré-determinado do fluxo de volume inicial;

[0081] - Adquirir uma forma de onda de oscilação de uma vibração me cânica no fluxo de volume atual por pelo menos um sensor eletrônico em contato direto com o tampão de purga de gás, no qual o sensor eletrônico é um sensor de aceleração, de preferência, um sensor de aceleração piezoelétrico; e:

[0082] - Variar o fluxo de volume através do tubo de suprimento de gás dependendo da forma de onda de oscilação adquirida de uma vibração mecânica; e/ou

[0083] - Gerar um sinal de advertência dependendo da forma de onda de oscilação adquirida de uma vibração mecânica.

[0084] Em um aspecto adicional da invenção, o objetivo é alcançado por provisão de um método para purga de um fundido de metal em um vaso metalúrgico com um gás, compreendendo as seguintes etapas:

[0085] - Ajustar o fluxo de volume atual de um gás através do tampão de purga a um valor pré-determinado do fluxo de volume inicial;

[0086] - Calcular um sinal de índice de bolha a partir da adquirida (medi da) forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica em um fluxo de volume atual através do tubo de suprimento de gás; e adicionalmente: - gerar um sinal de advertência se o sinal de índice de bolha se encontra fora de uma faixa pré-definida de índice de bolha; e/ou

[0087] - Variar o fluxo de volume através do tubo de suprimento de gás como uma função do sinal de índice de bolha.

[0088] O método, de preferência, usa um tampão de purga de gás de acordo com a invenção. O método, de preferência, usa um sistema de purga de gás de acordo com a invenção.

[0089] De preferência, o método determina em uma primeira etapa (que é antes do cálculo do sinal de índice de bolha BI(t)), valores pré-definidos para pelo menos um dos valores do seguinte grupo: um componente de índice de bolha de referência BIn(0), um fluxo de volume inicial Q0 através do tubo de suprimento de gás , uma faixa de índice de bolha ΔBI, um volume de gás al- vo/máximo VMÁX. Estes valores podem, por exemplo, serem carregados a partir da memória de um computador ou admitidos por um usuário. No caso do componente de índice de bolha de referência(s) BIn(0), os valores podem ser supridos juntos com o tampão de purga de gás, por exemplo, no sentido de uma folha de dado eletrônico. Os valores podem ser carregados na unidade de dados.

[0090] Durante a primeira etapa do método, o fluxo de volume do gás de purga através do tubo de suprimento de gás pode ser ajustado ao valor pré- definido do fluxo de volume inicial (Q=Q0). De preferência, a unidade de controle pode ajustar a válvula eletricamente controlável tal que o fluxo de volume inicial seja alcançado.

[0091] A etapa de variação do fluxo de volume pode incluir aumento do fluxo de volume Q(t) do gás de purga através do tubo de suprimento de gás (por exemplo, pela válvula eletronicamente controlável) no caso do sinal de índice de bolha BI(t) se encontrar dentro de uma faixa pré-definida de índice de bolha ΔBI. O aumento pode ser feito por aumento do fluxo de volume Q(t) por um valor discreto de ΔQ, tal que Q(t+1)=Q(t)+ΔQ. De preferência, a unidade de controle pode ajustar a válvula eletricamente controlável tal que o novo fluxo de volume Q(t+1) seja alcançado. Isto permite uma purga muito eficiente com uma taxa de purga muito alta (tempo curto).

[0092] Alternativamente, a etapa de variação do fluxo de volume pode incluir manter constante o fluxo de volume Q(t) do gás de purga através do tubo de suprimento de gás no caso do sinal de índice de bolha BI(t) se encontrar dentro de uma faixa pré-definida de índice de bolha ΔBI, tal que Q(t+1)=Q(t). Isto permite um processo de purga muito uniforme e definido com o tempo.

[0093] A etapa de variação do fluxo de volume pode incluir a diminuição do fluxo de volume Q(t) do gás de purga através do tubo de suprimento de gás (por exemplo, pela válvula eletronicamente controlável) no caso do sinal de índice de bolha BI(t) se encontrar fora de uma faixa pré-definida de índice de bolha ΔBI. A diminuição pode ser feita por diminuição do fluxo de volume Q(t) por um valor discreto de ΔQ, tal que Q(t+1)=Q(t)-ΔQ. De preferência, a unidade de controle pode ajustar a válvula eletricamente controlável tal que o novo fluxo de volume Q(t+1) é alcançado.

[0094] A etapa de variação do fluxo de volume pode incluir um algoritmo para pesquisa do fluxo de volume possível máximo que exibe um certo pré- definido sinal de índice de bolha. Desse modo, é possível definir previamente uma certa distribuição de tamanho de bolha alvo, e o algoritmo constantemente otimiza o fluxo de volume de gás de modo a alcançar a distribuição de tamanho de bolha alvo otimamente.

[0095] O método pode adicionalmente compreender uma etapa, onde a purga de gás é cessada, quando o fluxo de volume total do gás de purga Qtotal através do tubo alcança um volume de gás alvo pré-definido (VMÁX), por exemplo, quando Qtotal>VMÁX. O fluxo de volume total Qtotal é medido pelo medidor de fluxo, ou calculado a partir dos valores de fluxo de volume atual, que são somados (ou alternativamente integrados) com o tempo:

[0096] De preferência, a unidade de controle pode cessar o fluxo de gás por ajuste da válvula eletricamente controlável tal que o fluxo de volume do gás de purga é zero quando o fluxo de volume total Qtotal do gás de purga através do tubo alcança (ou excede) um volume de gás alvo pré-definido (VMÁX).

[0097] O método pode ser aplicado vantajosamente durante operação de purga de um fundido de metal em um vaso metalúrgico.

[0098] Alternativamente, o método pode ser aplicado para a caracteriza ção de um tampão de purga de gás. Isto pode ser feito, por exemplo, após produção do tampão de purga de gás, por exemplo, em um ensaio de banho de água. Isto pode também ser feito, por exemplo, em um ensaio de teste. Durante caracterização de tal tampão de purga de gás, valores para os componentes de índice de bolha de referência BIn(0) podem ser obtidos e armazenados para fluxos de volume diferentes (Q(t)). Em tal ensaio de banho de água diferente, componentes de índice de bolha podem estar relacionados a tamanhos de bolha reais por meios óticos.

[0099] Em um aspecto adicional da invenção, o objetivo é alcançado pela provisão de um método para caracterização de uma tampão de purga de gás, compreendendo as seguintes etapas:

[00100] - Ajustar um fluxo de volume atual de um gás através do tampão de purga (por exemplo, a um valor pré-definido do fluxo de volume inicial);

[00101] - Adquirir uma forma de onda de oscilação de uma vibração me cânica no fluxo de volume atual por pelo menos um sensor eletrônico em contato direto com o tampão de purga de gás, no qual o sensor eletrônico é um sensor de aceleração, de preferência, um sensor de aceleração piezoelétrico;

[00102] - Calcular pelo menos um componente de índice de bolha a partir da forma de onda de oscilação adquirida (medida) de uma vibração mecânica no fluxo de volume atual;

[00103] - Armazenar pelo menos um valor do componente de índice de bolha (como um componente de índice de bolha de referência), por exemplo, na memória de um computador.

[00104] Concretizações exemplares da invenção são explanadas em mais detalhe por meio de ilustrações:

[00105] A Fig. 1 mostra uma representação esquemática de uma concretização do tampão de purga de gás de acordo com a invenção,

[00106] A Fig. 2 mostra uma representação esquemática de uma concretização do sistema de purga de gás de acordo com a invenção,

[00107] A Fig. 3 mostra uma sequência esquemática de uma concretização do método de acordo com a invenção,

[00108] A Fig. 4 mostra uma sequência esquemática de uma concretização do método de acordo com a invenção,

[00109] As Figs. 5 e 6 mostram um diagrama exemplar dos componentes de índice de bolha.

[00110] A Fig. 1 mostra uma primeira concretização da invenção, a saber, um tampão de purga (10) para aplicações metalúrgicas compreendendo um corpo refratário cerâmico (10k) com uma primeira extremidade (10u) e uma segunda extremidade (10o), a segunda extremidade (10o) está na posição montada do tampão de purga de gás (10) em contato com um fundido de metal (41, não mostrado na Fig. 1), a primeira extremidade (10u) é coberta com uma tampa de metal (12.1), a tampa de metal (12.1) compreende uma abertura (16) a qual um adaptador de suprimento de gás (20) é conectado, o tampão de purga de gás (10) é designado de tal modo que um gás de purga (tratamento), que é suprido, via o adaptador de suprimento de gás (20) à abertura (16), escoa através do corpo (10k), e sai do corpo na segunda extremidade (10o), e pelo menos um sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3) em contato mecânico com o tampão de purga de gás (10), para detectar uma oscilação de uma vibração mecânica (aqui um sensor de aceleração piezoelétrico é usado: acelerômetro ICP, Model Number 352C33). Entre a tampa de metal (12.1) e a primeira extremidade (10u) do corpo (10k), um espaço vazio opcional (14) permite uma distribuição do gás de purga (tratamento) antes do gás de purga (tratamento) entrar no corpo (10k), via sua primeira extremidade (10u). Um revestimento metálico opcional (12.2) circunda (pelo menos parcialmente) o corpo (10k), o revestimento metálico é conectado à tampa de metal (12.1) em um modo her-mético à gás, por exemplo, por soldagem do revestimento metálico (12.2) e da tampa de metal (12.1) juntos.

[00111] Em uma primeira concretização alternativa, o sensor (70, 70,1) é montado no lado externo da tampa de metal (12.1). O sensor (70, 70,1) é configurado para detectar oscilações/acelerações de uma vibração mecânica em uma direção normal à segunda extremidade (10o) do corpo (10k).

[00112] Em uma segunda concretização alternativa, o sensor (70, 70,2) é montado no lado externo do adaptador de suprimento de gás (20). O sensor é integrado em um grampo removível (não mostrado) que pode ser fixado ao adaptador de suprimento de gás (20). O sensor (70, 70,2) é configurado para detectar oscilações/acelerações de uma vibração mecânica em uma direção normal à segunda extremidade (10o) do corpo (10k).

[00113] Em uma terceira concretização alternativa, o sensor (70, 70,3) é montado no lado interno do adaptador de suprimento de gás (20). O sensor (70, 70,3) é configurado para detectar oscilações/acelerações de uma vibração mecânica em uma direção normal à segunda extremidade (10o) do corpo (10k).

[00114] Em uma quarta concretização alternativa, o sensor (70, 70,4) é montado no lado interno da tampa de metal (12.1). O sensor (70, 70,4) é configurado para detectar oscilações/acelerações de uma vibração mecânica em uma direção normal à segunda extremidade (10o) do corpo (10k).

[00115] A Fig. 2 mostra uma segunda concretização da invenção, a saber, um sistema de purga de gás compreendendo um tampão de purga de gás (10) para aplicações metalúrgicas, e um tubo de suprimento de gás (30) conectado ao tampão de purga de gás (10), via o adaptador de suprimento de gás (20). O tampão de purga de gás (10) compreende um corpo refratário cerâmico (10k) com uma primeira extremidade (10u) e uma segunda extremidade (10o), a segunda extremidade (10o) está na posição montada do tampão de purga de gás (10) em contato com um fundido de metal (41), a primeira extremidade (10u) é coberta com uma tampa de metal (12.1), a tampa de metal (12.1) compreende uma abertura (16) a qual um adaptador de suprimento de gás (20) é conectado, o tampão de purga de gás (10) é designado de tal modo que um gás de purga que é suprido via o tubo de suprimento de gás (30), via o adaptador de suprimento de gás (20) para a abertura (10), escoa através do corpo (10k), e sai do corpo (10k) na segunda extremidade (10o), e com pelo menos um sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3). O sistema de purga de gás adicionalmente compreende uma unidade de processamento de dados (80) para aquisição da forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica (81) detectada pelo sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3) do tampão de purga de gás (10), e para calcular um sinal de índice de bolha (83) a partir da forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica (81). O sistema de purga de gás adicionalmente compreende uma unidade de controle (100), no qual a unidade de controle (100) é configurada para revelar o sinal de índice de bolha (83), e para variar o fluxo de volume (102) através do tubo de suprimento de gás (30) (e, desse modo, através do corpo (10k) do tampão de purga de gás (10)), dependendo do sinal de índice de bolha BI(t) (83). Alternativamente (mostrado na Fig. 4), um sinal de advertência (101) pode ser gerado quando o sinal de índice de bolha BI(t) (83) se encontra fora de uma faixa definida ΔBI (85). Durante operação, o tampão de purga de gás (10) é instalado em uma parede de um vaso metalúrgico (40). Um gás de purga (tratamento) é suprido de um reservatório de gás (não mostrado), via o tubo de suprimento de gás (30), através da válvula de controle (100a), o medidor de fluxo (100b) e o manômetro (100c) da unidade de controle (100) para o adaptador de suprimento de gás (20) através da abertura (16) para o tampão de purga de gás (10), onde o gás passa a partir da primeira extremidade (10u) para a segunda extremidade (10o) do corpo (10k) no fundido de metal (41). As bolhas de gás dentro do fundido de metal constituem o tratamento de gás de purga (42). O sensor (70) detecta oscilações de uma vibração mecânica no tampão de purga de gás (10) por registro das vibrações de estrutura geradas quando bolhas de gás deixam o corpo (10k) em sua segunda extremidade (10o) no fundido de metal (41).

[00116] Conforme mostrado na Fig. 3, o sensor transmite os valores de oscilação detectados (como um sinal eletrônico) de uma vibração mecânica para a unidade de processamento de dados (80). Os valores de oscilação detectados de uma vibração mecânica são digitalizados pela unidade de processamento de dados (80), e constituem a forma de onda de oscilação g(t) de uma vibração mecânica (81). Uma Transformada de Fourier é realizada, que transforma a forma de onda de oscilação g(t) de uma vibração mecânica (81) em um espectro de frequência (82) compreendendo valores de amplitude de frequência G(f) (82a). Componentes de índice de bolha BIn(t) podem ser calculados a partir dos valores de amplitude de frequência G(f) (82a) do espectro de frequência (82), por exemplo, por compactação dos valores de amplitude de frequência (82a) sobre uma certa faixa de frequência, a um tempo específico. Desse modo, a unidade de processamento de dados (80) determina os componentes de índice de bolha (86.1, 86.2) por compactação de valores de amplitude de frequência (82a) a partir do espectro de frequência (82) sobre uma faixa de frequência definida.

[00117] Em outra concretização, o sistema pode ser usado para realizar o seguinte método para caracterização de um tampão de purga de gás (10), compreendendo as seguintes etapas:

[00118] - Ajustar o fluxo de volume (300) de um gás através do tampão de purga (10), por exemplo, a um valor pré-determinado do fluxo de volume inicial (102);

[00119] - Adquirir uma forma de onda de oscilação de uma vibração me cânica (81) no fluxo de volume atual (102);

[00120] - Calcular pelo menos um componente de índice de bolha (301) a partir da forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica medida (81) no fluxo de volume atual (102);

[00121] - Armazenar pelo menos um valor do componente de índice de bolha (302) como um componente de índice de bolha de referência (86.1).

[00122] Desse modo, vários valores para os componentes de índice de bolha (86.1) podem ser armazenados, por exemplo, como uma função do fluxo de volume (102) através do tampão de purga de gás (10). Estes valores podem ser usados mais tarde para referência. Os valores podem ser registrados, por exemplo, durante operação do tampão de purga de gás (10) em um banho de água (não mostrado), ou durante operação em um vaso metalúrgico (40) em uma operação de ensaio/operação de calibração (em uma configuração conforme mostrada exemplar na Fig. 2).

[00123] Em outra concretização mostrada na Fig. 4, o sistema pode ser usado para realizar o seguinte método para purga de um fundido de metal (41) em um vaso metalúrgico (40) com um gás, compreendendo as etapas de:

[00124] - Carregar valores pré-determinados (400) para: componente de bolha de referência BIn(0) (86.1), um fluxo de volume inicial Q0 (102) através do tubo de suprimento de gás (30), uma faixa de índice de bolha ΔBI (85), um volume de gás alvo VMÁX (103).

[00125] - Ajustar o fluxo de volume (401) de um gás através do tampão de purga (10) a um valor pré-determinado do fluxo de volume inicial Q(t)=Q0 (102);

[00126] - Calcular um sinal de índice de bolha (402) BI(t) (83) a partir da forma de onda de oscilação medida g(t) de uma vibração mecânica (81) no fluxo de volume atual Q(t) (102) por determinação do sinal de índice de bolha BI(t) (83), no qual o sinal de índice de bolha BI(t) (83) é calculado a partir da compactação ponderada das diferenças ou quocientes entre os componentes de índice de bolha atuais BIn(t) (86.2) e os componentes de índice de bolha de referência BIn(0) (86.1), e

[00127] -Variar o fluxo de volume (404) Q(t) (102) através do tubo de suprimento de gás (30) como uma função do sinal de índice de bolha BI(t) (83). A variação do fluxo de volume (404) Q(t) (102) compreende: - aumentar ou manter constante o fluxo de volume (404a) Q(t) (102) através do tubo de suprimento de gás (30) no caso do sinal de índice de bolha BI(t) (83) se encontrar dentro de uma faixa pré-definida de índice de bolha ΔBI (85), de modo que quando |BI(t)|< ΔBI; - diminuir o fluxo de volume (404b) Q(t) (102) através do tubo de suprimento de gás (30) no caso do sinal de índice de bolha BI(t) (83) se encontrar fora de uma faixa pré-definida de índice de bolha ΔBI (85), de modo que quando |BI(t)|> ΔBI.

[00128] Alternativamente/adicionalmente, é possível gerar um sinal de advertência (403) se o sinal de índice de bolha BI(t) (83) se encontra fora de uma faixa pré-definida de índice de bolha ΔBI (85) (não mostrada na figura), de modo que quando |BI(t)|> ΔBI.

[00129] Adicionalmente, a purga de gás pode ser cessada (405), uma vez que o fluxo de volume total (Qtotal =∑Q(t) ou jQ(t)) alcança um volume de gás alvo pré-definido VMÁX.

[00130] Os resultados exemplares obtidos de um tampão de purga com um corpo poroso de 20 cm de diâmetro em um modelo de banho de água são mostrados na Fig. 5. Neste exemplo, os seguintes componentes de índice de bolha BIn são calculados por uma compactação em uma faixa de frequência partindo de a para b de acordo com

[00131] A Fig. 5 mostra os componentes de índice de bolha BI0, BI1, BI2 como uma função do fluxo de volume Q (medido em litros por minuto (l/min)). BI0 se relaciona a bolhas de tamanho maior, BI1 se relaciona a bolhas de tamanho médio, e BI2 se relaciona a bolhas de tamanho pequeno. O eixo y mostra a contribuição relativa do respectivo componente de índice de bolha BIn para o sinal analisado total (em percentagem). Desse modo, pode ser visto que até aproximadamente um fluxo de volume de 80 litros por minuto, o sinal BI0 é perto de 0, desse modo, a quantidade de bolhas grandes até este fluxo de volume é muito baixa. Partindo de ao redor de 80 litros por minuto de fluxo de volume, o sinal BI0 se eleva, mostrando que de 80 litros por minuto e acima da contribuição de bolhas grandes aumenta. Por exemplo, o sinal BI0 alcança uma contribuição de ao redor de 20% em 120 litros por minuto. A partir do sinal BI2, pode ser visto que o sinal relacionado a bolhas pequenas é relativamente constante e alto em uma faixa partindo de ao redor de 50 litros por minuto até ao redor de 120 litros por minuto. O sinal BI1 mostra a contribuição de bolhas de tamanho médio, que está levemente e constantemente diminuindo na faixa entre 50 a 120 litros por minuto. Em geral, pode ser visto que este tampão de purga mostra uma boa distribuição de bolha na faixa entre 50 a ao redor de 120 litros por minuto de fluxo de volume de um gás de purga que escoa através do corpo.

[00132] A Fig. 6 mostra uma comparação do sinal BI0 (a=20 Hz...b=1000 Hz) relacionada a tampões de purga diferentes. BI0-20 mostra o tampão de purga da Fig. 5, BI0-12 mostra um tampão de purga com um corpo poroso de 12 cm de diâmetro, e BI0-12b mostra um tampão de purga com um corpo poroso de 12 cm de diâmetro com um corpo menos poroso (por exemplo, muitos poros bloqueados). Conforme discutido para a Fig. 5, o tam- pão de purga com o sinal BI0-20 mostra um baixo sinal ocorrendo de grandes bolhas até ao redor de 120 litros por minuto, onde o sinal BI0-20 decorre de grandes bolhas alcança 20% de contribuição. O tampão de purga com o sinal BI0-12 já alcança os mesmos 20% de contribuição (decorrente de grandes bolhas) para o sinal em um fluxo de volume de ao redor de 85 litros por minuto. Portanto, para este tampão, a faixa de fluxo de volume para uma boa distribuição de bolha é reduzida a 85 litros por minuto comparada ao tampão de purga da Fig. 5 com uma faixa de até 120 litros por minuto. O tampão de purga com o sinal BI0-12b (menos porosidade/poros bloqueados) mostra uma alta contribuição decorrente de grandes bolhas já em fluxos de volume muito baixos (por exemplo, a 5 litros por minuto, a contribuição do sinal decorrente de grandes bolhas já mostra uma contribuição de cerca de 40%). Portanto, este tampão não mostra uma boa distribuição de bolha para qualquer fluxo de volume, o método emitirá um sinal de advertência (101), por exemplo, requerendo substituição do tampão de purga (10).

[00133] Uma simples implementação do método de acordo com a invenção pode ser conforme mostrada nos seguintes exemplo:

[00134] - Carregar valores pré-determinados (400) para: componente de bolha de referência BI0(0)=0 (86.1) (por exemplo, o alvo é para ter nenhum ou pelo menos uma baixa contribuição de bolhas de grande tamanho, BI0: a=20 Hz...b=1000 Hz), um fluxo de volume inicial Q0 = 80 litros por minuto (102) através do tubo de suprimento de gás (30), uma faixa de índice de bolha ΔBI =20% (85), um volume de gás alvo VMAX = 1200 litros (103).

[00135] - Ajustar o fluxo de volume (401) de um gás através do tampão de purga (10) a um valor pré-determinado do fluxo de volume inicial Q(t)=Q0 = 80 litros por minuto (102);

[00136] - Calcular um sinal de índice de bolha (402) de acordo com BI(t)=BI0(t)-BI0(0)=BI0(t) (83) a partir da forma de onda de oscilação medida g(t) de uma vibração mecânica (81) no fluxo de volume atual Q(t) (102) por determinação do sinal de índice de bolha BI(t) (83), no qual o sinal de índice de bolha BI(t) (83) é calculado a partir da compactação ponderada das diferenças ou quocientes entre os componentes de índice de bolha atuais BI0(t) (86.2) e os componentes de índice de bolha de referência BI0(0)=0 (86.1), e

[00137] - Variar o fluxo de volume (404) Q(t) (102) através do tubo de suprimento de gás (30) como uma função do sinal de índice de bolha BI(t) (83). Uma variação do fluxo de volume (404) Q(t) (102) compreende: - aumentar o fluxo de volume (404a) Q(t) (102) através do tubo de suprimento de gás (30) até Q(t)=120 litros por minuto, onde o sinal de índice de bolha BI(t) (83) se encontra dentro de uma faixa pré-definida de índice de bolha ΔBI=20%, até que |BI(t)|< ΔBI (85) seja preenchido, e - cessamento da purga de gás (405), quando o fluxo de volume total Qtotal =∑Q(t) (102) através do tubo (30) alcança um volume de gás alvo pré-definido VMÁX=1200 litros (102), que é alcançado em um pouco mais do que 10 minutos de purga de gás.

[00138] Em um segundo exemplo, os mesmos valores são usados como no exemplo anterior, com a exceção que o fluxo de volume inicial é carregado para ser Q0 = 150 litros por minuto (102). Agora a variação do fluxo de volume (404) Q(t) (102) compreende: - diminuição do fluxo de volume (404b) Q(t) (102) através do tubo de suprimento de gás (30) considerando-se que o sinal de índice de bolha BI(t) (83) se encontra fora de uma faixa pré-definida de índice de bolha ΔBI=20% (85), considerando-se que |BI(t)|> ΔBI, que é até o fluxo de volume ser reduzido a Q(t)=120 litro por minuto. - cessar a purga de gás (405), quando o fluxo de volume total Qtotal =∑Q(t) (102) através do tubo (30) alcança um volume de gás alvo pré-definido VMAX =1200 litros (102), que é alcançado em um pouco menos do que 10 minutos.

[00139] No caso do tampão de purga usado nos exemplos degradar durante a purga, por exemplo, em um caso onde o sinal BI0 aumenta a um fluxo de volume atual (por exemplo, a 120 litros por minuto como nos exemplos), o método de acordo com a invenção reduzirá o fluxo de volume até que a mesma contribuição de BI0 seja alcançada, mas em um fluxo de volume inferior. Em tal caso o tempo de purga será aumentado até que o volume de gás alvo seja alcançado. Desse modo, o método permite manter distribuições de bolha de gás constantes sobre a duração total do processo de purga com um volume de gás alvo total pré-definido.

[00140] Lista de numerais de referência e fatores (tradução em Alemão em parênteses): 10 Tampão de purga de gás (Gasspül-Element) 10K Corpo refratário cerâmico (keramischer feuerfester Korper) 10u Primeira extremidade do corpo refratário cerâmico 10o Segunda extremidade do corpo refratário cerâmico 12.1 Tampa de metal (Metalldeckel) 12.2 Revestimento metálico (Metallmantel) 14 Espaço vazio (Hohlraum) 16 Abertura (Offnung) 20 Adaptador de suprimento de gás (Gasanschlussstutzen) 30 Tubo de suprimento de gás (Gaszuführ-Leitung) 40 Vaso metalúrgico 41 Fundido de metal 42 Tratamento de gás de purga 70 Sensor (Sensor) 70.1 Sensor montado fora da camada de metal 70.2 Sensor montado fora do adaptador de suprimento de gás 70.3 Sensor montado dentro do adaptador de suprimento de gás 70.4 Sensor montado dentro da camada de metal 80 Unidade de processamento de dados 81 Forma de onda de oscilação g(t) de uma vibração mecânica 82 Espectro de frequência 82a Valores de amplitude de frequência G(t, f) 83 Sinal de índice de bolha BI(t) 85 Faixa de índice de bolha ΔBI 86.1 Componentes de índice de bolha de referência BIn(0) 86.2 Componentes de índice de bolha atuais BIn(t) 100 Unidade de controle 100a Válvula de controle 100b Medidor de fluxo 100c Manômetro 101 Sinal de advertência 102 Fluxo de volume Q(t) 103 Volume de gás alvo VMAX 300 Ajustar o fluxo de volume 301 Calcular pelo menos um componente de índice de bolha (86.1) 302 Classificar pelo menos um valor do componente de índice de bolha (86.1) 400 Determinar valores pré-determinados 401 Ajustar o fluxo de volume (102) 402 Calcular um sinal de índice de bolha (83) 403 Gerar um sinal de advertência (101) 404 Variação do fluxo de volume (102) 404a Aumentar ou manter constante o fluxo de volume (102) 404b Diminuir o fluxo de volume (102) 405 Cessar a purga do gás

Claims (15)

1. Tampão de purga de gás (10) para aplicações metalúrgicas caracterizado pelo fato de compreender a.) um corpo refratário cerâmico (10k) com uma primeira extremidade (10u) e uma segunda extremidade (10o); b.) a segunda extremidade (10o) está na posição montada do tampão de purga de gás (10) em contato com um fundido de metal (41); c.) a primeira extremidade (10u) é pelo menos parcialmente coberta com uma tampa de metal (12.1), a tampa de metal (12.1) compreende uma abertura (16) para qual opcionalmente um adaptador de suprimento de gás (20) é conectado; d.) o tampão de purga de gás (10) é designado de tal modo que um gás de purga, que é suprido via a abertura (16), escoa através do corpo (10k) e sai do corpo (10k) na segunda extremidade (10o); e.) e pelo menos um sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) em contato direto com o tampão de purga de gás (10), para detectar uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica (81), pelo que o sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) é um sensor de aceleração.

2. Tampão de purga de gás (10) para aplicações metalúrgicas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) é montado na tampa de metal (12.1), ou no adaptador de suprimento de gás (20) do tampão de purga de gás (10).

3. Tampão de purga de gás (10) para aplicações metalúrgicas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) é um sensor de aceleração piezoelétrico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4).

4. Sistema de purga de gás compreendendo um tampão de purga de gás (10) para aplicações metalúrgicas e um tubo de suprimento de gás (30) conectado ao tampão de purga de gás (10), o tampão de purga de gás (10) compreendendo: - .) um corpo refratário cerâmico (10k) com uma primeira extremidade (10u) e uma segunda extremidade (10o); b.) a segunda extremidade (10o) está na posição montada do tampão de purga de gás em contato com um fundido de metal; c.) a primeira extremidade (10u) é pelo menos parcialmente coberta com uma tampa de metal (12.1), a tampa de metal (12.1) compreende uma abertura (16) a qual opcionalmente um adaptador de suprimento de gás (20) é conectado; d.) o tampão de purga de gás (10) é designado de tal modo que um gás de purga que é suprido via o tubo de suprimento de gás (30) para a abertura (16) escoa através do corpo (10k) e sai do corpo (10k) na segunda extremidade (10o); e.) e no qual pelo menos um sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) está em contato direto com o tampão de purga de gás (10), para detectar uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica (81), no qual o sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) é um sensor de aceleração; o sistema de purga de gás caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender: f.) uma unidade de processamento de dados (80) para adquirir a forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica (81) detectada pelo sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) do tampão de purga de gás (10), e para calcular um sinal de índice de bolha (83) a partir da forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica (81) detectada; g.) uma unidade de controle (100); no qual a unidade de controle (100) é configurada para: - revelar o sinal de índice de bolha (83); e/ou - variar o fluxo de volume (102) através do tubo de suprimento de gás (30) dependendo do sinal de índice de bolha (83); e/ou - gerar um sinal de advertência (101) quando o sinal de índice de bolha (83) se encontra fora de uma faixa definida.

5. Sistema de purga de gás de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender pelo menos um dos seguintes componentes, conectado à unidade de controle (100): - uma válvula de controle (100a) para controlar o fluxo de volume (102) através do tubo de suprimento de gás (30); - um medidor de fluxo (100b) para medir o fluxo de volume (102) através do tubo de suprimento de gás (30); - opcionalmente, um manômetro (100c) para medir a pressão no tubo de suprimento de gás (30).

6. Sistema de purga de gás de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a unidade de processamento de dados (80) determina pelo menos um componente de índice de bolha (86.1, 86.2) pela soma de valores de amplitude de frequência (82a) a partir do espectro de frequência (82) sobre uma faixa de frequência definida.

7. Sistema de purga de gás de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a unidade de processamento de dados (80) determina o sinal de índice de bolha (83) a partir da compactação ponderada das diferenças ou quocientes entre pelo menos um dos componentes de índice de bolha atuais (86.2) e pelo menos um dos componentes de índice de bolha de referência (86.1).

8. Método para caracterização de um tampão de purga de gás (10), caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: - Ajustar um fluxo de volume atual (300) de um gás através do tampão de purga (10); - Adquirir uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica (81) no fluxo de volume atual (102) por pelo menos um sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) em contato direto com o tampão de purga de gás (10), no qual o sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) é um sensor de aceleração piezoelétrico; - Calcular pelo menos um componente de índice de bolha (301) a partir da forma de onda de oscilação adquirida de uma vibração mecânica (81) no fluxo de volume atual (102); - Classificar pelo menos um componente de índice de bolha (302).

9. Método para purga de um fundido de metal (41) em um vaso metalúrgico (40) com um gás, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - Ajustar um fluxo de volume atual (401) de um gás através do tampão de purga (10) a um valor pré-determinado do fluxo de volume inicial (102); - Adquirir uma forma de onda de oscilação de uma vibração mecânica (81) no fluxo de volume atual (102) por pelo menos um sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) em contato direto com o tampão de purga de gás (10), no qual o sensor eletrônico (70, 70,1, 70,2, 70,3, 70,4) é um sensor de aceleração; e: - Variar o fluxo de volume (404) através do tubo de suprimento de gás (30) dependendo da forma de onda de oscilação adquirida de uma vibração mecânica (81); e/ou - Gerar um sinal de advertência (403) dependendo da forma de onda de oscilação adquirida de uma vibração mecânica (81).

10. Método para purga de um fundido de metal (41) em um vaso metalúrgico (40) com um gás de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - Calcular um sinal de índice de bolha (402) a partir da forma de onda de oscilação adquirida de uma vibração mecânica (81) no fluxo de volume atual (102); e: - Gerar um sinal de advertência (403) se o sinal de índice de bolha (83) se encontra fora de uma faixa pré-definida de índice de bolha (85), e/ou - Variar o fluxo de volume (404) através do tubo de suprimento de gás (30) como uma função do sinal de índice de bolha (83).

11. Método para purga de um fundido de metal (41) em um vaso metalúrgico (40) com um gás de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que antes da etapa de ajustar o fluxo de volume (401), uma etapa de determinar valores pré-determinados (400) para pelo menos um dos valores dos seguintes grupos é realizada: um componente de índice de bolha de referência (86.1), um fluxo de volume inicial (102) através do tubo de suprimento de gás (30), uma faixa de índice de bolha (85), um volume de gás alvo (103).

12. Método para purga de um fundido de metal (41) em um vaso metalúrgico (40) com um gás de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de cálculo de um sinal de índice de bolha (402) compreende que o sinal de índice de bolha (83) é calculado a partir da compactação ponderada das diferenças ou quocientes entre os componentes de índice de bolha atuais (86.2) e os componentes de índice de bolha de referência (86.1).

13. Método para purga de um fundido de metal (41) em um vaso metalúrgico (40) com um gás de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de variação do fluxo de volume (404) compreende: - aumentar ou manter constante o fluxo de volume (404a) através do tubo de suprimento de gás (30) no caso do sinal de índice de bolha (83) se encontrar dentro de uma faixa pré-definida de índice de bolha (85); e - diminuir o fluxo de volume (404b) através do tubo de suprimento de gás (30) no caso do sinal de índice de bolha (83) se encontrar fora de uma faixa pré-definida de índice de bolha (85).

14. Método para purga de um fundido de metal (41) em um vaso metalúrgico (40) com um gás de acordo com as reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de usar um tampão de purga de gás (10) para aplicações metalúrgicas conforme definido nas reivindicações 1 a 3.

15. Método para purga de um fundido de metal (41) em um vaso metalúrgico (40) com um gás de acordo com as reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de usar um sistema de purga de gás conforme definido nas reivindicações 4 a 7.