BRPI0609116A2 - equipamento e método para medição e controle de alimentação de material de carga e sucata metálica em um forno elétrico a arco, uso do equipamento e método e equipamento para refino de aço - Google Patents

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Abstract

EQUIPAMENTO E METODO PARA MEDIçãO E CONTROLE DE ALIMENTAçãO DE MATERIAL DE CARGA E SUCATA METALICA EM UM FORNO ELéTRICO A ARCO, USO DO EQUIPAMENTO E METODO E EQIMPAMENTO PARA REFINO DE AçO. é descrito um equipamento para a medição e controle de alimentação de material de carga e sucata metálica em um forno elétrico a arco, incluindo um dispositivo de controle automático para o controle de alimentação de material de carga ou sucata de acordo com a energia necessária para o banho, e um dispositivo de medição para o material de carga adicionado, ligado ao dispositivo de controle automático, compreendendo um dispositivo de pesagem para a carcaça do forno, seus conteúdos e quaisquer outros componentes que ela possa suportar.

Description

"EQUIPAMENTO E MÉTODO PARA MEDIÇÃO E CONTROLE DEALIMENTAÇÃO DE MATERIAL DE CARGA E SUCATA METÁLICAEM UM FORNO ELÉTRICO A ARCO, USO DO EQUIPAMENTO EMÉTODO E EQUIPAMENTO PARA REFINO DE AÇO"
A presente invenção diz respeito a equipamento para amedição e controle de material de carga e sucata de alimentação em um fornoe o método relativo, em particular para a medição e controle de alimentaçãocontínua.
O uso de sistemas contínuos para carregar sucata metálica emum forno, em particular em um forno elétrico a arco (EAF) para produção deaço, sistemas tais como CONSTEEL®, por exemplo, e/ou a adição dematerial previamente reduzido no banho, envolve a necessidade de mantercontrole direto do fluxo de material de carga à medida que ele entra no forno.
De fato, se a adição contínua de material de carga no estadosólido não for controlada de forma contínua e correta, isto pode causarproblemas que reduzem a eficiência global do ciclo produtivo.
Entre esses problemas, o mais importante é a formação dematerial sólido aglomerado na zona de descarregamento de sucata no forno, jáque ele mantém esta consistência por um período de tempo prolongado,prolongando assim o tempo de fusão no forno e, em decorrência disto,prolongando todo o ciclo produtivo.
Este controle é igualmente importante a fim de garantir que osuprimento de energia elétrica aos eletrodos fique o mais homogêneopossível, evitando também o contato direto entre o material sólido e oseletrodos, um contato que causaria a ruptura dos eletrodos.
Na prática normal, o dito controle é feito por um operador, ocontrolador de linha, que regula manualmente a velocidade do sistema decarregamento de sucata de acordo com sua experiência pessoal e suaimpressão da quantidade de material de carga ou sucata carregada no forno.Naturalmente, este operador tem que estar extremamente familiarizado com oprocesso e a instalação e, de qualquer maneira, suas decisões podem aindasempre ser afetadas pela leitura de dados duvidosa e nem sempre muitoconfiável.
Uma solução para resolver esses problemas foi dar condiçõespara a inclusão de dispositivo de controle de peso contínuo da carcaça doforno.
Para se conseguir isto, dois tipos de medições foramdesenvolvidos: um método de controle indireto do peso da carcaça do fornocom base no nível do metal líquido, e um método de controle mais diretobaseado em sensores que medem o peso do sistema.
O método de controle indireto é baseado no métodogeométrico que, começando com uma leitura do nível de líquido, converteestes dados em dados de volume (e, portanto, peso), uma conversão quedepende claramente do perfil considerado do tanque refratário no interior dacarcaça do forno.
Entretanto, o perfil da carcaça do forno está estritamenteligado ao fenômeno corrosivo que o metal líquido provoca no refratário,fenômenos que são freqüentemente violentos e imprevisíveis. Inevitavelmenteneste momento isto resulta em uma falta de precisão na curva de tara usadapara comparar a leitura do nível e o cálculo do volume. Considerando a ditafalta de precisão e o alto peso específico do ferro, os dados medidos revelarãoum erro bem grande, e portanto esta técnica não pode ser usada para controlede precisão.
No caso do método de controle direto, um método que ébaseado em uma pesagem direta da estrutura da carcaça do forno, os sistemasde leitura de peso têm que ficar localizados em zonas específicas tais comomontantes e vigas de suporte, que, entretanto, suportam não somente o pesoda carcaça do forno, mas também todas as estruturas de suporte, sistemas esubsistemas do forno. Portanto, a quantidade de material de carga ou sucatametálica incluída constitui somente uma fração percentual limitada do pesomedido, e isto envolve todos os vários aspectos de falta de precisão. Esta faltade precisão torna-se tão grande que qualquer medição realizada pode serconsiderada confiável somente no que diz respeito à qualidade.
No caso de fornos basculantes montados sob rodas (e com osistema de pesagem nas rodas), é o peso do sistema de basculamento dacarcaça do forno que tem que poder resistir a forte tensão mecânica, aelevação do peso lido total sacrificando a precisão de medição.
O objetivo geral da presente invenção é portanto resolver osproblemas supramencionados de uma maneira simples, econômica eparticularmente funcional.
É um objetivo da presente invenção um equipamento paramedir e controlar alimentação de material de carga ou sucata metálica em umforno elétrico a arco, com um dispositivo automático para controlar aalimentação de material de carga ou sucata metálica de acordo com a energiasuprida ao banho, mais um dispositivo para medir a quantidade de material decarga adicionado, ligado ao dispositivo de controle automático,compreendendo um dispositivo para pesar a carcaça do forno, seus conteúdose quaisquer outros componentes que ela possa suportar.
É um outro objetivo da presente invenção um método paramedir e controlar a alimentação do material de carga ou sucata metálica emum forno elétrico a arco que inclui as seguintes etapas:
- pesagem do material de carga ou sucata metálica adicionadaao banho, realizada por um dispositivo que pesa a carcaça do forno, seusconteúdos e quaisquer outros componentes que ela possa suportar;
- aquisição de dados de uma leitura de medição da quantidadede material de carga ou sucata metálica adicionada ao banho, suprida pelodispositivo de pesagem, a dita leitura sendo diferencial em um período detempo, por exemplo;
- otimização do fluxo de carga de acordo com algoritmosadequados, obtidos ajustando-se a velocidade de alimentação do material decarga ou sucata metálica, de acordo com a energia suprida ao banho.
Preferivelmente, a alimentação do material de carga ou sucatametálica em um forno elétrico a arco deve ser contínua.
Em particular, o dispositivo de pesagem da carcaça do forno equaisquer outros componentes que ela possa suportar proporciona umaestrutura de suporte para a carcaça do forno composta de rolos de suporte.
A função de tais rolos é corrigir qualquer desvio na formainduzido pelo ciclo térmico.
Além disso, o dispositivo de pesagem opera com redundânciadupla, pelo menos em dois dos rolos de suporte que compreende os rolos demedição. Portanto, preferivelmente pelo menos dois rolos de suportemontados no equipamento de acordo com a presente invenção agem comorolos de medição.
Os rolos de medição são equipados com sensores para leiturade peso direta ou indireta.
Um terceiro rolo de suporte pode também agir como um rolode medição equipado com sensores para leitura de peso direta ou indireta.
Em particular, também, o dispositivo automático paracontrolar a alimentação do material de carga ou sucata metálica incluisistemas de conexão e controle para os dispositivos usados para alimentar oucarregar o material de carga ou sucata.
Basicamente, o dispositivo ou sistema automático paragerenciamento e controle adquire uma leitura da medição precisa suprida pelodispositivo de pesagem, diferencial em relação a um período de tempo, quemede de uma maneira contínua a quantidade de material de carga ou sucatametálica adicionada ao banho, pesando a carcaça do forno, seus conteúdos etodos componentes que ela possa suportar.
De acordo com o algoritmo para otimizar o fluxo de carga, osistema de gerenciamento e controle automático assim opera na velocidade dealimentação de sucata metálica para impedir que qualquer aglomerado sólidoque se forma seja levado para o banho a qualquer nível de energia, qualquerque seja (elétrica e/ou química).
Uma vantagem principal do equipamento e método de acordocom a presente invenção é o fato de que, controlando-se a razão entre aenergia suprida e o peso do material carregado (sucata), a temperatura dometal líquido pode ser controlada, mantendo-a próxima do valor ideal para ociclo, e sendo capaz de operar constantemente na energia máxima produzidapelo banho e, portanto, contribuindo para o aumento da eficiência produtiva.
Além do mais, isto ajuda impedir qualquer erro humanocausado pela falta de precisão nos cálculos das condições operacionais.Também, uma vantagem adicional é a redução nas solicitações de informaçãotécnica do operador chefe na linha que terá o suporte de um sistema capaz deanalisar condições em tempo real e assim ajudá-lo tomar as decisõesapropriadas automaticamente e em tempo real.
No que diz respeito ao dispositivo de pesagem, a soluçãoadotada de acordo com a presente invenção é particularmente vantajosa, jáque ela é baseada em uma escolha da configuração geral do forno derivada deum projeto e esquema construtivo bem testados, mas com a adição de ummétodo de aquisição de dados que é certamente inovativo.
O esquema construtivo do forno proposto é baseado naseparação das várias funções: a função de conter o material fundido exigeuma estrutura compacta, mais leve possível, composta somente da carcaça doforno e quaisquer outros componentes que ela possa suportar.
O suporte e basculamento da carcaça do forno (durante ovazamento, o completo esvaziamento da carcaça do forno para manutençãoou reforma) exigem uma estrutura de suporte por baixo. Esta configuraçãotem demonstrado ser a mais adequada para a aplicação do sistema depesagem, uma vez que é ela que proporciona a melhor razão entre o materialtratado, em outras palavras, o material de carga ou sucata metálica a seralimentada no forno, e o peso total aplicado no sistema de pesagem.
De fato, na solução de acordo com a presente invenção, acarcaça do forno pesa sobre a estrutura de suporte por meio de rolos, cujafunção adicional é corrigir qualquer desvio na forma induzido pelo ciclotérmico. Tais rolos suportam a estrutura envolvida na função o mínimopossível e, portanto, eles são a melhor solução para prover instrumentaçãoeficiente destinada ao monitoramento do peso da sucata metálica adicionada.
Dada a geometria do acoplamento entre a carcaça do forno e aestrutura de suporte, entretanto, outras modalidades são possíveis, tais comosistemas de medição de precisão para calcular a distância entre o corpo dacarcaça do forno e a estrutura de suporte, ou qualquer sistema de pesagem dacarcaça do forno adequado para controlar alimentação de sucata metálica oumaterial de carga.
O equipamento e método de acordo com a presente invençãosão também aplicáveis a todos métodos operacionais que envolvem a adiçãode metal líquido ou sólido, de uma maneira mais ou menos contínua durante ociclo operacional.
Embora o equipamento e método particulares para a medição econtrole de alimentação de material de carga e sucata metálica em fornos deprodução de aço estejam estritamente ligados com o esquema construtivoespecífico da carcaça do forno, eles podem também ser aplicados a outrosmétodos. É um outro objetivo da presente invenção prover um método pararefino de aço compreendendo:
- pré-aquecimento contínuo do material de carga;
- alimentação do dito material contendo ferro, ferro reduzidodiretamente, ou uma mistura de ambos em um forno elétrico a arco a fim derealizar as operações de fusão e refino;
- alimentação de elementos para formar escória no banho paraprodução de aço;
- introdução de elementos carburizantes no forno para aprodução de aço;
- aquecimento elétrico da carga usando eletrodos para fundir acarga e formar um banho de metal fundido no forno com uma camada deescória fundida sobre o dito banho metálico fundido;
- manutenção da dita escória em uma condição espumantedurante o processo de produção de aço;
- alimentação de elementos metálicos, como formadores deescória, e elementos carburizantes no dito forno;
- manutenção da capacidade de energia elétrica total no ditoforno durante o tempo total de carregamento, fusão e refino;
- vazamento intermitente do forno, mantendo um resíduo demetal líquido dentro da carcaça do forno, o dito resíduo de metal líquidorepresentando aproximadamente um peso que varia entre 10 % e 30 % dopeso antes do vazamento;
tal método sendo caracterizado em que a etapa de alimentaçãode material de carga ou sucata metálica, ou seja, materiais contendo ferro,ferro reduzido diretamente, ou uma mistura de ambos, em um forno elétrico aarco compreende as seguintes subetapas:
- pesagem do material de carga ou sucata metálica adicionadaao banho, suprida por um dispositivo de pesagem por meio da pesagem dacarcaça do forno, seus conteúdos e quaisquer componentes que ela possasuportar;
- aquisição de dados de uma leitura de medição da quantidadede material de carga ou sucata metálica adicionados ao banho, e supridos pelodispositivo de pesagem, diferencial com o tempo, por exemplo;
- otimização do fluxo de carga de acordo com algoritmosadequados pela regulagem da velocidade de alimentação do material de cargaou sucata metálica, de acordo com a energia suprida ao banho.
É um outro objetivo da presente invenção prover equipamentopara refino de aço, compreendendo:
- um forno elétrico a arco para produção de aço, para fusão erefino de uma carga metálica no forno;
- eletrodos que se estendem ao interior do forno intermediárioao nível de escória e o nível do material fundido contido no banho;
- um dispositivo de alimentação conectado no dito forno paraintrodução de materiais de carga no dito forno sem a remoção dos eletrodos;
- dispositivo de pós-combustão associado para cooperar com odito dispositivo de alimentação a fim de pré-aquecer os materiais de carga nointerior do dito dispositivo de alimentação;
- dispositivo para medir e controlar a alimentação de materialde carga ou sucata metálica composto de um dispositivo de controleautomático para o material de carga ou sucata metálica, e um dispositivo paramedir o material de carga adicionado, ligado ao dispositivo de controleautomático;
- um dispositivo mecânico hermeticamente selado localizadona seção de entrada do material de carga ou sucata metálica para o dispositivode alimentação;
- dispositivo de injeção de gás que comunica com o dito fornoacima e/ou abaixo do nível normal de metal fundido no banho; e
- dispositivos para bascular o dito forno para operações deretirada de escória e vazamento, o dispositivo de vazamento sendoposicionado de uma maneira tal que o dito basculamento do dito fornomantenha um resíduo de material líquido fundido no interior do dito banho, odito resíduo tendo um peso que varia aproximadamente entre 10 % e 30 % dopeso antes do vazamento.
As características estruturais e funcionais da presente invençãoe suas vantagens com relação à tecnologia anterior ficarão mais claras e maisóbvias a partir da descrição seguinte com referência aos desenhos anexos, emque:
As figuras 1 e 2 são vistas em elevação lateral de soluçõestécnicas de acordo com a tecnologia de ponta atual;
As figuras 3 e 4 são vistas em elevação lateral de umamodalidade do sistema de acordo com a presente invenção;
A figura 5 é um diagrama de blocos do método de acordo coma presente invenção.
Em particular, a figura 1 mostra um forno EAF cujaplataforma de basculamento (5) (para operações de retirada de escória,vazamento ou esvaziamento) é suportada por rodas (3) posicionadas em basesde suporte (6).
A carcaça do forno (1) é montada por meio de suportesadequados (2) na plataforma de basculamento (5).
A abertura lateral (4') é usada para alimentar a sucata metálica,por meio de um transferidor (4), se necessário, com um procedimento dealimentação contínua, tal como o provido pelo sistema CONSTEEL®, porexemplo. A configuração tradicional é algumas vezes equipada cominstrumentos para leitura do peso por meio de sensores localizados nos eixosdas rodas de suporte do forno EAF (3).
Por outro lado, a modalidade mostrada nas figuras 3 e 4 refere-se à invenção de acordo com a presente invenção. A plataforma debasculamento (5) é montada na base de suporte (6), e a carcaça do forno (1) éposta em suportes adequados (2) na plataforma. A fim de permitir osedimento estrutural por causa da temperatura, o sistema de suporte dacarcaça do forno é composto de pelo menos dois rolos (7). Os leitores de pesoou sensores são montados dentro de tais rolos (7). Simplesmente a título deexemplo, e em hipótese alguma de uma maneira limitante, esses sensorespodem ser montados com redundância dupla nos eixos dos rolos (7) e sercompostos de sensores de tensão de cisalhamento. A parte pesada é compostasomente da carcaça do forno (1), mostrado na figura 3, que pesa muito menosque a mostrada na figura 1 (carcaça do forno (1) mais a plataforma debasculamento (5)), e portanto os sensores nos rolos (7), pela menor tensão,podem ser projetados com capacidade de precisão bem maior.
A leitura de aquisição de dados (ver figura 5) juntamente comum algoritmo de cálculo adequado permite a etapa de monitoramento daalimentação de sucata metálica na carcaça do forno (1) em tempo real pelaabertura (4') por meio do transferidor (4). O sistema de aquisição de dados(figura 5) então processa a dita informação, também de acordo com a energiana entrada do forno, tornando-a disponível para o operador da linha, bemcomo para o sistema de controle de alimentação contínua de sucata metálica(4) descrito na figura 5 (tal como o sistema Consteel®, por exemplo).
Alternativamente, no caso de fornos basculantes sem rodas(como no tipo mostrado na figura 2 na versão de acordo com a tecnologia deponta atual) cujo peso não é tão facilmente medido, a aplicação da solução deacordo com a presente invenção permite medição em tempo real (figura 4) domaterial de carga e tem uma influência considerável na simplificação daconstrução de sistemas de forno EAF com possível equipamento dealimentação contínua (o sistema Consteel®, por exemplo).
O termo material de carga ou "sucata metálica" usado napresente descrição e nas reivindicações dependentes refere-se ao material decarga para fusão contínua composto de sucata de ferro, ferro fundido, ferroreduzido diretamente na forma de penas ou fragmentos e/ou uma misturada deambos.Em particular, por meio da leitura de medição de aquisição dedados da quantidade de material de carga ou sucata metálica adicionados aobanho por meio do dispositivo de pesagem, diferencial no tempo, porexemplo, a otimização do fluxo de carga pode ser calculada de acordo comalgoritmos adequados. De acordo com estes dados, equipamento e método, odispositivo de gerenciamento e controle regula a velocidade de alimentaçãode material de carga ou sucata metálica.

Claims (14)

1. Equipamento para medição e controle de alimentação dematerial de carga e sucata metálica em um forno elétrico a arco, que forneceum dispositivo de controle automático para alimentar material de carga ousucata de acordo com a energia suprida ao banho, e um dispositivo demedição para o material de carga adicionado, ligado ao dispositivo decontrole automático, caracterizado pelo fato de que compreende umdispositivo de pesagem para a carcaça do forno, seus conteúdos e quaisqueroutros componentes que ela possa suportar.
2. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o dispositivo de pesagem para a carcaça doforno, seus conteúdos e quaisquer outros componentes que ela possa suportar,fornece uma estrutura de suporte da carcaça do forno por meio de rolos desuporte.
3. Equipamento, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que pelo menos dois rolos de suporte sãocompostos de rolos de medição.
4. Equipamento, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que os rolos de medição são equipados comsensores para leitura de peso direta ou indireta.
5. Equipamento, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que um terceiro rolo de suporte é também um rolode medição equipado com sensores para leitura de peso direta ou indireta.
6. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle automático para aalimentação de material de carga ou sucata metálica fornece sistemas deconexão e controle no dispositivo de alimentação ou carregamento para omaterial de carga ou sucata metálica.
7. Equipamento, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a alimentação domaterial de carga no forno é contínua.
8. Uso do equipamento de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que é em procedimentosoperacionais que permitem a adição de metal líquido ou sólido de umamaneira mais ou menos contínua durante o ciclo operacional.
9. Método para medição e controle de alimentação de materialde carga ou sucata metálica em um forno elétrico a arco, caracterizado pelofato de que estabelece as seguintes etapas:- pesagem do material de carga ou sucata metálica adicionadaao banho, suprida por um dispositivo de pesagem, pela pesagem da carcaça doforno, seus conteúdos e quaisquer outros componentes que ela possa suportar;- aquisição de dados de uma leitura de medição da quantidadede material de carga ou sucata metálica adicionada ao banho, suprida pelodispositivo de pesagem, diferencial no tempo, por exemplo;- otimização do fluxo de carga de acordo com algoritmosadequados, pela regulagem da velocidade de alimentação do material de cargaou sucata metálica de acordo com a energia suprida ao banho.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que a pesagem do material de carga é feita por qualquer métodode medição de peso, qualquer que seja ele.
11. Método para refino de aço compreendendo:- pré-aquecimento contínuo do material de carga;- alimentação do dito material contendo ferro, ferro reduzidodiretamente, ou uma mistura destes em um forno elétrico a arco a fim derealizar as operações de fusão e refino;- alimentação de elementos de formação de escória no banhopara produção de aço;- introdução de elementos carburizantes no forno para aprodução de aço;- aquecimento elétrico da carga usando eletrodos para fundir acarga e formar um banho de metal fundido no forno com uma camada deescória fundida sobre o dito banho metálico fundido;- manutenção da dita escória em uma condição espumantedurante o processo de produção de aço;- alimentação de elementos metálicos, como formadores deescória, e elementos carburizantes no dito forno;- manutenção da capacidade de energia elétrica total no ditoforno durante o tempo total de carregamento, fusão e refino;- vazamento intermitente do forno, mantendo um resíduo demetal líquido dentro da carcaça do forno, o dito resíduo líquido sendoaproximadamente igual a um peso entre 10 % e 30 % do peso antes dovazamento;o dito método sendo caracterizado pelo fato de que a etapa dealimentação de material de carga ou sucata metálica, ou seja, materiaiscontendo ferro, ferro reduzido diretamente, ou uma mistura de ambos, em umforno elétrico a arco compreende as seguintes subetapas:- pesagem do material de carga ou sucata metálica adicionadaao banho, suprida por um dispositivo de pesagem por meio da pesagem dacarcaça do forno, seus conteúdos e quaisquer componentes que ela possasuportar;- aquisição de dados de uma leitura de medição da quantidadede material de carga ou sucata metálica adicionado ao banho, e supridos pelodispositivo de pesagem, diferencial com o tempo, por exemplo;- otimização do fluxo de carga de acordo com algoritmosadequados pela regulagem da velocidade de alimentação do material de cargaou sucata metálica, de acordo com a energia suprida ao banho.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesanteriores 9 a 11, caracterizado pelo fato de que a alimentação do material decarga no forno é contínua.
13. Equipamento para refino de aço, caracterizado pelo fato deque compreende:- um forno elétrico a arco para produção de aço, para fusão erefino de uma carga metálica no dito forno;- eletrodos que se estendem ao interior do forno intermediárioao nível de escória e o nível do material fundido contido no banho;- um dispositivo de alimentação conectado no dito forno paraintrodução de materiais de carga no dito forno sem a remoção dos eletrodos;- dispositivo de pós-combustão associado para cooperar com odito dispositivo de alimentação para pré-aquecer os materiais de carga nointerior do dito dispositivo de alimentação;- dispositivo para medir e controlar a alimentação de materialde carga ou sucata metálica, compreendendo um dispositivo de controleautomático para o material de carga ou sucata metálica, e um dispositivo demedição para medir o material de carga adicionado, ligado ao dispositivo decontrole automático;- um dispositivo mecânico hermeticamente selado localizadona seção de entrada do material de carga ou sucata metálica para o dispositivode alimentação;- dispositivo de injeção de gás que comunica com o dito fornoacima e/ou abaixo do nível normal do metal fundido no banho; e- dispositivos para bascular o dito forno para operações deretirada de escória e vazamento, o dito dispositivo de vazamento sendoposicionado de uma maneira tal que o dito basculamento do dito fornomantenha um resíduo de material líquido fundido no interior do dito banho, odito resíduo tendo um peso que varia aproximadamente entre 10 % e 30 % dopeso antes do estágio de vazamento.
14. Equipamento, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que a alimentação do material de carga no forno écontínua.
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