BRPI1008530B1

BRPI1008530B1 - método e sistema de ajuste da taxa de fluxo de material de carga em um processo de carregamento de um forno de cuba

Info

Publication number: BRPI1008530B1
Application number: BRPI1008530-0A
Authority: BR
Inventors: Paul Tockert; Emile Breden; Emile Lonardi; Damien Meyer
Original assignee: Paul Wurth S.A.
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2021-02-02
Also published as: US9031704B2; KR20110115617A; MX2011008423A; EA201101183A1; US20110311926A1; CA2751264C; CN102317479B; DE10703292T1; BRPI1008530A2; EP2396432A1; EP2396432B1; UA103517C2; CN102317479A; DE10703292T8; WO2010092132A1; KR101590113B1; EA022918B1; LU91525B1; CA2751264A1; AU2010212874A1

Abstract

método e sistema de ajuste da taxa de fluxo de material de carga em um processo de carregamento de um forno de cuba em um processo de carregamento de um forno de cuba, em particular de um alto-forno, lotes de material de carga são normalmente descarregados em seqiiência cíclica para dentro do forno a partir de um silo superior utilizando uma válvula de controle de fluxo. são propostos um método e um sistema para o ajuste da taxa de fluxo do material de carga em tal processo. características de válvula predeterminadas para certos tipos de material são fornecidas, com cada característica indicando a relação entre a taxa de fluxo e o ajuste de válvula para um tipo de material. de acordo com a invenção, uma característica de válvula específica é armazenada para cada lote de material de carga, sendo cada característica de válvula específica bijetoramente associada a um lote e indicando a relação entre a taxa de fluxo e o ajuste de válvula da válvula de controle de fluxo especificamente para o lote associado. em relação ao descarregamento de um determinado lote da sequência, a invenção propõe: a utilização da característica de válvula específica armazenada associada ao referido lote para determinar um ponto de ajuste de válvula solicitado correspondente a um ponto de ajuste da taxa de fluxo, e a utilização do ponto de ajuste de válvula solicitado para operar a válvula de controle de fluxo; e a correção da característica de válvula específica armazenada associada ao referido lote caso haja um desvio estipulado entre o ponto de ajuste da taxa de fluxo e a taxa de fluxo real média.

Description

[001] A invenção se refere ao processo de carregamento de um forno de cuba, em particular um alto-forno. Mais especificamente, a presente invenção se refere a um método e sistema de ajuste da taxa de fluxo do material de carga por um filtro superior dentro do forno, utilizando uma válvula do controle de fluxo.

Estado da técnica

[002] É bem sabido que, além da sobrecarga apropriada de materiais, a distribuição geométrica do material de carga em um alto-forno tem influência decisiva no processo da produção de metal quente, visto que ela determina, entre outros, a distribuição de gás. Para atingir um perfil de distribuição desejado em vista de um processo ótimo, são importantes dois aspectos básicos. Primeiro, o material deve ser direcionado ao lugar geométrico apropriado na linha de estoque para atingir um padrão desejado, normalmente uma série de anéis concêntricos fechados ou uma espiral. Segundo, a quantidade apropriada do material de carga por superfície de unidade deve ser carregada em relação ao padrão.

[003] Com relação ao primeiro aspecto, a distribuição bem alvejada geometricamente pode ser atingida utilizando uma instalação de carregamento na parte superior equipada com uma saída de distribuição, que é rotativa em torno do eixo do forno, e articulado em torno do eixo perpendicular do eixo rotacional. Durante as últimas décadas, este tipo de instalação de carregamento, comumente referido como BELL LESS TOP™, vem tendo uso difundido por toda a indústria, entre outros, porque ele permite direcionar o material de carga de forma precisa para qualquer ponto da linha de estoque pelo ajuste adequado da rotação da calha e dos ângulos articulados. Um exemplo anterior da instalação de carregamento é apresentado na patente norte-americana n.° 3.693.812 concedida a PAUL WURTH. Na prática, este tipo de instalação é utilizado para descarregar ciclicamente sequências recorrentes dos lotes do material de carga dentro do forno por meio da calha de distribuição. A calha de distribuição é normalmente alimentada por um ou mais filtros superiores (também chamados de filtros de materiais) dispostos na parte superior ascendente do forno da calha, o que propicia armazenagem intermediária para cada lote e serve como um canal de gás do forno.

[004] Em vista do segundo aspecto, isto é, do controle da quantidade de material carregado por área de superfície unitária, o tipo de instalação de carregamento mencionado acima é normalmente equipado com uma válvula respectiva do controle de fluxo (também chamada de comporta de materiais) para cada filtro na parte superior, isto é, de acordo com a patente norte-americana n.° 4.074.835. A válvula do controle de fluxo é utilizada para ajustar a taxa de fluxo do material de carga descarregado pelo respectivo filtro dentro do forno via calha de distribuição para obter a quantidade apropriada do material de carga por superfície unitária por meio de uma abertura de válvula variável.

[005] O ajuste da taxa de fluxo geralmente visa a obter uma distribuição de peso diamétrica, simétrica e circunferencialmente uniforme em relação ao padrão desejado, que, normalmente, exige uma taxa de fluxo constante. Outro objetivo importante é sincronizar o final da descarga de um lote com respeito ao final do padrão descrito pela calha de distribuição. Por outro lado, o filtro pode ser esvaziado antes que a calha alcance o final do padrão (“fora do alcance”) ou pode haver material restante a ser descarregado após o padrão ter sido completamente descrito pela calha (“além do alcance”).

[006] Em uma abordagem conhecida, a válvula do controle de fluxo é inicialmente ajustada em uma posição “média” predeterminada, isto é, abertura de válvula “média” correspondente à taxa de fluxo média. Na prática, a taxa de fluxo médio é determinada em função do volume inicial do lote armazenado no respectivo filtro da parte superior e o tempo exigido pela calha de distribuição para a descrição completa do padrão desejado. A abertura de válvula correspondente é normalmente oriunda de um conjunto de características de válvulas teóricas predeterminadas para diferentes tipos de material, especialmente de curvas que traçam a taxa de fluxo em relação à abertura da válvula para diferentes tipos de material. Conforme discutido, por exemplo, na patente europeia n.° EP 0 204 935, uma característica de válvula para um tipo de material apresentado e uma válvula apresentada podem ser obtidas por experiência. EP 0 204 935 propõe a regulagem da taxa de fluxo por meio de um controle na realimentação online durante a descarga de um lote em função do peso residual monitorado ou alteração de peso do material de carga no filtro da parte superior de descarregamento. Em contraste com as patentes norte-americanas anteriores n.° 4.074.816 e 3.929.240, EP 0 204 935 propõe um método que, ao começar com uma abertura de válvula média predeterminada, aumenta a abertura da válvula em caso de taxa de fluxo insuficiente, porém não reduz a abertura da válvula em caso de taxa de fluxo excessivo. EP 0 204 935 também propõe a atualização de dados indicando a posição da válvula exigida para garantir certa saída de um tipo particular de material, isto é, a característica de válvula para um tipo particular de material à luz de resultados obtidos do carregamento anterior.

[007] A patente europeia EP 0 488 318 apresenta outro método de regulagem da taxa de fluxo por meio de um controle em tempo real do grau de abertura da válvula do controle de fluxo e também sugere o uso de tabelas que representam a relação entre o grau de abertura e a taxa de fluxo, de acordo com diferentes tipos de material semelhantes à característica de válvula mencionada acima. EP 0 488 318 propõe um método que visa à obtenção de uma proporção constante da taxa de fluxo (média) para um diâmetro de grão durante a descarga a fim de alcançar uma distribuição de fluxo de gás mais uniforme. Em razão de ser difícil obter características de válvula precisas para diferentes tipos de material de fórmulas teóricas, EP 0 488 318 também propõe uma correção estatística das tabelas baseadas no tipo de material em um método menos conservador, utilizando as taxas de fluxo efetivamente atingidas em uma abertura de válvula apresentada durante as descargas de lote subsequentes.

[008] O pedido de patente japonês JP 2005 206848 apresenta outro método de controle na realimentação online da abertura de válvula durante o tempo de descarga de um lote. Além de reajustar a abertura da válvula durante a descarga por meio de um “controle dinâmico”, JP 2005 206848 propõe aplicar dois cálculos, uma correção de “controle de avanço” e uma correção de “controle de retrocedimento” em uma abertura de válvula oriunda de uma função de abertura padrão, que aproxima uma característica de válvula baseada nos valores de uma taxa de fluxo e abertura de válvula armazenada para tipos de materiais diferentes. Semelhantemente, o pedido de patente JP 59 229407 propõe um aparelho de controle que armazena relações da abertura de válvula em relação ao tempo de descarga (semelhante às características) para tipos de material diferentes e aplica um termo de correção à abertura de válvula oriunda das relações armazenadas. Ao contrário de EP 0 488 318, entretanto, JP 2005 206848 e JP 59 229407 não sugerem correção dos valores armazenados.

[009] A prática da regulagem de fluxo “online”, de acordo com EP 0 204 935, é efetivamente difundida. Apesar dos seus benefícios óbvios em relação à distribuição de peso circunferencialmente uniforme, esta abordagem, entre outros, carece de melhora, pois exige um sistema de controle bem complexo. Além disso, tem sido detectado que abordagens conhecidas não são suficientemente adaptáveis e, em certas circunstâncias, podem levar a resultados insatisfatórios, especialmente em caso de variações nas propriedades do lote e em caso de lotes consistindo em uma mistura de materiais de carga diferentes.

Problema técnico

[0010] O primeiro objetivo da presente invenção é apresentar um método simplificado e um sistema simplificado de ajuste da taxa de fluxo do material de carta que se adaptem com segurança a uma variedade de propriedades do lote e às variações destas durante o procedimento de carregamento.

[0011] Este objetivo é alcançado por um método, como reivindicado na reivindicação 1, e um sistema, como reivindicado na reivindicação 7.

Descrição Geral da Invenção

[0012] A presente invenção se refere a um método de ajuste da taxa de fluxo do material de carga em um processo de carregamento de um forno de cuba. Em particular, de um alto-forno. Este processo de carregamento normalmente envolve uma sucessão cíclica de lotes do material de carga que formam um ciclo de carregamento. Conforme será compreendido, um lote representa, portanto, uma quantidade ou lote apresentado do material de carga, por exemplo, um enchimento de filtro ou carga, a ser carregado dentro do forno em uma das diversas operações que constituem um ciclo de carregamento. Os lotes são descarregados dentro do forno por um filtro na parte superior, utilizando uma válvula do controle de fluxo. Esta última é associada ao filtro da parte superior para controlar a taxa de fluxo do material de carga. As características da válvula predeterminadas são preferivelmente apresentadas para certos tipos de material. Cada característica predeterminada indica a relação entre a taxa de fluxo e a regulagem da válvula da válvula do controle de fluxo considerado como pertencente a certo tipo de material.

[0013] Para atingir o objeto acima, o método proposto apresenta uma característica de válvula específica para cada lote do material de carga respectivamente, bem como para cada válvula do controle de fluxo em caso de uma instalação de carregamento de funis múltiplos. Cada característica de válvula específica é bijetoramente associada a um lote diferente do ciclo de carregamento. Portanto, cada uma destas características é específica em relação a um lote em particular de acordo com uma relação bilateral. Cada uma delas indica, assim, a relação entre a taxa de fluxo e a regulagem da válvula da válvula do controle de fluxo considerado para o lote associado. Para obter inicialmente as características específicas, as características da válvula específica são preferivelmente inicializadas para refletir uma das características da válvula predeterminadas acima que são escolhidas, por exemplo, de acordo com o tipo de material predominante contido no lote associado. Para atingir o objetivo acima, o método também compreende em relação ao descarregamento de um lote apresentado do ciclo de carregamento do filtro da parte superior: - a utilização da característica de válvula específica armazenada no lote apresentado para determinar uma regulagem da válvula solicitada correspondente ao ponto de ajuste da taxa de fluxo e utilizar a regulagem da válvula solicitada para operar a válvula de controle de fluxo; - a determinação de uma taxa de fluxo real média em que o lote apresentado tenha sido descarregado; e - a correção da característica de válvula específica armazenada associada ao lote apresentado em caso de um desvio estipulado entre o ponto de ajuste da taxa de fluxo e a taxa de fluxo real média.

[0014] Em outras palavras, uma característica de válvula específica para cada lote (e cada válvula de controle) é apresentada e corrigida quantas vezes for solicitada em função da taxa de fluxo médio em que, por um momento, o lote em questão é descarregado. Estas características da válvula específicas são, portanto, destinadas a se equipararem cada vez mais diretamente à verdadeira característica de válvula que se aplica à descarga do lote em questão. Elas se adaptam, desta forma, automaticamente a quaisquer propriedades inerentes ao lote que influenciam a taxa de fluxo (misturas de material, granularidade, peso total, umidade, ...) durante a descarga. O uso das regulagens da válvula oriundas das características da válvula específica corrigida progressivamente ajustará gradualmente a taxa de fluxo ao ponto de ajuste da taxa de fluxo desejado. Além disso, ao contrário dos métodos de ajuste conhecidos, em que o controle da taxa de fluxo para lotes diferentes do mesmo tipo de material em um ciclo de carregamento depende de uma única e mesma característica de válvula predeterminada para este tipo de material, o método proposto se adapta automaticamente às diferenças dos parâmetros de carregamento superiores de diferentes lotes do mesmo tipo, por exemplo, ao fechamento da válvula do controle de fluxo entre posições de articulação diferentes da calha. Como será observado, comparada à abordagem conhecida de apresentação de um único número limitado de características para cada tipo de material diferente (por exemplo, substâncias finas aglomeradas, coques, pelotas ou minerais aglomerados) respectivamente, a solução atualmente proposta é particularmente benéfica ao carregar um ou mais lotes que compreendem uma mistura de tipos de materiais diferentes.

[0015] Um sistema correspondente de ajuste da taxa de fluxo é proposto abaixo. De acordo com a invenção, o sistema compreende principalmente um meio de memória que armazena as características da válvula específicas e um meio de computação programável adequado (por exemplo, um computador ou PLC) programado para executar os aspectos principais do método proposto como delineado acima.

[0016] As características preferidas do método e sistema propostos são definidas nas reivindicações dependentes 2-6 e 8-12, respectivamente.

Breve Descrição dos Desenhos

[0017] Uma modalidade preferida da invenção é descrita a seguir, a título de exemplo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais: - a FIG. 1 é uma vista de seção transversal esquemática de uma válvula do controle de fluxo associada a um filtro na parte superior de uma instalação de carregamento de alto-forno; - a FIG. 2 é um gráfico que ilustra uma família de curvas características predeterminadas traçando uma taxa de fluxo em relação à regulagem da válvula, como determinado pela medição de tipos de material diferentes e por uma válvula do controle de fluxo específico; - a FIG. 3 é um gráfico de fluxo que ilustra esquematicamente o fluxo de dados em função do ajuste da taxa de fluxo de acordo com a presente invenção; - a FIG. 4 é uma tabela de uma característica de válvula específica expressa como uma sequência de valores de regulagem da válvula discretos (ângulo de abertura α da FIG. 1) e uma sequência associada dos valores da taxa de fluxo médio discretos; - a FIG. 5 é um gráfico de uma curva que ilustra a característica de válvula específica da FIG. 4; e - a FIG. 6 é um gráfico de curvas que ilustram uma característica de válvula especifica inicial (linha sólida) e uma característica de válvula específica corrigida (linha quebrada).

Descrição Detalhada com referência aos Desenhos

[0018] A FIG. 1 ilustra esquematicamente uma válvula do controle de fluxo 10 na saída de um filtro superior 12 em uma instalação de carregamento superior de um alto-forno, por exemplo, de acordo com o pedido PCT n.° WO 2007/082630. Durante a descarga periódica do material de carga, a válvula do controle de fluxo 10 é utilizada para controlar a taxa de fluxo (de massa ou volumétrica). Como é bem conhecido, para um perfil de carregamento adequado, a taxa de fluxo tem que estar coordenada com a operação de um aparelho de distribuição no qual o material é alimentado na forma de um fluxo 14, como ilustrado na FIG. 1. Normalmente, a taxa de fluxo deve ser coordenada com a operação de uma calha de distribuição articulado e rotativo (não mostrado). Conforme será explicado, a taxa de fluxo é um processo variável determinado basicamente pela abertura da válvula (área de abertura / seção transversal aberta) da válvula 10.

[0019] Na modalidade ilustrada na FIG. 1, a válvula do controle de fluxo 10 é configurada de acordo com os princípios gerais da patente norte-americana n.° 4.074.835, isto é, com um obturador da válvula 16 articulado em frente a um membro de canal 18 de seção transversal geralmente octogonal ou oval. Nesta modalidade, a regulagem da válvula controlável (variável manipulada) é o ângulo aberto α da válvula 10 que determina a posição articulada do obturador 16 e, deste modo, a abertura da válvula. Daqui por diante, o símbolo “α” é expresso, por exemplo, em [°] e representa o ajuste de válvula para a válvula 10 da FIG. 1 meramente para fins de ilustração. De fato, a presente invenção não é limitada, em sua aplicação, a um tipo específico de válvula de controle de fluxo. Ela é igualmente aplicável a qualquer outro design adequado, como aqueles apresentados na patente europeia n.° EP 0 088 253, em que a variável manipulada é o deslocamento do eixo de uma válvula macho, ou na patente europeia n.° EP 0 062 770, em que a variável manipulada é a abertura de uma válvula de diafragma íris.

[0020] A FIG. 2 ilustra curvas traçando a taxa de fluxo em relação à regulagem da válvula para tipos de materiais diferentes, respectivamente, a saber: substâncias finas aglomeradas, coque, pelotas e minerais, para um tipo apresentado da válvula do controle de fluxo (as curvas da FIG. 2 são de uma válvula de controle de fluxo macho do tipo como apresentado em EP 088 253). Cada curva é obtida empiricamente de modo conhecido, isto é, baseada em medições da taxa de fluxo para diferentes regulagens da válvula, utilizando um lote representativo de um tipo de material apresentado que tem propriedades típicas, em particular granulometria e peso de lote total. As curvas, como ilustradas na FIG. 2, expressam uma válvula genérica predeterminada característica pertencente a certo tipo de material.

[0021] Doravante, o ajuste da taxa de fluxo, de acordo com a presente invenção, é descrito com referência às FIGS. 3-6.

[0022] Como ilustrado na FIG. 3, um número limitado de características da válvula predeterminadas 20 são apresentadas para indicar a relação entre a taxa de fluxo e a regulagem da válvula da válvula do controle de fluxo 10 como pertencentes a certo tipo de material. Por exemplo, somente duas características padrão, uma para o material de coque (“C”) e uma para o material ferroso (“O”) são apresentadas como mostradas na FIG. 3, embora futuras possíveis características predeterminadas, isto é, para material de sínter e material de pelotas, respectivamente (ver FIG. 2), não sejam excluídas. As características da válvula predeterminadas 20 são apresentadas de acordo com os tipos de material utilizados em um ciclo de carregamento desejado e obtidas de modo conhecido, isto é, como discriminadas acima em relação à FIG. 2. As características predeterminadas 20 são armazenadas em qualquer formato adequado em um aparelho de armazenagem de dados, isto é, um disco rígido de um sistema de computador implementando uma interface de máquina humana (HMI) para interação do usuário com o controle do processo da operação de carregamento do alto- forno ou em memória retentiva de um controlador lógico programável (PLC) do sistema de controle do processo.

[0023] A FIG. 3 ilustra também um diagrama de uma primeira estrutura de dados 22 rotulada como “dados (HMI) de Interface” compreendendo itens dos dados relacionados ao processo de controle do processo de carregamento. A estrutura de dados 22 é utilizada no HMI e apresenta um conjunto atual de regulagens e parâmetros específicos do usuário, isto é, uma “fórmula” de controle do processo de carregamento. Ela pode ter qualquer formato apropriado para conter dados (“...” na coluna “BLT”) adequados para o controle do processo da instalação de carregamento, isto é, para escolher o padrão de carregamento desejado, e (“...” na coluna “estoque”) para o controle do processo de um estoque automático, isto é, para fornecer o peso desejado, composição de material e disposição dos lotes. Para cada lote, é apresentado um respectivo registro de dados, como ilustrado por fileiras na representação tabular da estrutura de dados 22 na FIG. 3 (ver identificador “lote n.° 1”... “lote n.° 4”). Para a finalidade do controle de estoque, cada registro de dados do lote inclui, pelo menos, o indicativo de dados da composição de material do lote ao qual o registro de dados é associado. Para a finalidade da presente invenção, a expressão “registro” se refere a qualquer número de itens relacionados das informações lidadas como uma unidade, independentemente de qualquer estrutura de dados específica (isto é, não implica necessariamente o uso de uma base de dados).

[0024] Como ilustrado na FIG. 3, uma característica de válvula específica “VC1 específica”, “VC2 específica”, “VC3 específica” e “VC4 específica” é armazenada para cada lote para que a respectiva característica de válvula específica seja destinada, isto é, bijetoramente associada a cada lote. Como as características predeterminadas 20, cada característica de válvula específica também indica a relação entre a taxa de fluxo e a regulagem da válvula. Mais especificamente, cada característica específica “VC1 específica...VC4 específica” expressa uma relação entre o valor da taxa de fluxo médio e a entrada de manipulação utilizada como regulagem para controlar a válvula do controle de fluxo 10. De fato, devido ao desgaste do obturador da válvula 16, a abertura real da válvula pode variar em uma mesma regulagem de válvula α durante a existência da válvula do controle de fluxo 10.

[0025] Conforme será compreendido, ao invés de pertencer a um tipo de material, cada uma das características da válvula “VC1 específica...VC4 específica” é específica para um lote, isto é, ela expressa a relação citada acima para um lote em particular ao qual é associada. Esta bijeção pode ser implementada de forma simples ao armazenar uma característica de válvula específica como um item dos dados do respectivo registro de dados “lote n.° 1”..“lote n.° 4” existente para o lote associado em uma modalidade como ilustrada na FIG. 3. Outras formas adequadas de armazenar as características da válvula específica (isto é, em uma estrutura de dados separada) estão, naturalmente, dentro do escopo da invenção. Como também ilustram as setas 23 na FIG. 3, quando os dados do lote são originados (isto é, pela entrada do usuário), cada característica de válvula específica “VC1 específica...VC4 específica” é inicializada para refletir uma das características da válvula predeterminada (“O” / “C”) que é, preferivelmente, escolhida de acordo com um tipo de material predominante contido no lote em questão. As últimas informações pode ser oriundas dos dados de controle do estoque do registro de dados “lote n.° 1...lote n.° 4”, que, conforme expresso, inclui, pelo menos, dados indicativos da composição do material. Caso sejam usados formatos compatíveis (ver abaixo), as características da válvula específicas “VC1 específica...VC4 específica” podem simplesmente ser inicializadas como cópias da válvula predeterminada característica apropriada 20. Como é observado, a inicialização, como ilustrada pelas setas 23, é somente exigida uma vez, a saber, antes que a “fórmula” refletida pelo conteúdo da estrutura de dados 22 seja colocada dentro da produção pela primeira vez, isto é, quando nenhuma característica anterior da válvula específica é disponível (ver abaixo).

[0026] Como visto ainda na FIG. 3, uma segunda estrutura de dados temporária 24, rotulada como “dados de controle do Processo”, é oriunda da primeira estrutura de dados 22 em uma etapa ilustrada pela seta 25. Dependendo das particularidades do design do HMI e do sistema de controle do processo a ser utilizado, a segunda estrutura de dados 24 pode ser inicializada como uma cópia idêntica ou similar da primeira estrutura de dados 22 e é armazenada em uma memória de dados, normalmente uma memória não retentiva, de um aparelho de computação programável, por exemplo, um sistema de computador do tipo PC implementando o HMI, um servidor local ou um PLC de um sistema de controle do processo. O conteúdo da estrutura de dados 24 é utilizado como “cópia de trabalho” para os fins do controle do processo. Semelhante à primeira estrutura de dados 22, a segunda estrutura de dados 24 inclui diversos registros de dados “lote n.° 1...lote n.° 4”, cada um definindo propriedades de um lote a ser carregado e parâmetros de carregamento na parte superior do forno (coluna “BLT”), incluindo uma característica de válvula específica destinada “VC1 específica...VC4 específica” para cada lote específico (ilustrado por uma fileira com sombreado cinza na representação tabular da FIG. 3).

[0027] A FIG. 3 ilustra esquematicamente um sistema de controle de processo 26 de arquitetura conhecida, por exemplo, uma rede de PLC's conectada a um servidor apropriado. No modo conhecido, o sistema de controle do processo 28 se comunica com os componentes de automação da armazenagem (por exemplo, tanques de pesagem, filtros de pesagem, extratores, transportadores, etc.) e a instalação de carregamento na parte superior (por exemplo, unidade de comando de uma calha de distribuição articulada e rotativa, válvulas de vedação do filtro, equipamento de pesagem, etc.), como indicado pelas setas 27. Como ilustrado pela FIG. 3, o sistema de controle do processo 26 controla a válvula do controle de fluxo 10, normalmente via um controlador de válvula associada 28. Abaixo, como ilustrado esquematicamente pela seta 29, o sistema de controle do processo 26 apresenta a entrada de manipulação utilizada como regulagem para controlar a válvula do controle de fluxo 10 pelo controlador 28.

[0028] Em uma etapa ilustrada pela seta 31, os dados relevantes exigidos para o controle do processo são oriundos de um registro de dados, isto é “lote n.° 1” da estrutura de dados temporários 24, como ilustrado na FIG. 3, e fornecido para o sistema de controle do processo 26. Para este efeito, a segunda estrutura de dados 24 pode ser armazenada em uma memória externa ao sistema de controle do processo 26 ou interna a este último, por exemplo, dentro de um PLC do próprio sistema de controle do processo 26.

[0029] Em relação ao ajuste da taxa de fluxo com base em uma característica de válvula específica e para descarregar um lote apresentado, isto é, de acordo com o registro de dados “lote n.° 1”, como ilustrado na FIG. 3, as etapas do processamento de dados a seguir são executadas: a) determinação de um ponto de ajuste da taxa de fluxo (antes da descarga); b) derivação de um ajuste de válvula solicitado que corresponda ao ponto de ajuste da taxa de fluxo da característica de válvula específica apropriada (antes da descarga); c) determinação de uma taxa de fluxo real média em que o lote apresentado foi descarregado (após a descarga); d) correção da característica de válvula específica armazenada associada ao lote apresentado, caso apropriado, por exemplo, no caso de um desvio estipulado entre o ponto de ajuste da taxa de fluxo e a taxa de fluxo real média determinada (após a descarga). e) A etapa acima d) é preferivelmente executada por um módulo de software 32 implementado no sistema do computador que fornece o HMI. As etapas acima a) a c) são preferivelmente implementadas em um sistema de controle de processo existente 26, como ilustrado na FIG. 3. Outras implementações das etapas a) a d) no sistema de controle do processo 26 ou o sistema de computador HMI, ou distribuído em ambos, estão também dentro do escopo da presente apresentação. f) O módulo 32 opera, em particular, na característica de válvula específica do lote apresentado a ser descarregado. Para este efeito, as características da válvula específicas “VC1 específica...VC4 específica” podem ter qualquer formato apropriado em termos de estrutura de dados. Elas podem ser armazenadas na forma de uma coleção ordenada em série de pares de valores de taxa de fluxo e valores de regulagem de válvula (V; α) representado uma discretização que aproxima uma curva de característica verdadeira. Mesmo em uma forma mais simples, ao invés de armazenar os dois valores de um par, pode ser suficiente para armazenar uma sequência isolada (lista ordenada) dos valores de regulagem da válvula α (coluna à direita da representação tabular na FIG. 4) como pontos discretos ou amostras tiradas em intervalos de taxa de fluxo fixos V = V - V ou vice- versa, visto que o índice i da sequência permite determinar a sequência de intervalo fixo correspondente. Para fins de ilustração, as características de válvula específicas são daqui por diante consideradas na forma de uma série de pares indexados (V, α), como ilustrado na FIG. 4, em que a taxa de fluxo é expressa em etapas fixas V = V - V. .e.g. de 0,05 m3/s, embora outras formas adequadas de digitalização de uma característica sejam consideradas estando dentro do escopo da invenção.

[0030] As modalidades preferidas das etapas acima a) a d) são as seguintes: a) determinação do ponto de ajuste da taxa de fluxo Antes de descarregar um lote apresentado, é calculado um ponto de ajuste da taxa de fluxo V, normalmente ao dividir o peso líquido do lote pelo tempo de descarregamento do lote total visado, o resultado multiplicado pela densidade média deste lote (para taxas de fluxo volumétricas). O peso líquido é normalmente determinado utilizando o equipamento de pesagem do filtro adequado, por exemplo, como apresentado nas patentes norte- americanas US 4.071.166 e US 4.074.816. O sistema de controle do processo 26, ao qual o equipamento de pesagem é conectado, insere os resultados da pesagem ou do ponto de ajuste da taxa de fluxo calculado no módulo 32, como ilustrado pela seta 33. O tempo de descarregamento visado corresponde ao tempo exigido pelo aparelho de distribuição para completar o padrão de carregamento desejado. Este tempo é predeterminado pelo cálculo, isto é, em função do comprimento do padrão de carregamento desejado e da velocidade do movimento da calha. O tempo de descarregamento visado e a densidade média estão incluídos com um item nos dados do respectivo registro, isto é, “lote n.° 1”, da estrutura de dados temporária 24, e na entrada do sistema de controle 26, de acordo com a seta 31 ou o módulo 32, de acordo com a seta 35, dependendo de onde a etapa (a) é implementada. b) derivação do ajuste de válvula solicitado da característica de válvula específica Para descarregar um determinado lote, a característica de válvula específica associada, isto é, “VC1 específica” para “lote n.° 1” na FIG. 3, como efetivamente armazenada, é inserida no módulo 32, de acordo com a seta 35. Tendo determinado o ponto de ajuste da taxa de fluxo (ver seção a) acima), a regulagem da válvula solicitada α que corresponde ao ponto de ajuste da taxa de fluxo V é originada da característica de válvula específica do lote apresentado pela interpolação linear, como melhor ilustrado nas FIGs. 4-5. Mais especificamente, os valores da taxa de fluxo adjacente V, V na característica de válvula específica entre os quais o ponto de ajuste da taxa de fluxo V é compreendido, são determinados de acordo com a inequação:

e utilizados, em conjunto com os seus valores de regulagem da válvula associada α; α, para a interpolação do valor do ajuste de válvula α solicitado, de acordo com a equação:

com i determinado de modo que αi < α < αi+1. Por exemplo, com os valores de acordo com a ilustração da FIG. 3 (para a válvula predeterminada característica “C”) e arredondando-se o resultado para uma precisão de 0,1°, o ângulo de abertura solicitado como regulagem de válvula para um ponto de ajuste da taxa de fluxo de 0,29 m3/s, de acordo com a equação (2), é α = 29,5°. Antes de iniciar a descarga do lote apresentado, o módulo 32 libera a regulagem da válvula solicitada α determinada de acordo com a equação (2) do sistema de controle do processo 26, como ilustrado pela seta 37. O sistema de controle do processo 32, por sua vez, libera a regulagem da válvula solicitada α na forma de um ponto de ajuste adequado como entrada de manipulação (ponto de ajuste de controle da válvula) ao controlador 28 para operar a válvula de controle 10 (ver seta 29). c) derivação da taxa de fluxo real média Após o lote apresentado ter sido descarregado, o tempo real necessário para a descarga é conhecido (por exemplo, por meio do equipamento de pesagem ou outros sensores adequados, tais como transmissores de vibração) de modo que, de forma semelhante à determinação da saída da taxa de fluxo, a taxa de fluxo real média em que o lote determinado foi descarregado pode ser determinada de acordo com:

com Vreal sendo a taxa de fluxo real média, W sendo o peso do lote líquido total, isto é, como obtido do equipamento de pesagem conectado ao sistema de controle do processo 26, pavg sendo a densidade média dos lotes (isto é, obtida do registro de dados de acordo com a seta 35) e t sendo o tempo levado para o descarregamento efetivo do lote apresentado. O resultado Vreal é inserido no módulo 32, de acordo com a seta 33 caso a etapa c) seja implementada no sistema de controle do processo. d) correção da característica de válvula específica associada ao lote determinado Após o lote ter sido completamente descarregado, a taxa de fluxo real média V é comparada com o ponto de ajuste da taxa de fluxo V. Em caso de um desvio estipulado (variância de controle) entre eles, é considerada necessária uma correção da característica de válvula específica para minimizar gradualmente o desvio em relação às descargas subsequentes de lotes idênticos, isto é, de acordo com o registro de dados lote n.° 1. Em outras palavras, essa correção causa um ajuste gradual da taxa de fluxo para o ponto de ajuste desejado. Tal correção é a função principal do módulo 32 e é, preferivelmente, executada da seguinte forma: A diferença entre o ponto de ajuste da taxa de fluxo e a taxa de fluxo média é calculada de acordo com:

Um desvio estipulado é considerado tendo ocorrido caso o valor absoluto da diferença resultante de acordo com (4) satisfaça a inequação:

sendo T1 um fator de tolerância máxima utilizado para ajustar o desvio máximo além do qual nenhuma correção é executada e T2 sendo um fator de tolerância mínimo utilizado para ajustar o desvio mínimo exigido para executar uma correção da característica de válvula específica. No caso de um desvio |ΔVV > T1 • VS, um alarme é preferivelmente gerado pelo HMI para indicar condições anormais. Os valores adequados podem ser, por exemplo, T = 0,2 e T = 0,02. Embora a correção dos valores da taxa de fluxo e a manutenção dos valores de regulagem da válvula (como intervalos de amostragem) sejam teoricamente possíveis, é considerado preferido executar a correção dos valores de regulagem da válvula ao mesmo tempo em que são mantidos inalterados os valores da taxa de fluxo. Além disso, para manter uma característica consistente, a correção é preferivelmente executada pelo ajuste de cada um dos valores de regulagem da válvula individual α pela aplicação de um termo de correção respectivo de cada um dos valores de regulagem de válvula αi. O respectivo termo de correção é preferivelmente determinado utilizando uma função escolhida para aumentar com o desvio real ΔV e diminuir com a diferença, preferivelmente com a distância em termos de índice de sequência, entre o valor de regulagem da válvula a ser corrigido e o valor de regulagem da válvula que se aproxima ou é igual ao valor de regulagem da válvula solicitada. Desta forma, a magnitude do termo de correção irá variar de acordo com ΔV, embora seja menor quanto mais “remoto” for o valor da regulagem a ser corrigido em relação ao ajuste de válvula α solicitado, como determinado, por exemplo, pela equação (2). Em uma modalidade preferida, este termo de correção é determinado da seguinte forma: Para o ajuste de válvula solicitado α, o valor do ajuste de válvula corrigido, que teria sido solicitado para atingir o ponto de ajuste da taxa de fluxo solicitado, é:

com

sendo utilizadas as notações das equações (2) e (4). Desta forma, um respectivo termo de correção C , para cada um dos valores de ajuste de válvula a , é determinado da seguinte forma:

com

O respectivo termo de correção C resultante da equação (8), é então aplicado em cada ajuste de válvula da característica de válvula específica dada:

«'n = «n + C; n = 1... N (10) onde «'n é o valor do ajuste de válvula corrigido, «„ é o valor do ajuste de válvula (não corrigido) efetivamente considerado na sequência, Vn é a taxa de fluxo média correspondente de acordo com a característica (não corrigida) atual, i identifica o índice da sequência, de modo que « < « < Ui, N é o número total de valores na característica de válvula específica (comprimento da sequência), n é o índice da sequência (posição na sequência de acordo com a tabela da FIG. 4) e K1 é um fator de ganho constante definido pelo usuário que permite impedir a sobrecorreção (instabilidade) ao limitar o termo de correção C„, com valores preferidos sendo 5 > K1 > 2. A correção é preferivelmente limitada de acordo com:

com « e « sendo as regulagens de válvula máxima e mínima permitidas, respectivamente. Como será compreendido, outras funções adequadas podem ser usadas para calcular um termo de correção C cuja magnitude aumenta com um desvio real crescente Δ V, e diminui com uma diferença crescente entre a regulagem de válvula a ser corrigida « e a regulagem de válvula solicitada α. Em uma etapa posterior, o módulo 32 garante preferivelmente que a sequência dos valores de regulagem da válvula seja aumentada de forma estritamente monotônica, por exemplo, operando-se a sequência de código de programação a seguir (em pseudo-código):

NEXT j onde qualquer valor de regulagem de válvula que seja menor ou igual ao valor de regulagem de válvula que o precede na sequência é incrementado até que um aumento monotonicamente estrito seja alcançado para assegurar uma inclinação positiva da curva característica. Após a conclusão dos cálculos, o módulo 32 corrige cada um dos valores de regulagem de válvula da característica de válvula específica considerada ao substituir a por a' para n = 1...N. A FIG. 6 ilustra um possível resultado da correção apresentada acima com uma curva em linha sólida representando a característica de válvula específica não corrigida e uma curva em linha interrompida representando a característica de válvula específica corrigida com base em pares dos valores da taxa de fluxo e valores de ajuste de válvula (V; a )• É dada a seguir uma sequência de programação exemplificativa em pseudo-código para a execução dos cálculos de correção acima: SEQUÊNCIA

Após a correção ter sido feita, o módulo 32 retorna à característica de válvula específica corrigida resultante, como ilustrado pela seta 39 na FIG. 3. Esta saída é usada para atualizar a característica de válvula específica efetivamente armazenada para o lote em questão, por exemplo, “VC 1 específica” para o lote n.° 1. Ao repetir o procedimento acima para cada lote de um ciclo de carregamento e em cada descarga, respectivamente, a taxa de fluxo respectiva é gradualmente (após cada descarga) ajustada para o ponto de ajuste da taxa de fluxo desejado. Além disso, o uso da característica de válvula específica atualizada na estrutura de dados 24, a característica de válvula específica armazenada correspondente na estrutura de dados do HMI 22, como identificada, utilizando o identificador de lote (“lote n.° 1”) e o identificador de fórmula (“fórmula n.°: X”) são também atualizados, como ilustrado pela seta 41 na FIG. 3. Desta forma, os desvios da taxa de fluxo são reduzidos ou eliminados em usos futuros da mesma “fórmula” (não havendo inicialização futura de acordo com as setas 23, uma vez que uma atualização, de acordo com a seta 41, tenha sido efetuada para uma fórmula apresentada).

[0031] Embora a descrição acima se refira a uma única característica de válvula específica por lote, será compreendido que, em caso de uma instalação de filtros múltiplos, uma característica de válvula específica destinada para cada válvula do controle de fluxo é armazenada para cada lote, respectivamente, e corrigida quando a válvula do controle de fluxo respectiva é utilizada. Equivalentemente, lotes de materiais idênticos, isto é, que têm peso desejado idêntico, composição de material e disposição, como fornecido pelo estoque automático, são considerados lotes diferentes, onde quer que estejam armazenados, em filtros diferentes de uma instalação de filtros múltiplos.

[0032] Embora o modo proposto de ajuste da taxa de fluxo possa ser utilizado em combinação com outros procedimentos de controle, em particular com um controle de fluxo subsequente, que exige características de válvula precisas, desvios da taxa de fluxo significantemente reduzidas podem ser atingidos mesmo ao ser utilizado uma abertura de válvula constante, que é fixada durante a descarga completa de um lote apresentado (isto é, nenhum controle de realimentação “online”).

[0033] O ajuste gradual da taxa de fluxo da forma proposta, ou seja, de um modo específico em cada lote de um ciclo de carregamento, respectivamente, leva automaticamente em conta as propriedades recorrentes do respectivo lote que tem uma influência secundária na taxa de fluxo obtida para uma regulagem de válvula apresentada. Estas propriedades são a granulometria, o peso de lote inicial e a umidade e, em particular, as misturas de materiais. De fato, ao contrário da abordagem convencional do uso de características baseadas no tipo de material, a abordagem proposta se adapta às misturas dos tipos de material plural dentro do mesmo lote em qualquer proporção de variação sem a necessidade de medidas para estabelecer uma curva predeterminada correspondente. Legenda/Lista de sinais de referência: 10 válvula do controle de fluxo 12 filtro da parte superior 14 fluxo do material de carga 16 obturador da válvula 18 membro do canal 20 característica de válvula predeterminada 22 estrutura de dados para HMI 24 estrutura de dados temporários para controle de processo 26 sistema do controle de processo 28 controlador da válvula 32 módulo do software “lote n.° 1”... identificador do registro de dados do lote “lote n.° 4” “VC1 específico” ... característica de válvula específica “VC4 específico” 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41 setas indicativas de fluxo de dados/sinais

Claims

1. Método de ajuste da taxa de fluxo de material de carga em um processo de carregamento de um forno de cuba, em particular de um alto-forno, com um ciclo de carregamento formado por uma sucessão de lotes que são descarregados dentro de um forno por um silo superior (12), utilizando uma válvula de controle de fluxo (10) associada ao silo superior (12) caracterizado por armazenamento de uma característica de válvula específica bijetoramente (específicaVC1...específicaVC4) associada a um lote do ciclo de carregamento do material de carga; cada ciclo de carga sendo associado a uma fórmula de controle do processo de carregamento, cada lote representando uma quantidade de material de carga que é armazenado intermediariamente no silo superior (12) para ser descarregada dentro do forno; com características de válvula predeterminadas que representam uma curva traçando a taxa de fluxo relacionada ao conjunto de válvulas sendo fornecidas para certos tipos de material, cada característica de válvula predeterminada indicando a relação entre a taxa de fluxo e o ajuste da referida válvula de controle de fluxo para um tipo de material; e a cada descarga de um lote apresentado do ciclo de carregamento associado à fórmula pelo silo superior (12): - a utilização da característica de válvula específica armazenada associada ao lote para determinar uma regulagem de válvula solicitada correspondente a um ponto de ajuste da taxa de fluxo e a utilização da regulagem da válvula solicitada para operar a válvula de controle de fluxo; - a determinação de uma taxa de fluxo real média da descarga do lote apresentado; - a correção e a atualização da característica de válvula específica armazenada e associada ao lote apresentado caso haja um desvio entre o ponto de ajuste da taxa de fluxo e a taxa de fluxo real média que exceda o desvio mínimo estabelecido; - para reduzir o desvio da taxa de fluxo da característica de válvula específica armazenada e associada ao lote apresentado em utilizações futuras da fórmula.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada característica de válvula específica ser representada por ao menos uma sequência de valores de regulagem de válvula, cada valor de regulagem de válvula correspondendo bijetoramente a um valor da taxa de fluxo, e pela correção da característica de válvula específica armazenada associada a um determinado lote compreender a aplicação de um termo de correção respectivo de cada valor de regulagem de válvula da referida sequência.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o termo de correção respectivo de um valor de regulagem de válvula ser determinado como o resultado de uma função que aumenta com a diferença entre o ponto de ajuste da taxa de fluxo e a taxa de fluxo real média e que diminui com a distância em termos do índice de sequência entre o valor de regulagem da válvula apresentado e o valor de regulagem da válvula aproximado ou igual ao da regulagem da válvula solicitada.

4. Método de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado por compreender adicionalmente: a garantia de que a sequência dos valores de regulagem da válvula é estrita e monotonicamente aumentada pelo incremento do valor de regulagem da válvula que é menor ou igual ao valor de regulagem da válvula que precede em sequência.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o desvio estipulado ser um desvio compreendido no alcance de um fator de tolerância mínima multiplicado pelo ponto de ajuste da taxa de fluxo em um fator de tolerância máxima multiplicado pelo ponto de ajuste da taxa de fluxo.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender: para descarregar um lote apresentado do silo superior: - a utilização da regulagem da válvula solicitada para operar a válvula do controle de fluxo em uma abertura na válvula de controle que é fixa durante a descarga do lote apresentado.

7. Sistema de ajuste da taxa de fluxo do material de carga conforme definido na reivindicação 1, em uma instalação de carregamento em um forno de cuba, em particular de um alto-forno, a instalação compreendendo um silo superior (12) para armazenar lotes de um ciclo de carregamento, cada ciclo de carregamento sendo associado a uma fórmula de controle de um processo de carregamento, cada lote representando uma quantidade de material de carga que é armazenado intermediariamente no silo superior (12) para ser descarregado dentro do forno, e uma válvula de controle de fluxo (10) associada ao silo superior (12) para controlar a taxa de fluxo do material de carga dentro do forno, o sistema caracterizado por compreender uma armazenagem de dados de característica de válvula específica bijetoramente (específicaVC1...específicaVC4) associada a um lote do ciclo de carregamento do material de carga; uma armazenagem de dados armazenando características de válvula predeterminadas, que representam uma curva traçando a taxa de fluxo relacionada ao conjunto de válvulas, sendo fornecidas para certos tipos de material, cada característica de válvula predeterminada indicando a relação entre a taxa de fluxo e o ajuste da referida válvula de controle de fluxo para um tipo de material; uma memória de dados armazenando uma característica de válvula específica que representa uma curva traçando a taxa de fluxo relacionada ao conjunto de válvulas para cada lote do ciclo de carregamento associado à fórmula respectivamente; um dispositivo de computação programável programado para executar as etapas abaixo a cada descarga de um lote apresentado do ciclo de carregamento associado à fórmula pelo silo superior (12): - utilizar a característica de válvula específica armazenada associada ao lote apresentado para determinar uma regulagem de válvula solicitada correspondente a um ponto de ajuste da taxa de fluxo, e utilizar a regulagem da válvula solicitada para operar a válvula de controle de fluxo; - determinar uma taxa de fluxo real média para a descarga do lote apresentado; - corrigir e atualizar a característica de válvula específica armazenada e associada ao lote apresentado caso haja um desvio entre o ponto de ajuste da taxa de fluxo e a taxa de fluxo real média que exceda o desvio mínimo estabelecido; - para reduzir o desvio da taxa de fluxo da característica de válvula específica armazenada e associada ao lote apresentado em utilizações futuras da fórmula.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por cada característica de válvula específica ser representada na memória de dados por pelo menos uma sequência dos valores de regulagem de válvula, cada valor de regulagem de válvula bijetoramente correspondendo a um valor da taxa de fluxo, e caracterizado pelo dispositivo de computação programável que é programado para corrigir a característica de válvula específica armazenada associada ao lote apresentado pela aplicação de um termo de correção respectivo de cada valor de regulagem da válvula da sequência.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o dispositivo de computação programável ser programado para determinar o termo de correção respectivo do valor de regulagem da válvula apresentada como o resultado de uma função que aumenta com a diferença entre o ponto de ajuste da taxa de fluxo e a taxa de fluxo real média e que diminui com a distância em termos de índice de sequência entre o valor de regulagem da válvula apresentada e o valor de regulagem da válvula aproximado ou igual ao da regulagem da válvula solicitada.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado por o dispositivo de computação programável ser programado para garantir que a sequência das válvulas de regulagem da válvula seja estrita e monotonicamente aumentada pelo incremento do valor de regulagem da válvula que é menor ou igual ao valor de regulagem da válvula que precede em sequência.

11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado por o desvio estipulado ser um desvio compreendido na faixa que vai de um fator de tolerância mínimo multiplicado pelo ponto de ajuste da taxa de fluxo até um fator de tolerância máximo multiplicado pelo ponto de ajuste da taxa de fluxo.

12. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, caracterizado por ser configurado para utilizar a regulagem da válvula solicitada para operar a válvula do controle de fluxo em uma abertura na válvula que é fixa durante a descarga do lote apresentado.