BRPI1102946B1

BRPI1102946B1 - sondas de medição para medição e retirada de amostras com um metal fundido

Info

Publication number: BRPI1102946B1
Application number: BRPI1102946-3A
Authority: BR
Inventors: Dries Beyens; Guido Jacobus Neyens
Original assignee: Heraeus Electro-Nite Intenational N.V.
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2020-10-27
Also published as: EP2397834B1; AU2011201259A1; AR081938A1; KR101768227B1; ZA201104446B; UA108604C2; KR20110138145A; CA2734217C; CA2734217A1; BE1019724A3; EP2397834A2; DE102010024282A1; US20110308319A1; JP5753007B2; RU2548401C2; AU2011201259B2; BRPI1102946A2; CN102288740B; RU2011124970A; JP2012001815A

Abstract

SONDAS DE MEDIÇÃO PARA MEDIÇÃO E RETIRADA DE AMOSTRAS COM UM METAL FUNDIDO. A presente invenção refere-se a uma sonda de medição para medir e retirar amostras em um metal fundido, tendo um cabeçote de medição disposto em uma lança, pelo que o cabeçote de medição transporta pelo menos um sensor de temperatura e uma câmara de amostragem, pelo que a câmara de amostragem é circundada, pelo menos parcialmente, pelo cabeçote de medição e inclui um duto de entrada que se estende através do cabeçote de medição, pelo que o duto de entrada inclui uma seção interna que se estende no cabeçote de medição e tem um comprimento L e um diâmetro mínimo D pelo menos em um local na dita seção interna, e consiste em razão L/D2 sendo menor do que 0,6mm-l

Description

[0001] A presente invenção refere-se a sondas de medição para medir e retirar amostras com um metal fundido, tendo um cabeçote de medição disposto em uma lança, por meio do que o cabeçote de medição transporta pelo menos um sensor de temperatura e uma câmara de amostragem, pelo que a câmara de amostragem é circundada pelo cabeçote de medição e inclui um duto de entrada feito de um tubo de vidro de quartzo que se estende através do cabeçote de medição.

[0002] Sondas de medição desse tipo são conhecidas em princípio e são usadas, entre outros usos, na fabricação do aço nos assim chamados conversores ou em fornos de arco elétrico.

[0003] Em um conversor (assim chamado conversor BOF - termo técnico para forno de oxigênio básico), uma lança é usada para soprar o oxigênio para dentro do metal fundido. O conversor é revestido com material refratário que suporta a erosão devido à escória e calor durante o processo de sopro com oxigênio em uma maneira ótima. Sucata de metal e pedra calcária (óxido de cálcio) são adicionadas ao conversor a fim de esfriar a fundição e remover o fósforo, silício e manganês. O oxigênio queima o carbono para formar monóxido de carbono e bió- xido de carbono. Manganês, silício e fósforo são oxidados e convertidos na presença do óxido de cálcio e óxido de ferro para formar a escória. Desde que a dita reação de oxidação é altamente exotérmica, o processo precisa ser esfriado a fim de controlar a temperatura da fundição. O esfriamento é executado pela adição de sucata de metal e minério de ferro durante o processo de sopro. O próprio processo de sopro com oxigênio leva aproximadamente 15-20 minutos para completar, independente do tamanho do conversor que pode ser aproximadamente de 70 - 400 toneladas. Nesse contexto, a taxa de fluxo do oxigênio da lança é adaptada ao tamanho do conversor e/ou ao peso da fusão. O carregamento e o descarregamento do aço e da escória, incluindo a medição da temperatura e a retirada de amostras para análise da corrida, levam a um período de tempo de 40 - 60 minutos entre 2 estágios de drenagem de forno. O processo geral é caracterizado por sua alta produtividade e conduz a um aço com um pequeno teor de contaminações. No estágio de drenagem de forno, o forno é inclinado e o produto derramado através de um furo de drenagem de forno em uma concha de fundição. Durante essa operação, ligas de ferro são adicionadas na concha de fundição para controlar a composição do aço. Um desenvolvimento importante da técnica da lança com sopro de oxigênio é adicionar gás inerte, geralmente argônio, através do piso do conversor para a fundição a fim de agitar a corrida e a escória. Esse processo aumenta a eficiência consideravelmente e tanto a perda do ferro quanto o conteúdo de fósforo diminuem. Além do que, o calor e o equilíbrio de massa do processo são melhorados, o que reduz os custos.

[0004] Sondas de medição para uso no conversor são descritas, por exemplo, nas DE 10 2005 060 492 e DE 10 2005 060 493.

[0005] Em um forno de arco elétrico, a sucata de metal é derretida pela energia de um arco elétrico que é gerado entre as pontas dos eletrodos de grafite e a carga da sucata de metal condutora. Para carregar a sucata de metal no forno, os 3 elétrodos e o teto do forno são levantados para expor um furo de enchimento. Os elétrodos mantêm o arco elétrico de acordo com a tensão pré-selecionada e a corrente pré- selecionada, assim provendo a energia necessária para a fusão e a oxidação. Fornos de arco elétrico têm um diâmetro interno de aproximadamente 6 - 9 m de e uma capacidade de 100 - 200 toneladas de aço. O tempo entre dois estágios de drenagem de forno nos ditos fornos geralmente é aproximadamente 90 -110 minutos.

[0006] Sondas de medição para uso em fomos de arco elétrico são conhecidas, por exemplo, na DE 28 45 566, DE 32 03 505 ou DE 103 60 625.

[0007] Para monitorar os processos no conversor ou forno de arco elétrico, é necessário encher completamente a câmara de amostragem de uma sonda de medição em temperaturas relativamente baixas no processo de retirada de uma amostra, com o que bolhas de gás na amostra devem ser impedidas. Esse tipo de retirada de amostra não é sempre fácil, em particular durante o processo de sopro no conversor, desde que a densidade teórica da corrida de aço varia fortemente, por um lado, devido ao processo de sopro de oxigênio por cima e, por outro lado, devido ao gás inerte sendo soprado para dentro através do piso do conversor. Além do mais, a indústria tende a usar fornos que permitem somente pouco superaquecimento da fundição (isto quer dizer, somente uma pequena diferença entre a temperatura do banho e a temperatura de fusão).

[0008] Consequentemente, a invenção é baseada no objetivo de melhorar as sondas medidoras e amostradoras existentes e facilitar amplamente a amostragem sem gás, isto é, melhorar a qualidade da amostra. De preferência, a remoção da amostra da sonda de medição deve ser simplificada também.

[0009] O objetivo é satisfeito elos aspectos da invenção. Desenvolvimentos adicionais vantajosos são especificados nas concretizações.

[00010] É evidente que uma sonda de medição para medir e retirar amostras em um metal fundido, tendo um cabeçote de medição disposto em uma lança, por meio do que o cabeçote de medição transporta pelo menos um sensor de temperatura e uma câmara de amostragem, pelo que a câmara de amostragem é circundada, pelo menos parcialmente, pelo cabeçote de medição e inclui um duto de entrada que se estende através do cabeçote de medição e é preferivelmente feita de um tubo de vidro de quartzo, permitirá excelentes amostras livres de bolha de gás se a razão do comprimento L de uma seção do tubo de vidro de quartzo, que se estende no dito cabeçote de medição, e o quadrado de um diâmetro mínimo D do tubo de vidro de quartzo pelo menos em um local na dita seção interna é L/D2 < 0,6 mm1, pelo que essa razão preferivelmente é < 0,45 mm1 e particularmente e preferivelmente é < 0,3 mm1. Em baixo superaquecimento do metal fundido, uma baixa razão provou ser vantajosa, por exemplo, uma razão de L/D2 < 0,6 mm1 em um superaquecimento de > 100°C e uma razão de L/D2 < 0,3 mm1 em um superaquecimento de < 80°C.

[00011] O objetivo é também satisfeito por uma sonda de medição para medir e retirar amostras em um metal fundido, tendo um cabeçote de medição disposto em uma lança, por meio do que o cabeçote de medição transporta pelo menos um sensor de temperatura e uma câmara de amostragem, pelo que a câmara de amostragem é circundada, pelo menos parcialmente, pelo cabeçote de medição e inclui um duto de entrada que se estende através do cabeçote de medição e é preferivelmente feita de um tubo de vidro de quartzo, pelo que o cabeçote de medição tem uma contrapressão Pg < 2,0 kPa (20 mbar), pelo que a contrapressão é determinada em que, primeiramente, o fluxo do gás de referência é guiado através de um tubo com duas extremidades abertas e a pressão Pi dentro do tubo é medida, em que uma extremidade do tubo é então inserida no duto de entrada do cabeçote de medição, o mesmo fluxo de gás de referência é guiado através do tubo e a pressão P2 dentro do tubo é medida, e em que a contrapressão Pg do cabeçote de medição é determinada a partir da diferença de P2 - Pi. Nesse contexto, é vantajoso que a contrapressão Pg do cabeçote de medição seja < 1,5 kPa (15 mbar). Cabeçotes de medição desse tipo também garantem que amostras de alta qualidade sejam obtidas.

[00012] É vantajoso, em particular, se a razão de L/D2 é menor do que 0,6 mm1, de preferência menor do que 0,45 mm1 e pelo que a contrapressão Pg do cabeçote de medição em qualquer caso é menor do que *2,0 kPa (20 mbar).

[00013] É conveniente que o cabeçote de medição seja formado de um material do grupo de materiais cerâmicos, cimento, aço, areia de fundição. Além do mais, é vantajoso, em particular, que a câmara de amostragem seja circundada, pelo menos em parte, por um corpo de areia feito de areia de fundição. Além do mais, o cabeçote de medição pode ser projetado, tal que o comprimento da câmara de amostragem em cada uma das primeira e segunda direções, que são dispostas para serem perpendiculares entre si, seja maior do que o comprimento em uma terceira direção que é disposta para ser perpendicular as primeira e segunda direções, e tal que o duto de entrada abra na câmara de amostragem perpendicular a dita terceira direção. Isso corresponde ao projeto das assim chamadas câmaras de amostragem planas que têm uma seção transversal circular ou oval ou alongada e dispostas perpendiculares à dita seção transversal, uma seção transversal menor provida para ser essencialmente retangular, pelo que a seção transversal menor pode ter cantos arredondados. Dessa forma, o duto de entrada se estende paralelo a maior e perpendicular à seção transversal menor. Além do que, é vantajoso que o cabeçote de medição transporte simultaneamente pelo menos um sensor eletroquímico a fim de possibilitar a utilização mais flexível e versátil e simultaneamente seja capaz de medir mais parâmetros do metal fundido.

[00014] É vantajoso prover a possibilidade de ventilação da câmara de amostragem. A câmara de amostragem consiste vantajosamente em duas semiesferas que podem ser separadas paralelas ao eixo geométrico longitudinal da câmara de amostragem em modo conhecido e são mantidas juntas por suas bordas em tal maneira para permitir que o ar escape da câmara de amostragem quando o metal líquido flui para dentro, enquanto o metal líquido não pode sair entre as semiesfe- ras. É vantajoso que a câmara de amostragem seja disposta em um corpo de areia poroso a fim de proporcionar a ventilação. As duas se- miesferas são pressionadas juntas por um grampo e a câmara de amostragem é fixada suficientemente no dito corpo de areia, tal que as duas semiesferas não se abrem em resposta à pressão ferrostática gerada com a imersão na fundição. As bordas das semiesferas podem ser providas, por exemplo, com pequenos furos ou sulcos para possibilitar a ventilação da câmara de amostragem, pelo que a formação de rebarbas da corrida que sai da câmara de amostragem é impedida.

[00015] Costumeiramente, as sondas de medição de acordo com a invenção são imersas a partir de cima dentro do recipiente contendo o metal fundido. O dito processo de imersão frequentemente prossegue automaticamente, por exemplo, com uma lança de imersão automática. Depois que a medida é tirada, a lança de imersão transportando a sonda de medição é articulada para o lado para fora do recipiente contendo o metal fundido e baixada. No processo, a sonda de medição é abaixada por vários metros. Depois do impacto no chão, a amostra está ilesa e pode ser facilmente removida da câmara de amostragem.

[00016] De acordo com a invenção, as sondas de medição descritas são usadas para medir e retirar amostras em um metal fundido que é disposto em um conversor para fusão do metal durante um processo de sopro ou para medir e retirar amostras em um metal fundido que é disposto em um forno de arco elétrico.

[00017] No seguinte, a invenção é ilustrada em mais detalhes em uma maneira exemplar com base em um desenho. Nas figuras: figura 1 mostra uma vista esquemática de um corte transversal através de um conversor figura 2 mostra uma vista esquemática da sonda de medi- ção de acordo com a invenção tendo o cabeçote de medição figura 3 mostra um corte através do cabeçote de medição de acordo com a invenção figura 4 mostra uma vista esquemática da medição de pressão no tubo aberto e figura 5 mostra uma vista esquemática da medição de pressão no cabeçote de medição.

[00018] A figura 1 mostra um conversor 1 com um revestimento 2. O conversor 1 contém uma corrida de aço 3 na qual uma camada de escória 4 está situada. Para fabricação de aço, argônio é soprado através do piso do conversor 1 através de bicos do piso 5 para dentro do metal fundido. O oxigênio é soprado para dentro a partir de cima por meio de uma lança de sopro 6. Com exceção da lança de sopro 6, uma assim chamada lança de imersão 7, que tem uma sonda de medição 8 tendo um cabeçote de medição 9 disposto na sua extremidade de imersão, é introduzida no conversor 1. O processo de medição prossegue enquanto o oxigênio está sendo soprado para dentro, geralmente cerca de 2 minutos antes do fim do processo de sopro do oxigênio. Isso envolve medir a temperatura e retirar uma amostra para determinação do teor de carbono. Os resultados da medição permitem que o modelo de sopro seja corrigido a fim de poder alterar a qualidade da corrida de aço. Uma segunda medição pode ser executada depois da conclusão do processo de sopro com oxigênio. Isso geralmente envolve medir a temperatura e o teor de oxigênio ativo no aço fundido e retirar uma amostra para análise no laboratório para determinação da composição final do aço. Com base no teor de oxigênio, o teor de carbono atual no aço pode ser determinado em uns poucos segun-dos. Além do mais, a quantidade necessária de um agente de desoxi- dação (alumínio) pode ser calculada.

[00019] A sonda de medição 8 mostrada na figura 2 tem o cabeçote de medição 9 disposto na extremidade de imersão de um tubo transportador 10. Para a proteção do orifício de entrada e sensores, o cabeçote de medição 9 inclui uma tampa plástica 11 que queima durante a passagem da escória 4, assim soltando o sistema sensor e o orifício de entrada dentro do metal fundido. A tampa plástica 11 pode ser complementada no seu interior por uma tampa de metal ou camada de metal que pode ser formada de aço e que dissolve no aço fundido na qual a sonda de medição é usada. O cabeçote de medição 9 inclui um corpo de areia 12 feito de areia de fundição que inclui nervuras 13 por meio das quais o corpo de areia 12 é pressionado para dentro do tubo transportador 10 a fim de garantir um aperto firme. Cabos de conexão 14 são dispostos na extremidade do lado traseiro do cabeçote de medição 9 e usados para transmitir os sinais obtidos pelos sensores através do tubo transportador 10 e da lança de imersão 7 para uma instalação analítica.

[00020] O cabeçote de medição 9 mostrado esquematicamente em um corte transversal na figura 3 mostra um par térmico como sensor de temperatura 15 que é circundado por uma tampa de metal 16 e é disposto no cabeçote de medição 9 por meio de um cimento refratário 17. Na sua extremidade traseira que fica situada no interior do cabeçote de medição 9, ele inclui um elemento de conexão 18 para conexão dos fios do par térmico no cabo de conexão. Além do mais, um classificador tendo uma câmara de amostragem 19 e um tubo de vidro de quartzo 20 como tubo de entrada são também dispostos no corpo de areia 12, que é feito de areia de fundição, do cabeçote de medição 9. O tubo de vidro de quartzo se projeta por aproximadamente 1 cm do corpo de areia. O orifício de entrada externo do tubo de vidro de quartzo 20 é fechado por meio de uma tampa de metal 25 (feita de aço) e, disposta acima dela, uma tampa de papelão 26 que são destruídas com ou depois da imersão no aço fundido e liberam o orifício de entra- da externo do tubo de vidro de quartzo. O comprimento L representa o comprimento do tubo de entrada que é disposto no corpo de areia 12 do cabeçote de medição 9 entre a sua entrada na câmara de amostragem 19 e a sua saída do corpo de areia 12. Esse é o assim chamado comprimento instalado. O diâmetro D representa o diâmetro mínimo dentro do comprimento instalado L. No exemplo mostrado, a razão L/D2 = 0,22 mm1 e leva a uma amostra livre de bolhas, enquanto que a razão é aproximadamente 1,43 mnr1 no caso de sondas correspondentes de acordo com a técnica anterior.

[00021] A câmara de amostragem 19 é fixada no corpo de areia 12 por meio de nervuras na areia 21 do corpo de areia 12 pelo ajuste com pressão.

[00022] A medição da pressão prossegue inicialmente de acordo com o diagrama esquemático mostrado na figura 4 em um tubo 22 que é aberto em ambas as extremidades e tem um diâmetro externo adequadamente adaptado para permitir que ele seja deslizado para dentro do tubo de vidro de quartzo 20. A seta 23 indica a direção de fluxo do gás fluente, de preferência ar, cuja pressão Pi é determinada por meio do manómetro 24. O comprimento do tubo 22 entre o manómetro 24 e o tubo de vidro de quartzo 20 é aproximadamente 2 cm, o diâmetro interno é aproximadamente 4 mm.

[00023] A figura 5 mostra uma vista esquemática do tubo 22 deslizado para dentro do tubo de vidro de quartzo 20 do amostrador depois da medição de acordo com a figura 4. Com o gás sendo introduzido novamente, a pressão P2 é medida por meio do manómetro. A diferença P2 - Pi é a contrapressão Pg do cabeçote de medição. A pressão é medida em cada caso enquanto 0 gás atravessa em uma taxa de fluxo de 800L/h, com 0 que 0 fluxo do gás é baseado em um assim chama-do “litro padrão”, isto é, medido em temperatura ambiente de 20 0 C e uma pressão de ar padrão de 1013 hPa. A contrapressão determinada no exemplo mostrado é menor do que 1,5 kPa (15 mbar). Amostras de boa qualidade são obtidas com uma disposição com a dita contrapres- são. Petição 870190095401, de 24/09/2019, pág. 13/21

Claims

1. Sonda de medição (8) para medir e tirar amostras em um metal fundido, a sonda compreendendo um cabeçote de medição (9) disposto em uma lança, o cabeçote de medição (9) transportando pelo menos um sensor de temperatura (15) e uma câmara de amostragem (19), sendo que a câmara de amostragem (19) é circundada, pelo menos parcialmente, pelo cabeçote de medição (9) e inclui um duto de entrada que se estende através do cabeçote de medição (9), o duto de entrada incluindo uma seção interna que se estende no cabeçote de medição (9) e tem um comprimento L e um diâmetro mínimo D pelo menos em um local na dita seção interna, caracterizada pelo fato de que a razão L/D2 é menor do que 0,6 mm1.

2. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a razão L/D2 é menor do que 0,45 mm’1.

3. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a razão L/D2 é menor do que 0,3 mm’1.

4. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o cabeçote de medição (9) compreende um material selecionado do grupo de cerâmica, cimento, aço e areia de fundição.

5. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o duto de entrada compreende um tubo de vidro de quartzo (20).

6. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a câmara de amostragem (19) é circundada, pelo menos parcialmente, por um corpo de areia (12) compreendendo areia de fundição.

7. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que comprimentos da câmara de amostragem (19) em cada uma de uma primeira direção e uma segunda dire- ção são dispostas para serem perpendiculares entre si e são maiores do que um comprimento em uma terceira direção disposta perpendicular à primeira direção e à segunda direção, e sendo que o duto de entrada abre na câmara de amostragem (19) perpendicular à terceira direção.

8. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o cabeçote de medição (9), além disso, transporta pelo menos um sensor eletroquímico.

9. Sonda de medição (8) para medir e tirar amostras em um metal fundido, a sonda compreendendo um cabeçote de medição (9) disposto em uma lança, o cabeçote de medição (9) transportando pelo menos um sensor de temperatura (15) e uma câmara de amostragem (19), sendo que a câmara de amostragem (19) é circundada, pelo menos parcialmente, pelo cabeçote de medição (9) e inclui um duto de entrada que se estende através do cabeçote de medição (9), caracterizada pelo fato de que o cabeçote de medição (9) tem uma contra- pressão Pg menor do que 2,0 kPa (20 mbar), a contrapressão sendo determinada primeiramente guiando um fluxo do gás de referência através de um tubo (22) que possui duas extremidades abertas e medindo uma pressão Pi dentro do tubo (22), então inserindo uma extremidade do tubo (22) no duto de entrada do cabeçote de medição (9), guiando o mesmo fluxo de gás de referência através do tubo (22) e medindo a pressão P2 dentro do tubo (22), e determinando a contra-pressão Pg do cabeçote de medição (9) a partir da diferença P2 - Pi.

10. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a contrapressão Pg do cabeçote de medição (9) é menor do que 1,5 kPa (15 mbar).

11. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que 0 duto de entrada inclui uma seção interna que se estende no cabeçote de medição (9) e que possui um comprimento L e um diâmetro mínimo D pelo menos em um local na seção interna, e sendo que a razão L/D2 é menor do que 0,6 mm1.

12. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a razão L/D2 é menor do que 0,45 mm'1.

13. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que a razão L/D2 é menor do que 0,3 mm’1.

14. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o cabeçote de medição (9) compreende um material selecionado do grupo de cerâmica, cimento, aço e areia de fundição.

15. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o duto de entrada compreende um tubo de vidro de quartzo (20).

16. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a câmara de amostragem (19) é circundada, pelo menos parcialmente, por um corpo de areia (12) compreendendo areia de fundição.

17. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que comprimentos da câmara de amostragem (19) em cada uma de uma primeira direção e uma segunda direção são dispostas para serem perpendiculares entre si e são maiores do que um comprimento em uma terceira direção disposta perpendicular à primeira direção e à segunda direção, e sendo que o duto de entrada abre na câmara de amostragem (19) perpendicular à terceira direção.

18. Sonda de medição (8), de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o cabeçote de medição (9), além disso, transporta pelo menos um sensor eletroquímico.