ES2210684T3 - Control de la estanqueidad de los tubos radiantes en los hornos industriales. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN METODO CONSISTENTE EN INYECTAR EN EL RECINTO DE UN HORNO (1) UNA CANTIDAD CONOCIDA DE UN GAS TRAZADOR INERTE (7), NATURALMENTE NO PRESENTE EN LOS HUMOS DE COMBUSTION DE LOS QUEMADORES DE LOS TUBOS RADIANTES (2), HELIO POR EJEMPLO, Y MEDIR EL CONTENIDO DE DICHO GAS EN LOS HUMOS DE COMBUSTION A LA ALTURA DE LOS COLECTORES DE SALIDA (3) DE CADA BATERIA DE TUBOS RADIANTES. SI EL RESULTADO DE LA MEDICION PONE DE MANIFIESTO UN CONTENIDO ANORMALMENTE ELEVADO DE GAS, ENTONCES SE BUSCA EL TUBO O TUBOS DEFECTUOSOS, RECURRIENDO A MEDICIONES DEL CONTENIDO DE GAS TRAZADOR EN EL EXTREMO DE SALIDA DE CADA TUBO RADIANTE DE LA BATERIA DETECTADA. LA INVENCION SE APLICA, EN PARTICULAR, A LOS HORNOS SIDERURGICOS DE RECOCIDO PREVIO A LA GALVANIZACION, EN LOS QUE ES IMPORTANTE EVITAR QUE LA ATMOSFERA REDUCTORA (HNX) NECESARIA PARA EL TRATAMIENTO METALURGICO DE LAS CHAPAS DE ACERO QUE LOS ATRAVIESAN RESULTE DETERIORADA POR ENTRADAS INCONTROLADAS DE GAS OXIDANTE DEBIDAS A UNA FALTA DEESTANQUEIDAD DE LOS TUBOS RADIANTES.

Description

Control de la estanqueidad de los tubos radiantes en los hornos industriales.

La presente invención se refiere al mantenimiento de los hornos industriales cuyo calentamiento está asegurado por radiación con la ayuda de tubos radiantes recorridos por los humos de la combustión a temperatura elevada. Más precisamente, la invención se refiere al control de la estanqueidad de estos tubos radiantes.

Se aplica preferentemente, pero no limitadamente, a los hornos siderúrgicos de recocido antes de la galvanización. En los hornos de este tipo, es importante impedir que su recinto, que soporta una atmósfera reductora (generalmente HNx) necesaria para el tratamiento metalúrgico de las chapas de acero que los atraviesan antes de la inmersión en un baño de zinc, no sea degradado por las entradas incontroladas de gas oxidante. Ahora bien, los tubos radiantes agrietados pueden ser, precisamente, la causa de tales entradas parásitas con motivo de los humos de la combustión, necesariamente oxidantes, que las transportan hasta su colector de salida.

Hasta ahora, el control del estado de la estanqueidad de los tubos radiantes consiste en inspeccionar cada tubo mediante el análisis de su contenido en O_{2}en su salida después de haber desconectado su quemador aguas arriba. Si el contenido medido en O_{2} es muy inferior al 21% del aire, significa que ha habido dilución con la atmósfera reductora mantenida en el horno (los tubos funcionan en régimen de aspiración) y se está pues en presencia de un defecto de estanqueidad.

Esta práctica es larga, pesada y obliga a inspeccionar los tubos uno tras otro para no penalizar la marcha del horno por el paro de los quemadores.

La invención tiene por objeto proponer una solución más elegante.

Con este fin, la invención tiene por objeto un método de control de la estanqueidad de los tubos radiantes que consiste en inyectar en el recinto del horno, estando éste en marcha normal, una cantidad conocida de un gas inerte que se difunda fácilmente en la atmósfera del horno, y que sea fácilmente detectable incluso en estado de trazas, (con preferencia una gas raro), después medir el contenido de este gas en los humos de la combustión a nivel del colector de salida de cada batería de tubos radiantes y, si el resultado de esta medición revela un contenido anormalmente elevado respecto al contenido natural de los citados humos (del orden de 10 partes por millón), se busca entonces, el o los tubos defectuosos de la batería considerada con la ayuda de una medición del contenido en este gas en la extremidad de salida de cada tubo de esta batería.

Como se comprende, la invención consiste pues, en sus características esenciales, en utilizar un trazador gaseoso que se difunda con rapidez en la atmósfera del recinto del horno, la cual es químicamente inerte con respecto a la banda metálica que pasa a su través, neutra con respecto al carácter reductor de la atmósfera del horno y que no esté presente naturalmente, de manera significativa, en los humos de la combustión de los quemadores de los que cada tubo radiante está equipado.

Se podrá dar la preferencia al helio, antes que a otro gas inerte como el argón, porque se dispone en el mercado de analizadores precisos y muy sensibles para este elemento y relativamente baratos.

La invención se comprenderá bien y otros aspectos y ventajas aparecerán más claramente con la lectura de la descripción que sigue, con respecto a la figura única que representa esquemáticamente un horno industrial equipado con una instalación para la puesta en práctica del método según la invención.

En la Figura, se ha representado en 1 un horno de recocido previo a la galvanización de una banda de acero (no representada) que lo atraviesa. El recorrido de la banda en el horno está jalonado de tubos radiantes 2 que la calientan por radiación directa. Los tubos 2 está conformados la mayoría de las veces en forma de "W", y presentan, pues, horquillas en un ángulo de cerca de 180º que los convierten en especialmente sensibles al agrietamiento por envejecimiento, especialmente en atmósfera hidrogenada (generalmente atmósfera de HNx).

Comprenden, cada uno de ellos, un quemador en una extremidad (por ejemplo, de oxi-fuel, o más generalmente de gas natural) y en la otra extremidad desembocan en un colector 3 de salida. Clásicamente, en un horno de recocido de este tipo, los tubos radiantes, en número de 100 a 150 en total, está reagrupados en baterías de una decena de tubos cada una, provistas de un colector común 3 de evacuación, asociado a un ventilador 4 que asegura el tiro necesario para la evacuación de la totalidad de los humos de la combustión.

Como se ve, de conformidad con la invención, una tubería 5 de inyección de helio está ensartada en el conducto 6 por el que se insufla un flujo de HNx en el recinto del horno 1. Esta tubería comprende una fuente de gas licuado 7 a presión, seguida de un regulador 8 de caudal constante y de una electroválvula 9 regulada a "todo o nada" por un armario de mando 10.

Por otro lado, hay prevista una tubería 11 de toma de muestras de gases en la salida del colector 3 para el análisis del contenido en helio de los humos de la combustión procedentes de la batería de los tubos radiantes 2 en curso de inspección.

Esta tubería 11 de toma de muestras de gases comprende sucesivamente, después de su punto de ensartado en el colector 3: un condensador 12 para eliminar al máximo la humedad del flujo gaseoso extraído, el armario 10 para el escudriñamiento secuencial de los diferentes colectores, seguido por un grupo de depuración 13 de los humos que comprende, un filtro y un medio de secado de los humos asociados a un órgano de bombeado, una unidad 14 para el tratamiento de los humos propios y secos que incluye un regulador presión-caudal y que suministra el flujo gaseoso a analizar a un detector 15 de helio dotado con una salida 16 a la atmósfera. Este detector puede ser, ventajosamente, un espectrómetro de masas de desviación magnética, tal como el comercializado por la Firma ALCATEL con la denominación ASM 121H.

La operación de control consiste, simplemente, en inyectar una cantidad conocida de una corriente de helio en el recinto del horno, por ejemplo con un caudal de 0,3 m^{3}/h durante una hora, o sea 0,3 m^{3}. La atmósfera del horno, que, inicialmente, no contiene helio, se enriquece en este elemento para alcanzar una cierta concentración, que depende del volumen del recinto del horno, pero que, de todos modos no es un valor crítico para la detección del helio en los tubos radiantes en la medida en que esta concentración será necesariamente, sin duda alguna, más elevada que aquella otra, muy reducida, existente naturalmente en los humos de la combustión. Para fijar las ideas, se retendrá como bueno un nivel de concentración de 300 partes por millón de helio en el horno, para un horno habitual de recocido antes de la galvanización. Esta indicación cifrada, no es por otra parte más que un valor medio, sabiendo que el valor instantáneo puede variar notablemente de un lugar del recinto a otro, y ésto, a pesar de la gran facilidad de difusión del helio.

Una vez inyectada la cantidad de helio, o inclusive antes del fin de esta inyección, los humos de la combustión, en la salida de las diferentes baterías de tubos radiantes 2, son analizados cíclicamente al nivel de los colectores 3 de salida que se ha investigado uno tras otro con la ayuda de la tubería única 11 de toma de muestras. En el momento del paso de un colector al siguiente, un orden de cierre temporal es transmitido por el armario 10 de mando a la electroválvula 9.

El análisis se efectúa con la ayuda del detector 15 de helio. Si hay helio en los humos inspeccionados, a un nivel significativo, del orden por ejemplo de 10 a 5 partes por millón, incluso mucho más, ello significa, como mínimo, que un tubo radiante de la batería considerada está agrietado.

La determinación precisa de la concentración de helio permite, además, estimar la importancia del o de los defectos de estanqueidad.

A continuación, un análisis individual a la salida de cada tubo de la batería así identificada, permite identificar rápidamente el o los tubos agrietados a cambiar. Estos análisis individuales se efectúan fácilmente con la ayuda de las extracciones de muestras realizadas, con la ayuda de la propia tubería 11, por la trampilla de acceso del último codo del tubo antes de su colector.

El método de control de la estanqueidad según la invención es especialmente económico ya que los tubos ya no son enfriados por el paso del aire, los quemadores siguen funcionando sin interrupción. El método presenta igualmente una gran fiabilidad: la experiencia sobre un horno de recocido industrial muestra una precisión de detección extraordinaria y algunos minutos de espera tras el comienzo de la inyección del gas trazador en el horno, son suficientes antes de proceder al control.

Pero sobre todo, es su transparencia con respecto a la marcha del horno la que sin duda refleja el mayor interés del método: no se apaga ningún quemador, ni siquiera momentáneamente, lo que permite ir muy deprisa al proceder en dos tiempos: desenmarañar primeramente a nivel de las baterías al escudriñar un colector tras otro, y buscar después el o los tubos que fallen, solamente en las baterías así identificadas.

Bien entendido, debe prestarse un cierto cuidado al mantenimiento de la tubería de toma de muestras, pero nada fuera de lo habitual en este campo clásico de la toma de muestras gaseosas industriales a alta temperatura: depuración por condensación-filtrado y secado, y regulación en caudal-presión antes de la llegada al analizador. Una entrada secundaria 17 estará prevista ventajosamente en el regulador 14 para la introducción de un gas patrón que permita, de vez en cuando, el recalibrado del analizador 15.

En cuanto al gas trazador utilizable, se podrá retener todo trazador gaseoso que, a la manera del argón, se difunda rápidamente en la atmósfera del horno, sea químicamente inerte respecto a la chapa que pasa por allí en caliente, sea neutro respecto al carácter reductor de la atmósfera del horno y que no esté presente, naturalmente, de forma significativa en los humos de la combustión de los quemadores.

Claims (4)

1. Método de control de la estanqueidad de los tubos radiantes en un horno industrial, caracterizado porque consiste en:

- inyectar en el recinto del horno (1) una cantidad conocida de un gas trazador inerte (7) que no esté presente, naturalmente, en los humos de la combustión de los quemadores de los tubos radiantes (2),

- medir, a continuación, el contenido de este gas trazador en los humos de la combustión a nivel de los colectores (3) de salida de cada batería de tubos radiantes,

- y si el resultado de la medición refleja un contenido anormalmente elevado, buscar entonces el o los tubos defectuosos con la ayuda de mediciones individuales del contenido de este gas trazador en la extremidad de salida de cada tubo radiante de la batería así detectada.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el gas trazador utilizado es helio.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque se le aplica a un horno de recocido siderúrgico.

4. Instalación para la puesta en práctica del método según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende:

- por un lado, una tubería (5) para la inyección del gas trazador en el recinto de un horno (1) de tubos radiantes (2), estando provista esta tubería de un regulador de flujo constante (8) y de una electroválvula de paro (9),

- por otro lado, una tubería (11) de extracción de muestras gaseosas de los colectores (3) de salida de los tubos radiantes, estando dotada esta tubería de extracción de muestras de medios de depuración y de secado (12, 13, 14),

y, en la extremidad de la tubería de extracción de muestras, un analizador (15) para medir la concentración, en los humos extraídos, del citado gas trazador inyectado en el horno por la tubería de inyección (5).