ITMI20012278A1 - Dispositivo e metodo per misurazione discreta e continua della temperatura di metallo liquido in un forno o recipiente per la sua produzione - Google Patents

Description

Titolo: "Dispositivo e metodo per misurazione discreta e continua della temperatura di metallo liquido in un forno o recipiente per la sua produzione o trattamento"

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per misurazione continua della temperatura di metallo liquido in un forno o recipiente per la sua produzione o trattamento.

L'invenzione si riferisce inoltre ad un metodo di misurazione continua di tale temperatura.

Nella produzione dell'acciaio nel forno elettrico assume particolare importanza la rilevazione della temperatura del bagno di acciaio liquido nel forno o recipiente.

Inoltre, spesso si è mirato a sviluppare una tecnologia che fornisse il valore in contìnuo della temperatura del metallo liquido, senza alterare il processo di produzione o di trattamento.

Tuttora la gran parte delle acciaierie utilizza immergere nel liquido una termocoppia protetta da una cartuccia consumabile, manualmente o attraverso sistemi meccanici automatizzati comunemente detti manipolatori.

E' evidente che ad ogni misurazione singola la cartuccia va cambiata, e la temperatura non può così essere letta in continuo.

La domanda di brevetto tedesca DE-1408873 propone una metodologia per cui si inserisce una termocoppia nel refrattario, con un sistema di raffreddamento ad acqua. Tale metodologia presenta problemi di durata della termocoppia e di precisione di misurazione a causa dell'elevato raffreddamento necessario alla termocoppia .

Il brevetto statunitense US006071466 della società Voest Alpine ha come oggetto la misura della temperatura del bagno e si basa su una lettura delle onde elettromagnetiche emesse dal fondo del bagno. Sul fondo del bagno viene sistemata una tubiera da cui viene insufflato del gas inerte. Il gas forma una bolla sul fondo del bagno mantenuta da un flusso di metano ed azoto e dalle successive reazioni di cracking .

Uno strumento ottico legge la temperatura del liquido che circonda tale bolla. Questa metodologia è stata però accantonata per una notevole tendenza ad intasarsi .

Successivamente, sempre dalla società Voest Alpine è stato proposto, con il brevetto statunitense US 6172367, un altro dispositivo, basato però sempre sullo stesso principio fluidodinamico.

In questo caso la tubiera è posta lateralmente ma sempre al di sotto del battente liquido dell'acciaio. In questo modo si ottiene una migliore precisione, in quanto il fascio di onde elettromagnetiche emesse dall'acciaio avviene in una direzione parallela all'asse dello strumento, cancellando il disturbo delle onde oblique.

Tuttavia anche questo dispositivo soffre di problemi di intasamento a causa del difficile mantenimento della bolla. Infatti, spesso il fascio di metano e azoto e le successive reazioni di cracking non sono sufficienti al mantenimento della bolla.

I problemi di questi due ultimi sistemi sono dati dal fatto che entrambi sono sotto il battente liquido, dove le condizioni ambientali sono esasperate.

Ulteriormente, esiste un sistema chiamato "ENDO-GLAS" sviluppato dalla società Tech-Plus, che utilizza un lettore ottico posto all'interno di una lancia raffreddata ad acqua da cui si può insufflare gas inerte. Il sistema è provvisto di un manipolatore che spinge la lancia all'interno del forno. Solitamente è situato al di sopra del forno, con la possibilità di regolare l'angolo d'entrata.

Il sistema non è fisso come i due precedenti e così ad ogni misurazione bisogna aspettare l'entrata della lancia nel forno.

Lo svantaggio è simile a quello dei manipolatori di termocoppie, è cioè non permette la misura in continuo. Infatti, pur essendo raffreddata, la lancia non è in grado di restare sempre all'interno del forno.

Scopo generale della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo ed un metodo per misurazione discreta e continua della temperatura di metallo liquido in un forno o recipiente per sua produzione o trattamento che consenta di avere una misura precisa ed affidabile della temperatura del bagno.

Altro scopo è quello di risolvere gli inconvenienti sopra citati della tecnica nota in una maniera estremamente semplice, economica e particolarmente funzionale.

In vista degli scopi suddetti, secondo la presente invenzione, si è pensato di realizzare un dispositivo e di indicare un metodo per misurazione continua della temperatura di metallo liquido in un forno o recipiente per sua produzione o trattamento, avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni allegate.

Le caratteristiche strutturali e funzionali della presente invenzione ed i suoi vantaggi nei confronti della tecnica conosciuta risulteranno ancora più chiari ed evidenti da un esame della descrizione seguente, riferita ai disegni allegati, che mostrano un dispositivo per misurazione discreta e continua della temperatura di metallo liquido in un forno o recipiente per sua produzione o trattamento realizzato secondo i principi innovativi dell'invenzione stessa.

Nei disegni:

la figura 1 mostra una sezione di un forno o recipiente dotato di un dispositivo per misurazione continua di temperatura acciaio liquido secondo la tecnica insegnata dal brevetto statunitense US006071466;

la figura 2 è una sezione di un forno o recipiente dotato di una lancia secondo la tecnica insegnata dalla domanda di brevetto europeo EP0947587, un cui è inserito un dispositivo per misurazione discreta e continua della temperatura di metallo liquido secondo la presente invenzione;

la figura 3 è una sezione in assonometria, che mostra in esploso i componenti del dispositivo per misurazione di figura 2.

Con riferimento ai disegni, un dispositivo per misurazione discreta e continua della temperatura di metallo liquido in un forno o recipiente per sua produzione o trattamento in oggetto viene complessivamente indicato con 10.

Nell'esempio illustrato, secondo la presente invenzione, il dispositivo 10 è inserito in una lancia 12, di forma tubolare, dotata di apparato di raffreddamento o isolamento.

La lancia 12 viene inserita in un rivestimento refrattario 13 di un forno o recipiente 20.

Il raffreddamento della lancia 12 avviene ad esempio secondo quanto insegnato dalla domanda di brevetto europeo EP0947587, che indica un tipo di raffreddamento basato sulla capacità termica dell'acqua nebulizzata che è superiore a quella dell'acqua allo stato liquido.

Una estremità di testa della lancia 12 è posta a livello di scoria 18 di metallo presente nel forno o recipiente 20, con un angolo di circa 45° sulla verticale del forno 20.

Il dispositivo 10 comprende essenzialmente una struttura tubolare 11, posta in una zona sicura e ben refrigerata, in cui viene inserito uno strumento di analisi termica 14 tramite un supporto 15. Lo strumento 14 può essere un pirometro di tipo tradizionale o una testina ottica, ed è collegato all'esterno tramite una fibra ottica 16, ad esempio una monofibra corazzata con guaina flessibile in acciaio inossidabile.

La lancia 12 è provvista di iniettori di gas inerte, quale ad esempio argon, e aria compressa. Inoltre, essa può prevedere iniettori per combustibile e comburente, quali metano e ossigeno.

In testa alla struttura tubolare 11 del dispositivo 10 viene montato, frontalmente allo strumento di analisi termica 14, un ugello 22 convergente e divergente.

11 funzionamento del dispositivo 10 per misurazione discreta e continua della temperatura di metallo liquido in un forno o recipiente per sua produzione o trattamento secondo l'invenzione è chiaro da quanto sopra descritto con riferimento alle figure, ed in breve è il seguente.

Un getto di gas inerte, quale ad esempio argon, ad alta pressione è insufflato, tramite la lancia 12, sulla scoria 18; il getto rimane compatto grazie alla forma geometrica dell'ugello ed alla possibile fiamma di copertura che brucia metano e ossigeno.

Occorre operare una regolazione sulla portata di gas inerte ed eventuale combustibile per ottenere un getto supersonico di gas inerte compatto tale da penetrare la scoria 18 e scoprire localmente la superficie del metallo liquido.

In questo modo si fornisce allo strumento d'analisi termica 14 uno spazio conico pulito attraverso cui è possibile osservare la superficie del bagno.

11 pirometro o la testina ottica può così leggere la temperatura del metallo liquido.

In una realizzazione preferita, il pirometro è bicromatico, cioè legge due bande di frequenza e quindi è meno sensibile ai disturbi.

La fibra ottica 16, collegata allo strumento di analisi 14, percorre tutta la lunghezza della lancia 12 e porta il segnale ad un apparecchio che visualizza in tempo reale la temperatura. Tale apparecchio ha la possibilità di una calibrazione per vari tipi di materiale.

Quando non si vuole effettuare la misurazione, la lancia 12 è comunque mantenuta pulita da un flusso d'aria compressa, prevenendo eventuali intasamenti che sarebbero comunque di minore entità dato il fatto che la lancia 12 non è immersa al di sotto del battente liquido del bagno di metallo.

Il raffreddamento della lancia 12 permette di salvaguardare il dispositivo 10 per misurazione dalle elevate temperature del forno o recipiente.

Indicativamente, una testina ottica ed una fibra ottica 16 di tipo commerciale possono sopportare una temperatura massima attorno ai 250°C. Tali testine ottiche possono essere in ogni caso sostituite senza bisogno di cambiare le restanti parti.

Nel caso di utilizzo di un pirometro, viene utilizzato inoltre un convertitore per la visualizzazione del segnale con un campo di misura ad esempio di 750 ÷ 1800°C, e con una precisione, sopra i 1500°C, di ±0,6% del valore misurato in gradi centigradi .

Una volta calibrato, lo strumento di analisi termica 14 rileva temperature che sono risultate particolarmente consistenti, in quanto ad una costanza del valore misurato con la termocoppia corrisponde un andamento altrettanto costante del valore misurato con il dispositivo 10.

In una realizzazione preferita, lo strumento 14 è in grado di leggere la temperatura ogni 10 millisecondi, e si nota come le difficili condizioni ambientali, con polveri, spruzzi, ecc., del forno o recipiente 20 non condizionino significativamente la misura.

Il dispositivo 10 è collegabile ad un comune elaboratore elettronico, che, munito di appropriato programma, mostra l'andamento della misura in tempo reale, con ulteriori informazioni quali il picco massimo e la media in un determinato intervallo di tempo.

L'ugello 22 permette un opportuno flusso di argon o aria compressa per salvaguardare lo strumento di analisi 14 da eventuale sporcizia.

La lancia 12 può essere posizionata in qualsiasi punto del forno elettrico, e ciò permette di effettuare misurazioni puntuali nella stessa zona dove è usuale inserire nella tecnica nota la termocoppia. Così facendo sono dati all'operatore gli stessi punti di riferimento che attualmente conosce utilizzando le termocoppie.

Il dispositivo 10 può effettuare misurazioni in continuo, facilitando lo sviluppo dell'automazione del forno o recipiente, soprattutto nel caso di quelli che prevedono una carica continua, la cui velocità di carica può essere regolata riferendosi all'andamento della temperatura del bagno.

In generale, un metodo per misurazione discreta e continua di temperatura metallo liquido in un forno o recipiente per sua produzione o trattamento consiste nel realizzare una apertura in uno strato superficiale di scoria mediante insufflaggio di gas inerte, così da rendere visibile l'acciaio liquido ad uno strumento di analisi termica con misurazione a distanza.

Da quanto sopra descritto con riferimento alle figure, appare evidente come un dispositivo ed un metodo per misurazione discreta e continua della temperatura di metallo liquido in un forno o recipiente per la sua produzione o trattamento secondo l'invenzione sia particolarmente utile e vantaggioso. Sono così conseguiti gli scopi menzionati al preambolo della descrizione.

Naturalmente, le forme del dispositivo per misurazione discreta e continua di temperatura acciaio liquido in un forno o recipiente per sua produzione o trattamento dell'invenzione possono essere diverse da quella mostrata a solo titolo di esempio non limitativo nei disegni, come pure diversi possono essere i materiali.

L'ambito di tutela dell'invenzione è pertanto delimitato dalle rivendicazioni allegate.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo (10) per misurazione continua della temperatura di metallo liquido in un forno o recipiente per sua produzione e trattamento, caratterizzato dal fatto di comprendere uno strumento di analisi termica (14) posto in una lancia (12) che insuffla gas inerte e/o aria compressa ad elevata pressione contro una superficie di scoria (18) di metallo di un forno o recipiente (20).
2. 2) Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto flusso di gas inerte e/o aria compressa è protetto da una fiamma di copertura, realizzata mediante combustibile e comburente insufflati da detta lancia (12).
3. 3) Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto gas inerte è argon.
4. 4) Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strumento di analisi termica (14) è una testina ottica o un pirometro.
5. 5) Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta lancia (12) viene inserita in un rivestimento refrattario (13) di detto forno o recipiente (20), una estremità di testa di detta lancia (12) essendo posta a livello di detta scoria (18) di acciaio presente nel forno o recipiente (20), con un angolo di 45° rispetto alla verticale del forno o recipiente (20) stesso.
6. 6) Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende una struttura tubolare (11), in cui viene inserito detto strumento di analisi termica (14) tramite un supporto (15).
7. 7) Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strumento (14) è collegato all'esterno tramite una fibra ottica (16).
8. 8) Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta fibra ottica (16) è una monofibra corazzata con guaina flessibile in acciaio inossidabile.
9. 9) Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto combustibile è metano e che detto comburente è ossigeno.
10. 10) Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che in detta struttura tubolare (11) viene montato, frontalmente allo strumento di analisi termica (14), un ugello (22) convergente e divergente.
11. 11) Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto pirometro è bicromatico.
12. 12) Dispositivo (10) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta fibra ottica (16) percorre tutta la lunghezza della lancia (12) e porta un segnale ad un apparecchio che visualizza in tempo reale la temperatura.
13. 13) Metodo per misurazione discreta e continua della temperatura di metallo liquido in un forno o recipiente per sua produzione e trattamento, caratterizzato dal fatto di prevedere un insufflaggio continuo di gas inerte su uno strato superficiale di scoria di acciaio di detto forno elettrico, così da realizzare un'apertura in detta scoria, attraverso detta apertura essendo reso visibile detto metallo liquido ad uno strumento di analisi termica con misurazione a distanza.