MX2007010080A

MX2007010080A - Sistema para analizar opticamente un bano de metal fundido.

Info

Publication number: MX2007010080A
Application number: MX2007010080A
Authority: MX
Inventors: Larry E Cates
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-10-17
Also published as: JP2008537014A; WO2006091362A2; AR052294A1; CA2598111A1; US20050145071A1; KR20070103076A; ZA200706792B; EP1853740A2; TW200636224A; BRPI0607616A2; WO2006091362A3; CN101535507A

Abstract

Un sistema para analizar opticamente un bano de metal fundido (4) en donde una corriente de gas argon a alta velocidad (3) se pasa de una lanza (1) al bano y se mantiene coherente por una envoltura de flama (2) para proporcionar una trayectoria de vista clara a traves de la corriente de gas de argon para ver el bano de metal fundido longitudinalmente a traves de la corriente de gas de argon de un punto de vista espaciado o remoto (9).

Description

SISTEMA PARA ANALIZAR ÓPTICAMENTE UN BAÑO DE METAL FUNDIDO Campo Técnico Esta invención se refiere generalmente al refinado de metal fundido, por ejemplo, acero, y, más particularmente, al análisis del baño de metal fundido durante el refinado.

Técnica Anterior Los metales tales como el acero típicamente se producen y refinan en un recipiente revestido con productos refractarios al calentar materiales de carga tales como el escoriador para cojinetes metálico, hierro en lingotes, mineral, piedra caliza, dolomita, etc. para un estado de fundido y oxigeno soplado dentro del baño de metal fundido resultante a fin de oxidar las impurezas. No es siempre posible saber la composición química precisa de los materiales de carga previos al comienzo del proceso. Por lo tanto, la composición deberá determinarse después de que los materiales de carga hayan llegado a fundirse y mezclarse completamente. Además, la composición cambiante del baño de metal fundido deberá al menos periódicamente determinarse a fin de saber la sincronización y cantidad de los aditivos elaborados para los contenidos del recipiente de refinado. El método estándar para determinar la composición de un baño de metal fundido es detener el proceso de producción, extraer una pequeña muestra de material , y analizar esta muestra usando un espectrómetro de masas. La medición en línea continua es más deseable pero la alta temperatura y la presencia de polvo, humo, y escoria no permite localizar los dispositivos medidores dentro del baño de metal fundido. Aquellos expertos en la materia han intentado ocuparse de estos problemas al utilizar fibras ópticas cercanas a la superficie del baño de metal fundido o al utilizar tales medios como lentes, espejos y prismas a fin de pasar los datos del baño de metal fundido a un analizador. Sin embargo, tales ajustes no son satisfactorios debido a que son complicados de instalar y difíciles de mantener durante el proceso de refinado, de esta manera comprometiendo la exactitud de los datos reunidos el comprometiendo la integridad del análisis basado en tales datos.

Breve Descripción de la Invención Un aspecto de la invención es: Un método para analizar ópticamente un baño de metal fundido comprendiendo: (A) formar una corriente de gas argón coherente al pasar una corriente de gas argón fuera de una lanza y rodear la corriente de gas argón con una envoltura de flama; (B) pasar la corriente de gas argón coherente a un baño de metal fundido; (C) ver longitudinalmente a través de la corriente de gas argón coherente para ver el baño de metal fundido y obtener datos ópticos desde all í; y (D) pasar los datos ópticos a un analizador. Otro aspecto de la invención es: Aparato para analizar ópticamente un baño de metal fundido comprendiendo: (A) un horno de metal fundido que contiene un baño de metal fundido; (B ) una lanza que tiene un extremo de expulsión para pasar una corriente de gas argón coherente al baño de metal fundido; (C) un cristal visual montado sobre la lanza en el extremo opuesto al extremo de expulsión para proporcionar un sello de presión para prevenir la fuga del gas argón de la lanza mientras que se proporciona un puerto de vista ópticamente transparente y se alinea a fin de ver el baño de metal fundido longitudinalmente a través de la corriente de gas argón coherente para obtener datos ópticos; y (D) un analizador y medio para pasar los datos ópticos al analizador. Según se utiliza en la presente, el término "envoltura de llama" significa una corriente de combustión alrededor de al menos otra corriente de gas de no combustión . Según se utiliza en la presente, el término "corriente de gas coherente" significa una corriente de gas cuyo diámetro permanece sustancialmente constante. Según se utiliza en la presente, el término "baño de metal fundido" significa el contenido de un horno para refinado de metal que comprende un metal fundido y que también puede comprender escoria. Según se utiliza en la presente, el término "datos ópticos" significa un valor que describe una característica de un baño de metal fundido que puede detectarse por un recibidor separado del baño de metal fundido. Según se utiliza en la presente, el término "longitudinalmente" significa en l ínea con el eje principal . Según se utiliza en la presente, el término "cristal visual" significa un material ópticamente transparente, tal como el zafiro o el cuarzo, capaz de proporcionar un sello entre una corriente presurizada de gas argón en una lanza y el cable de fibra óptica u otros componentes ópticos. Una fuente de luz, tal como un láser, puede ajustarse al cristal visual para incrementar la energ ía del baño de metal fundido observado a través del chorro de gas argón coherente a fin de mejorar la efectividad del análisis.

Breve Descripción del Dibujo La Figura 1 es una representación transversal simplificada de un ajuste preferido que puede utilizarse en la práctica de la invención .

Descripción Detallada La invención se describirá a detalle con referencia al Dibujo. Refiriéndose ahora a la Figura 1 , se muestra un horno de metal fundido 1 0 que contiene un baño de metal fundido comprendiendo un metal fundido 4 y una capa de escoria 5, que puede ser fundido (a) y/o sólido (a), arriba del grupo de metal fundido. Típicamente el metal fundido comprenderá hierro o acero. La capa de escoria generalmente comprende uno o más de óxido de calcio, dióxido de silicio, óxido de magnesio, óxido de aluminio y óxido de hierro. La lanza 1 se coloca a fin de proporcionar gas argón al baño de metal fundido. La modalidad ilustrada en la Figura 1 es una modalidad preferida en donde la lanza se coloca a fin de proporcionar el gas argón al baño de metal fundido en una dirección perpendicular a la superficie del baño de metal fundido. Alternativamente, la lanza podría colocarse a través de una pared lateral del horno 1 0 a fin de proporcionar el gas argón angularmente a la superficie del baño. En la práctica de esta invención, el argón se utiliza como el gas a través del cual se hace una visualización óptica. Diferente a los sistemas convencionales de detección que emplean oxígeno u otro gas reactivo, el argón , debido a su inactividad en relación al metal fundido, se proporciona para una vista óptica mucho más clara del metal fundido desde la posición visual remota . Además, el peso del gas argón se hace para un sitio de impacto mejor definido en el metal fundido que en los gases más ligeros convencionales empleados con sistemas convencionales. La combinación del salpicado reducido y otros impedimentos visuales en el sitio de impacto del gas-metal debido a la no-reactividad del gas argón , acoplado con el sitio de impacto mejor definido debido a la densidad del gas argón, permite una vista óptica mucho más clara que la que es posible con los sistemas convencionales. Esta vista óptica más clara permite la mejor adquisición de datos y análisis de datos mejorados. EL gas argón se proporciona desde la lanza a una alta velocidad , preferiblemente a velocidad sónica o supersónica. Generalmente la velocidad de la corriente de gas argón 3 proporcionada desde la lanza tiene una velocidad de al menos 304.8 metros por segundo (cps) y preferiblemente de al menos 457.2 cps. Más preferiblemente la corriente de gas argón tiene una velocidad supersónica en la expulsión de la lanza y también tiene una velocidad supersónica cuando contacta la superficie del baño . El combustible y el oxidante se proporcionan fuera de la lanza alrededor de la corriente de gas argón y se queman para formar una envoltura de flama 2 alrededor de la corriente de gas argón 3. Preferiblemente, según se muestra en la Figura 1 , la envoltura de flama se extiende por la longitud entera de la corriente de gas argón dentro del horno desde el extremo de expulsión de lanza al baño. El combustible utilizado para formar la envoltura de llama 2 es preferiblemente gaseoso y puede ser cualquier combustible tal como el metano o gas natural . El oxidante utilizado para formar la envoltura de flama 2 puede ser aire, aire enriquecido con oxigeno teniendo una concentración de oxigeno que excede aquella de aire, u oxigeno comercial que tiene una concentración de oxigeno de al menos 90 por ciento de moles. La envoltura de flama 2 sirve para mantener el gas ambiente, por ejemplo, gases de horno, de extraerse hacia o atraparse en corriente de gas argón 3, de ese modo manteniendo la velocidad de corriente de gas argón 3 de reducirse y mantener el diámetro de la corriente de gas argón 3 de aumentarse significativamente, generalmente para una distancia de al menos 20 d donde d es el diámetro de la boquilla en el extremo de expulsión de lanza del cual la corriente de gas 3 se expulsa. Es decir, la envoltura de flama 2 sirve para establecer y mantener la corriente de gas argón 3 como una corriente de gas coherente generalmente por una distancia de al menos 20 d . Preferiblemente, según se muestra en la Figura 1 , la corriente de gas argón 3 es una corriente de gas coherente de la lanza al baño. El uso de un chorro de gas argón coherente para penetrar a través de la capa de escoria y humo por arriba del baño no es previsto por la práctica continental . La corriente de gas que se abastece de una lanza estándar no penetra la capa de escoria desde una distancia larga y no proporciona una vista clara de un baño de metal fundido para medir exactamente sus propiedades.

El uso de un gas combustible interno se requiere para producir la corriente de gas argón coherente o concentrada. El gas interno también genera señales de luz en longitudes de onda específicas debido a la combustión de los elementos y moléculas tales como sodio, potasio, CaO, y MnO, los cuales pueden utilizarse para determinar si la escoria está siendo completamente penetrada. El uso de un espectrómetro u otro instrumento capaz de medir la intensidad de luz en diversas longitudes de onda se emplea. Dos longitudes de onda separadas se utilizan para medir temperatura. Otras longitudes de onda se utilizan para medir la cantidad de varios elementos, tales como carbón , silicio, cobre, cromo, etc. Aún otras longitudes de onda indican la presencia de óxidos tales como CaO, MnO, y MgO en el campo de vista, y pueden utilizarse para determinar si la escoria que contiene estos óxidos está siendo completamente penetrada . Un indicador de penetración adicional de la capa de escoria es la conversión de señales de luz de la combustión del sodio y potasio por el combustible interno, de espectros de emisión a espectros de absorción . Esto se ha mostrado que ocurre cuando el gas argón inerte penetra completamente a través de la capa de escoria. El gas argón pasado al baño en de la corriente de gas 3 sirve para ayudar a refinar el metal fundido al mezclar el baño. Preferiblemente, según se muestra en la Figura 1 , la alta velocidad y la naturaleza coherente de la corriente de gas argón 3 sirve para conducir la corriente de gas 3 a través de la capa de escoria 5 y sumergirse dentro del metal fundido 4 afín de mejorar la acción de mezclado del gas suministrado al baño en la corriente de gas argón 3. Según se ha discutido anteriormente, es deseable al menos periódicamente, y preferiblemente de manera continua, monitorear la condición del metal fundido para determinar, por ejemplo, su composición, temperatura y/o la proporción de chatarra que se ha fundido. En la práctica de esta invención estos parámetros se monitorean al observarse a través del cristal visual 9. Según se muestra en la Figura 1 , el cristal visual 9 se monta sobre la lanza 1 sobre el extremo opuesto al extremo de expulsión para proporcionar un sello de presión para prevenir la fuga de gas argón de la lanza mientras que proporciona un puerto de vista ópticamente transparente. Esta prevención de fuga sirve no solamente para reducir las pérdidas de gas sino también sirve para reducir la oportunidad de desequilibrios de presión lo cual podría negativamente impactar la formación y mantenimiento de la coherencia de la corriente de gas argón. La formación y el mantenimiento de una corriente de gas coherente no es alcanzable con los sistemas de detección convencionales. La naturaleza coherente de la corriente de gas argón 3, que cuida a los gases de hornos, humo, partículas, etc. de atraparse en la corriente de gas argón 3, permite que se forme una línea clara de visión desde el cristal visual 9 hacia el baño de metal fundido. Esto permite ver el baño de metal fundido al observarse longitudinalmente a través de la trayectoria no obstruida proporcionada por la corriente de gas argón coherente 3. Esta vista permite la recopilación de datos ópticos del baño. Los datos que pueden recopilarse al observar el metal fundido a través del chorro de argón coherente incluyen la temperatura a manera de pirometría óptica, medición de las cantidades de diversos elementos contenidos en el baño de metal fundido y la escoria a manera de análisis espectroscópico, y las condiciones del proceso tal como la proporción de escoria fundida por análisis de las tendencias de temperatura. Los datos ópticos se pasan a un analizador 7, tal como por instalación de guía luz 8 la cual puede comprender un cable de fibra óptica o un sistema de lentes y espejos. El analizador 7 puede ser, por ejemplo, un espectrómetro óptico, pirómetro óptico, o una combinación de estos instrumentos. El analizador 7 emplea los datos para proporcionar las mediciones de temperatura y composición del baño de metal fundido, permitiendo de tal modo al operador de hacer ajustes a las cantidades y sincronización de los materiales de carga adicionales, agentes de flujo, mezclas, energía eléctrica, y agentes reactivos tales como el oxígeno, para facilitar la llegada al punto final deseado del proceso de refinado.

Al observar la temperatura actual del baño fundido y la cantidad de carbono, cromo, manganeso u otros elementos restantes en el baño de metal fundido, el operador puede determinar cuando el procesamiento del metal ha alcanzado las condiciones especificadas por el tipo de metal que se produce. Además, si la cantidad de ciertos elementos de indicio tales como el cobre se observan por estar fuera de las limitaciones de calidad para el metal que se produce, el operador será capaz de hacer ajustes para traer el producto dentro de la especificación antes de la finalización del proceso. Al conocer la proporción de la chatarra fundida, el operador conocerá el tiempo apropiado para agregar chatarra adicional al horno. Por el uso de la invención uno puede obtener medición continua y en l ínea de las propiedades de baño de metal fundido sin la necesidad de utilizar fibras ópticas cercanas a la superficie del baño de metal fundido o utilizar tales medios como lentes, espejos y prismas. A pesar de que la invención se ha descrito a detalle con referencia a una modalidad preferida, aquellos expertos en la materia reconocerán que existen otras modalidades de la invención dentro del espíritu y el alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACION ES 1 . Un método para analizar ópticamente un baño de metal fundido comprendiendo: (A) formar una corriente de gas argón coherente al pasar una corriente de gas argón fuera de una lanza y rodear la corriente de gas argón con una envoltura de flama; (B) pasar la corriente de gas argón coherente a un baño de metal fundido; (C) ver longitudinalmente a través de la corriente de gas argón coherente para ver el baño de metal fundido y obtener datos ópticos desde all í; y (D) pasar los datos ópticos a un analizador. 2. El método de la reivindicación 1 , en donde la envoltura de flama se extiende desde la lanza al baño de metal fundido. 3. El método de la reivindicación 1 , en donde la corriente de gas argón coherente tiene una velocidad supersónica cuando contacta el baño de metal fundido. 4. Aparato para analizar ópticamente un baño de metal fundido comprendiendo: (A) un horno de metal fundido que contiene un baño de metal fundido; (B ) una lanza que tiene un extremo de expulsión para pasar una corriente de gas argón coherente al baño de metal fundido; (C) un cristal visual montado sobre la lanza en el extremo opuesto al extremo de expulsión para proporcionar un sello de presión para prevenir la fuga del gas argón de la lanza mientras que se proporciona un puerto de vista ópticamente transparente y se alinea a fin de ver el baño de metal fundido longitudinalmente a través de la corriente de gas argón coherente para obtener datos ópticos; y (D) un analizador y medio para pasar los datos ópticos al analizador. 5. El aparato de la reivindicación 4 comprendiendo además una fuente de luz para generar luz para el paso a través de la corriente de gas argón coherente. 6. El aparato de la reivindicación 5 en donde la fuente de luz es un láser. 7. El aparato de la reivindicación 4 en donde la lanza se coloca a fin de proporcionar la corriente de gas argón coherente al baño de metal fundido en una dirección perpendicular a la superficie del baño de metal fundido. 8. El aparato de la reivindicación 4 en donde el medio para pasar los datos ópticos al analizador comprende una instalación de guía luz que comprende fibra óptica que pasa desde el cristal visual hacia el analizador. 9. El aparato de la reivindicación 4 en donde el analizador comprende un espectrómetro óptico. 1 0. El aparato de la reivindicación 4 en donde el analizador comprende un pirómetro.