MX2012003762A - Procedimiento para controlar una operacion de fusion en un horno de arco electrico asi como unidad de procesamiento de señales, codigo de programa y medio de almacenamiento para realizar este procedimiento. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un procedimiento para controlar una operación de fusión en un horno (11) de arco eléctrico así como a una unidad (21) de procesamiento de señales, un código de programa y un medio de almacenamiento para realizar este procedimiento. Durante el procedimiento se detectan por medio de sensores (22) de ruido propagado por sólidos señales acústicas u oscilaciones del interior de la cuba (12) de horno, a partir de las cuales pueden deducirse valores característicos de la distribución de material de fusión, masa fundida y escoria en la carga del horno. En primer lugar se generan un valor característico SM de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno de la cuba, un valor característico M del tamaño de pieza del material de fusión en el volumen de la carga del horno y un valor característico MM de la variación del porcentaje de material de fusión sólido en contacto con la pared de horno. Según la invención está previsto que por medio de un sistema (21) de regulación evaluando los valores característicos se varíe en primer lugar la distribución de energía en los electrodos (13) de tal manera que se atenúen los picos de carga térmica o incluso se evite su aparición. Para ello se modifican las impedancias de fase depositadas como valores teóricos. Cuando esta regulación no es suficiente, se reduce en segundo lugar la potencia térmica de los arcos eléctricos. De este modo puede realizarse un régimen de funcionamiento que actúa de manera rápida y fiable para las operaciones en el horno (11) de arco eléctrico.

Description

PROCEDIMIENTO PARA CONTROLAR UNA OPERACIÓN DE FUSIÓN UN HORNO DE ARCO ELÉCTRICO ASÍ COMO UNIDAD DE PROCESAMIENTO DE SEÑALES, CÓDIGO DE PROGRAMA Y MEDIO DE ALMACENAMIENTO PARA REALIZAR ESTE PROCEDIMIENTO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un procedimiento para controlar una operación de fusión en un horno de arco eléctrico con al menos dos electrodos, en el que mediante la evaluación de señales de ruido propagado por sólidos y/o aéreo que discurren por el interior de un cubo de horno se genera al menos un tipo de los siguientes valores característicos de la distribución de material de fusión, masa fundida y escoria en la carga del horno. El primer tipo de valores característicos representa el apantallamiento de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno de la cuba de horno. El segundo tipo de valores característicos representa el tamaño de pieza y el estado de fusión (en lo sucesivo sólo se mencionará de manera abreviada en cada caso el tamaño de pieza) del material de fusión en el volumen de la carga del horno, en particular en la zona por debajo de los electrodos. El tercer tipo de valores característicos representa la variación del porcentaje de material de fusión que se encuentra en la pared de horno.

Además la invención se refiere también a una unidad de procesamiento de señales para un horno de arco eléctrico con un código de programa legible por máquina, a un código de programa legible por máquina de este tipo y a un medio de almacenamiento con un código de programa legible por máquina de este tipo, que son adecuados para controlar las operaciones en un horno de arco eléctrico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Ya se conoce el uso de señales acústicas (es decir señales de ruido propagado por sólidos, generadas por al menos un arco eléctrico, que se transmiten a través del material de fusión o señales de ruido aéreo, que se transmiten a través del volumen de aire entre el material de fusión) para generar diferentes valores característicos. A este respecto se detectan oscilaciones acústicas, que pueden evaluarse incluyendo las características de corriente y de tensión de los arcos eléctricos del horno de arco eléctrico. Las señales acústicas se generan por principio en el interior de la carga del horno, dado que los arcos eléctricos del horno de arco eléctrico representan una fuente de sonido.

Según el documento DE 10 2008 006 965 Al se conoce, por ejemplo, que para detectar una denominada medida de radiación (en lo sucesivo también denominada de manera abreviada SM) se detectan oscilaciones de ruido propagado por sólidos en la pared de horno y a partir de un intervalo de frecuencia de las oscilaciones detectadas puede determinarse una señal de evaluación de oscilación correspondiente. A partir de la corriente de electrodo detectada puede determinarse en el mismo intervalo de frecuencia una señal de evaluación de corriente correspondiente, que se interpreta como motivo de la generación de oscilación. La medida de radiación resulta entonces en principio como cociente entre la señal de evaluación de oscilación y la señal de evaluación de corriente .

Según el documento DE 10 2008 006 966 Al se conoce además que puede determinarse una denominada medida de tamaño de pieza (en lo sucesivo también denominada de manera abreviada M) , detectando la corriente de electrodo suministrada, determinándose a partir de la corriente de electrodo detectada una medida de valor eficaz y determinándose además a partir de la corriente de electrodo detectada en un intervalo de frecuencia determinado de la corriente de electrodo detectada un porcentaje de corriente correspondiente. La medida de tamaño de pieza resulta entonces como cociente entre el porcentaje de corriente y la medida de valor eficaz.

Además se conoce por el documento DE 10 2008 006 958 Al que puede determinarse una denominada medida para la variación de la masa de un porcentaje de material de fusión que se encuentra en el límite del horno de arco eléctrico (en lo sucesivo también denominada de manera abreviada MM) , detectando la corriente de electrodo suministrada, a partir de la cual se obtiene en un intervalo de frecuencia determinado una señal de evaluación de corriente. Además se detectan las oscilaciones de ruido propagado por sólidos y en el intervalo de frecuencia determinado se determina una señal de evaluación de oscilación. Finalmente se determina el desplazamiento de fase entre la señal de evaluación de corriente y la señal de evaluación de oscilación para una pluralidad de frecuencias comunes. A partir de estos desplazamientos de fase determinados puede deducirse una medida de la variación de la masa del material de fusión que se encuentra en el límite de la pared de horno.

Con los valores característicos mencionados anteriormente puede realizarse un procedimiento mejorado para controlar la operación de fusión en el horno de arco eléctrico. Para aclarar esto, a continuación se explicará más detalladamente el proceso de fusión que tiene lugar en hornos de arco eléctrico. Un horno de arco eléctrico sirve para producir metal líquido, por regla general acero. El metal líquido se produce a partir de material de fusión sólido, por ejemplo chatarra y/o hierro reducido (el denominado hierro poroso o DRI/HBI) . incluso con hierro bruto líquido y/o sólido, junto con sustancias suplementarias adicionales. Para ello preferiblemente por medio de tres electrodos se introduce energía para fundir el material de fusión en el horno de arco eléctrico, por regla general en forma de un arco eléctrico entre el electrodo y el material de fusión. Para que la fusión pueda tener lugar de la manera más eficaz posible, debería introducirse a ser posible toda la energía proporcionada por el arco eléctrico en el material de fusión. Como material de fusión se entiende a este respecto el sólido que debe fundirse, como material fundido metal líquido y/o escoria. El material de fusión y el material fundido dan como resultado conjuntamente la carga del horno.

Sin embargo, debido al modo de funcionamiento predeterminado en los hornos de arco eléctrico convencionales puede suceder que el arco eléctrico arda libremente durante el proceso de fusión. Es decir, la radiación térmica que parte del arco eléctrico, formado entre el electrodo y el material de fusión, llega en gran medida a un límite del horno de arco eléctrico, en particular una pared enfriada del horno de arco eléctrico. De este modo aumenta el consumo de energía del horno, al introducirse por un lado la energía del horno de arco eléctrico sólo en un grado reducido en el material de fusión, y evacuarse por otro lado más energía a través del enfriamiento del horno.

Aquí, para controlar el modo de funcionamiento de hornos de arco eléctrico y regular la potencia de arco eléctrico, se aplica la idea de usar la medida MM para la variación del material de fusión que se encuentra en la pared de horno, la medida de tamaño de pieza , la medida de radiación SM o valores característicos adecuados de manera similar de la distribución de material de fusión, masa fundida y escoria en la carga del horno. La medida de tamaño de pieza M puede usarse para regular el valor teórico de la corriente de electrodo en los electrodos. Si hay, por ejemplo, por debajo de un electrodo chatarra comparativamente ligera, es decir un alto porcentaje de volumen de aire en la chatarra, entonces puede reducirse la potencia de irradiación, para evitar la combustión libre mencionada del arco eléctrico por una fusión demasiado rápida de la chatarra ligera. Si se establece una medida de radiación SM demasiado elevada en las paredes de horno, entonces puede reducirse la potencia de irradiación del arco eléctrico, para evitar una solicitación térmica " excesiva de las paredes de horno así como una pérdida de potencia elevada. Si durante la determinación de la medida de apantallamiento SM se establece que una parte de la pared de horno no se apantalla por material de fusión, puede reducirse la potencia de irradiación, para evitar una combustión libre del arco eléctrico hacia esa sección de pared libre. A este respecto las señales mencionadas anteriormente pueden aprovecharse no sólo para reducir la potencia sino, en su interpretación inversa, también para aumentar la potencia. Sin embargo, dado que las medidas indicadas anteriormente se influyen mutuamente en el caso de una intervención manual en el programa de funcionamiento del horno de arco eléctrico es difícil de estimar en qué grado debe intervenirse en el proceso .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El objetivo de la presente invención es mejorar un procedimiento del tipo mencionado al principio en el sentido de que se permita la regulación de la potencia de arco eléctrico con un consumo de energía lo más reducido posible y un desgaste lo más reducido posible de los componentes del horno. Además es un objetivo de la invención proporcionar una unidad de procesamiento de señales que inicie el procedimiento, o un medio de almacenamiento y un código de programa para ello.

Este objetivo se soluciona según la invención porque para la zona de influencia térmica de cada arco eléctrico se generan valores característicos locales. Es ventajoso disponer en el horno los sensores que se usan de tal manera que los sensores estén enfrente de los electrodos (arco eléctrico) . La ventaja de esta medida radica en que puede generarse una idea más exacta del transcurso del proceso de fusión en el horno de arco eléctrico, dado que éste debido a cargas de chatarra a menudo no homogéneas transcurre en cada electrodo de manera diferente. Además según la invención está previsto que a partir de los valores característicos locales se deduzcan picos de carga térmica locales existentes o inminentes en las zonas de influencia de los arcos eléctricos, también cuando éstos en ese momento aún no conduzcan a una carga de temperatura medible de los paneles . Esto puede tener lugar de la manera descrita anteriormente. Así, es probable una combustión . libre de un arco eléctrico determinado cuando, por ejemplo, la sección de pared de la pared de horno se expone por la fusión de la chatarra que está más próxima a este arco eléctrico. Esto puede determinarse según la invención localmente en esta zona de pared mediante la evaluación del valor característico de apantallamiento SM. De este modo es posible ventajosamente una detección muy temprana de un acontecimiento, que generará sólo en un futuro un pico de carga térmica en la zona de influencia del respectivo electrodo, mediante la combustión libre de este arco eléctrico hacia la pared expuesta. Dado que el verdadero pico de carga térmica aún está por llegar, ya puede evitarse ventajosamente su aparición.

Según la invención está previsto además que, en función de los valores característicos generados, se varíe en primer lugar la distribución de energía a través de los electrodos durante el tiempo necesario de tal manera que se atenúen los picos de carga térmica o se evite su aparición. Para aclarar esto en el ejemplo mencionado de una fusión de chatarra en una zona parcial de la pared de horno, puede describirse el siguiente régimen de funcionamiento. El arco eléctrico que está más próximo al elemento de pared afectado, es decir el arco eléctrico cuya combustión libre debe evitarse, debe regularse por disminución, mientras que este requisito no existe en los otros arcos eléctricos. Esto puede conseguirse adaptando según la invención el valor teórico para la impedancia de fase del arco eléctrico en cuestión, de modo que la potencia de radiación del arco eléctrico afectado emitida al entorno disminuya y la de los otros dos arcos eléctricos aumente ligeramente. A este respecto está disponible ventajosamente una magnitud de . regulación que responde muy rápidamente, no debiendo reducirse en primer lugar la potencia térmica total convertida en el horno de arco eléctrico. Por tanto este régimen de regulación es de manera ventajosa especialmente eficaz.

Además según la invención está previsto que, en función de los valores característicos generados, se reduzca en segundo lugar la potencia térmica de los arcos eléctricos reduciendo la tensión secundaria de un transformador de horno que alimenta los arcos eléctricos y/o aumentando la reactancia de una reactancia adicional conectada en serie con respecto a los arcos eléctricos durante el tiempo necesario. Esta medida se toma cuando el efecto conseguido mediante la primera variación de la distribución de energía no es suficiente o puede preverse que este efecto no será suficiente para debilitar o evitar los picos de carga térmica .

La tensión que alimenta los arcos eléctricos se regula porque la tensión de salida del transformador de horno se varía, por ejemplo, por medio de conmutadores escalonados bajo carga. Esto tiene lugar de manera mecánica conectando o desconectando vueltas del devanado primario o secundario del transformador de horno (también denominado fase de transformador) . A este respecto es inevitable una cierta solicitación eléctrica y mecánica y con ello un desgaste, por lo que esta medida sólo puede realizarse ventajosamente cuando las medidas descritas anteriormente no son suficientes por sí solas. Esto provoca ventajosamente que los conmutadores escalonados bajo carga se conmuten con menor frecuencia, con efectos positivos sobre el esfuerzo de mantenimiento para el transformador de horno. Además el ajuste de la fase de transformador en reacción a los valores característicos generados es claramente más lento que la regulación ventajosa de las impedancias de fase.

De manera similar, tal como se describió anteriormente a modo de ejemplo mediante el valor característico SM, puede recurrirse a los valores característicos MM y M. El valor característico M puede servir, por ejemplo, para determinar el tamaño de pieza del material de fusión por debajo de los electrodos individuales. A este respecto puede reconocerse de manera temprana, si el avance de la fusión por debajo de un electrodo es más rápido, porque, por ejemplo, haya chatarra comparativamente ligera con un alto porcentaje de volumen de aire bajo este electrodo. Si bajo otro electrodo se encuentra, por ejemplo, una pieza de chatarra pesada maciza, entonces el arco eléctrico de este electrodo necesitará mucho más tiempo para fundir la pieza del material de fusión allí situada. El electrodo, bajo el que se encuentra chatarra maciza, ya no puede avanzar más a la zona inferior de la cuba de horno y el arco eléctrico correspondiente emitirá por tanto una irradiación desproporcionadamente intensa al límite del horno de arco eléctrico. Influyéndose en los valores teóricos de impedancia o de corriente puede reducirse la irradiación del arco eléctrico afectado. Si se observa por tanto una distribución irregular del tamaño de pieza bajo los electrodos, entonces pueden ajustarse con respecto a la potencia de arco eléctrico convertida adaptando las impedancias de fase de las fases formadas por los arcos eléctricos de tal manera que el avance de la fusión sea bajo todos los electrodos aproximadamente igual. Esto significa que los electrodos, bajo los que se encuentra chatarra ligera, se ajustan con una impedancia de fase más alta que los electrodos, bajo los que se encuentra chatarra pesada.

El valor característico MM es una medida de la variación de la masa en contacto con la pared de horno. Si, por ejemplo, se detecta una variación de masa intensa en una zona de la pared de horno, entonces esto indica una caída de chatarra eventualmente inminente. Por tanto, este valor se usa preferiblemente para generar de manera predictiva una elevación de los electrodos eventualmente afectados mediante el aumento de las impedancias de fase. La ponderación de esta salida puede tener lugar según la experiencia en un grado reducido o mayor. Dado el caso de manera predictiva en el sistema hidráulico del brazo de soporte también se deposita una orden de elevación directa,' de manera correspondiente a la flabilidad de la predicción.

Según una configuración ventajosa de la invención está previsto que los valores característicos S de la medida de radiación, los valores característicos M del tamaño de pieza o los valores característicos MM de la variación del porcentaje de material de fusión en la pared de horno se asocien con un valor característico E de la energía introducida desde la adición de la última carga de material de fusión por unidad de masa de material de fusión (energía específica) de esta última carga. A este respecto ha de indicarse que el material de fusión se añade en el proceso en curso por cargas, dado que la fusión del material de fusión (chatarra) tiene como consecuencia una variación de volumen considerable. El volumen que queda libre en la parte superior de la cuba de horno se llena entonces en cada caso con nuevas cargas de material de fusión. Tras cada adición de una carga se determina la energía introducida en el horno mediante mediciones y se convierte en la masa de la carga, de modo que se genera un punto de referencia, de cómo de elevado es el porcentaje de material ya fundido en la carga del horno. La asociación de este valor característico E con los otros valores característicos permite ventajosamente interpretar correctamente la magnitud de los otros valores característicos en el contexto del avance de la fusión en el horno de arco eléctrico y en función de esto iniciar las medidas correctas. Así, por ejemplo, en el caso de un proceso de fusión avanzado las caídas de chatarra son mucho más probables y la carga térmica de base del horno de fusión ya es mayor.

Una configuración adicional del procedimiento según la invención prevé que adicionalmente para la zona de influencia térmica de cada electrodo se generen valores característicos T locales del aumento de temperatura absoluto o en general de la carga térmica en la pared de horno y/o valores característicos locales del gradiente de este aumento de temperatura o de la carga térmica (valor característico G) , y que estos valores característicos se asocien con los valores característicos SM de la medida de radiación en la pared de horno correspondientes localmente. A este respecto es importante considerar que la medida de radiación en las paredes de horno como tal no permite ninguna conclusión suficiente sobre procesos que transcurren de manera crítica. Cuando el horno está lleno de chatarra, también se desea una irradiación de arco eléctrico completa, dado que las paredes de horno están protegidas en primer lugar por la chatarra. La operación de fusión transcurre por el contrario más rápidamente. Hacia el final de la operación de fusión, cuando la temperatura en la pared de horno ya se ha aumentado, debe evaluarse de manera más crítica también un aumento de la medida de radiación en las paredes de horno. Además es previsible que en el caso de un gradiente elevado de la carga térmica se alcance más rápidamente una medida crítica de la carga térmica y por eso deban tomarse medidas más drásticas para evitarlo. El uso de los valores característicos T y/o G puede sustituir según otra alternativa de la invención también el valor característico E, de modo que éste en este caso no se asocie con el valor característico SM. Según el tipo de enfriamiento de los elementos de pared deben considerarse también los flujos másicos de agente de enfriamiento, dado que en algunos casos sólo entonces puede sacarse una conclusión de la carga térmica de la pared de horno.

Además también es ventajoso que la potencia calorífica en el interior de la cuba de horno se aumente adicionalmente mediante reacciones químicas utilizando un quemador y/o una lanza, reduciéndose en función de los valores característicos M, MM, SM, E, T y G generados la potencia térmica de la reacción química mediante la reducción del suministro de combustible al quemador y/o de oxígeno a la lanza durante el tiempo necesario. En el quemador se queman en primer lugar combustibles, con lo que se suministra energía química al proceso de fusión. Para acelerar la combustión en el quemador o también otras operaciones de oxidación en el material de fusión o en la masa fundida, adicionalmente por medio de las denominadas lanzas o quemadores coherentes puede inyectase oxígeno al interior de la carga del horno.

Dado que tanto la utilización de quemadores como la utilización de lanzas conducen en última instancia a un calentamiento adicional de la carga del horno, es especialmente ventajoso incluir también estos procesos en el concepto de regulación. Para ello puede recurrirse a los valores característicos mencionados anteriormente y evaluarse de manera adecuada. A este respecto la regulación de las operaciones en quemadores y lanzas puede tener lugar ya en paralelo con las primeras regulaciones de las impedancias de fase y/o también en segundo lugar con la regulación de la reactancia adicional y/o la tensión secundaria del transformador. Ventajosamente el proceso de fusión puede controlarse aún mejor incluyendo quemadores y lanzas en el concepto de regulación.

Según una configuración especial de la invención para la regulación de quemadores y lanzas se usan los valores característicos SM de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno y/o los valores característicos MM como medida de la variación del porcentaje de material de fusión en contacto con la pared de horno. Éstos se asocian con el valor característico E de la energía térmica introducida desde la adición de la última carga de material de fusión por unidad de masa de material de fusión de la última carga. Ya se ha explicado cómo puede evaluarse esta combinación de valores característicos con respecto a la carga térmica del horno de arco eléctrico.

Según una configuración adicional de la invención pueden usarse, además de los valores característicos ya expuestos de la regulación de quemadores y/o lanzas, los valores característicos T del aumento de temperatura en la pared de horno y/o los valores característicos G. locales del gradiente de este aumento de temperatura, asociándose estos valores característicos con los valores característicos SM y MM correspondientes localmente .

Además, el objetivo se soluciona mediante una unidad de procesamiento de señales para un horno de arco eléctrico con un código de programa legible por máquina, con un código de programa legible por máquina de este tipo y con un medio de almacenamiento para un código de programa legible por máquina de este tipo, que presenta órdenes de control, que hacen que la unidad de procesamiento de señales realice un procedimiento de la manera descrita anteriormente. De esta manera puede realizarse el procedimiento descrito anteriormente de manera ventajosa automáticamente.

Detalles adicionales de la invención se describen a continuación mediante la Figura 1.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FIGURA La figura 1 muestra una vista tridimensional esquemática de un horno de arco eléctrico y un diagrama de bloques de una regulación asociada al mismo, adecuados para la realización de un ejemplo de realización del procedimiento según la invención .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Un horno 11 de arco eléctrico presenta una cuba 12 de horno, que de una manera no representada está cargada con material de fusión (chatarra) . En la cuba de horno se adentran preferiblemente tres electrodos 13 , que pueden elevarse o descenderse por medio de elementos 14 de ajuste (motores hidráulicos o de ajuste) horizontalmente a lo largo de su eje longitudinal. Los electrodos 13 se alimentan a través de un transformador 15 de horno con corriente trifásica, pudiendo asociarse cada electrodo 13 además a una reactancia 16 adicional, con la que puede generarse de manera dirigida una pérdida de potencia eléctrica. Además se representa también esquemáticamente un quemador 17, con el que mediante la combustión de un combustible puede introducirse energía química en la cuba 12 de horno. Una lanza 18 se adentra también en la cuba 12 de horno, pudiendo inyectarse gases a través de una bomba 19 en la cuba de horno y con ello en la carga del horno.

Para fundir material 20 de fusión en forma de chatarra metálica en el horno 11 de arco eléctrico, se enciende en los electrodos 13 un arco eléctrico, con lo que se genera energía calorífica en el interior de la cuba de horno. A este respecto, como ya se ha mencionado, pueden utilizarse adicionalmente como ayuda la lanza 18 y el quemador 17, para provocar un aporte de energía química a la cuba de horno. Durante la operación de fusión transcurre un proceso de regulación automático, que en lo sucesivo se explicará más detalladamente mediante el diagrama de bloques representado en la figura. El concepto de regulación según la invención hace uso a este respecto de diferentes magnitudes de entrada, cuya generación es en sí conocida. El concepto de regulación según la invención se destaca en la figura por medio de una línea 21 de rayas y puntos. Las magnitudes de entrada, que se usan en el concepto de regulación, son en detalle un valor característico SM, que indica la medida de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno de la cuba 12 de horno, un valor característico M como medida del tamaño de pieza del material 20 de fusión en el volumen de la carga del horno, y concretamente en la zona de los electrodos 13, un valor característico MM como medida de la variación del porcentaje de material 20 de fusión en contacto con la pared de horno, un valor característico E de la energía específica introducida desde la adición de la última carga de material de fusión por unidad de masa de material de fusión, un valor característico T del aumento de temperatura o en general de la carga térmica en la pared de horno y un valor característico G del gradiente de esta carga térmica (por ejemplo del aumento de temperatura) . Estas magnitudes de entrada se representan en la figura en círculos correspondientes, representando estos círculos al mismo tiempo unidades de cálculo, que a partir de los valores de medición (a este respecto en lo sucesivo más) generan las magnitudes de entrada necesarias . En general ha de indicarse además, que las conducciones para señales, a través de' las que sólo se conduce una señal, se representan mediante líneas estrechas y las conducciones para señales, a través de las que se conducen varias señales, mediante líneas anchas. Las líneas anchas pueden estar realizadas por tanto como haz de varias conducciones, que por motivos de claridad sólo se representan mediante la línea ancha. Sin embargo, también es posible realizar estas conducciones para señales, por ejemplo, mediante un bus de datos. En el caso de las señales guiadas en las conducciones para señales anchas se trata de grupos de señales, condicionadas por la construcción del horno 11 de arco eléctrico con tres electrodos y en cada caso tres unidades adicionales que van a asociarse a los electrodos tales como reactancias 16 adicionales, elementos 14 de ajuste así como sensores 22, 23. Mediante los electrodos 13 que van a activarse individualmente, en estas conducciones se requieren en cada caso señales de medición o control que discurren en paralelo.

En detalle, las magnitudes de entrada se generan de la siguiente manera. Para la medida de radiación SM preferiblemente tres sensores 22 de ruido propagado por sólidos están colocados en las paredes de horno de tal manera que cada uno de los sensores 22 mide localmente las señales acústicas que discurren en el interior de la cuba 12 de horno en la zona de influencia de uno de los tres electrodos 13. Las señales se agrupan en un módulo 24 de configuración y sirven, con la aplicación del principio de evaluación descrito anteriormente con ayuda del desarrollo en el tiempo ' de la corriente de electrodo por medio de una unidad 25 de evaluación, para generar la medida de radiación SM, la medida de tamaño de pieza M y la medida MM de la variación del sólido en contacto con la pared de horno. Además, en las zonas de influencia de los electrodos se mide la temperatura en los elementos de enfriamiento o una medida comparable para describir la carga térmica de la cuba 12 de horno por medio de los sensores 23. Los sensores 23 emiten sus señales a la unidad 26 de configuración, evaluándose las señales para generar la diferencia de temperatura T (preferiblemente como diferencia con respecto a la temperatura de salida del sistema de enfriamiento, dado el caso también como diferencia de temperatura con respecto a un valor promedio formado a partir de estos valores) y del gradiente de temperatura G. Por lo demás se calcula la energía específica E introducida por carga, recurriendo para ello a la potencia eléctrica del transformador de horno a través de la unidad 25 de evaluación así como a la potencia térmica debido al flujo másico de oxígeno en la lanza 18 y al flujo másico de combustible en el quemador 17. A este respecto se consultan adicionalmente los datos de una memoria 27, estando depositados en este caso la masa de las cargas introducidas en cada caso así como el momento de la introducción de estas cargas en la cuba 12 de horno y las temperaturas de pared existentes en este momento para el cálculo de la diferencia de temperatura T.

El sistema de regulación según el ejemplo de realización representado de la unidad de procesamiento de señales se hace funcionar con cinco reguladores diferentes I a V y cuatro módulos de cálculo VI a IX. Los reguladores están realizados preferiblemente como reguladores de lógica difusa. Los módulos de cálculo presentan cinco salidas, con las que pueden controlarse el horno de arco eléctrico y sus componentes (a este respecto en lo sucesivo más) . El regulador de lógica difusa I sirve para clasificar el estado térmico del horno. Este regulador proporciona por tanto un valor sobre cómo de crítico es actualmente el estado térmico del horno. Este valor se calcula localmente para las tres zonas de influencia térmica de los arcos eléctricos (también denominadas puntos calientes) . Para cada electrodo se sigue el desarrollo de la temperatura de los elementos de pared, que limitan con las zonas de influencia de los arcos 13 eléctricos. Se determinan estados críticos, cuando o bien la carga térmica T de los respectivos elementos de pared en sí mismos ya es muy elevada o bien debe registrarse un aumento G rápido de la carga térmica. En caso de una carga térmica reducida de los elementos de pared se establece por el contrario un estado no crítico. Para ello puede utilizarse también una medida graduada.

La información del regulador de lógica difusa I se utiliza como magnitud de entrada para el regulador de lógica difusa II (también el regulador de lógica difusa V) , que cuantifica el apantallamiento de las paredes de horno mediante material de fusión y en el desarrollo posterior del procedimiento también mediante escoria espumosa. Como magnitudes de entrada adicionales se utiliza la medida de radiación SM para las zonas de influencia térmica de los electrodos y la energía específica introducida por cesto. A partir de aquí el módulo de cálculo II calcula magnitudes de salida; éstas son en cada caso propuestas de corrección para la fase de transformador predeterminada por el programa de funcionamiento, que se alimentan al módulo de cálculo VI, propuestas de corrección para la reactancia adicional, que se alimentan al módulo de cálculo VIII y valores de corrección para las impedancias de fase de los arcos 13 eléctricos, que se alimentan al módulo de cálculo VII. Estas últimas corrigen el valor de referencia predeterminado según el programa de funcionamiento para las impedancias de fase en los arcos eléctricos, de modo que se produce una redistribución de la conversión energética y de la potencia de irradiación en los arcos eléctricos, para atenuar estados críticos en al menos una zona de influencia térmica del arco eléctrico correspondiente .

El regulador de lógica difusa III tiene en cuenta el estado del material de fusión, en particular su variación directamente bajo los electrodos (variación significa en primer lugar el movimiento de la chatarra y la existencia de la denominada chatarra fría, que durante el guiado del proceso de la operación de fusión discurre en parte de manera caótica) . Como magnitudes de entrada se usan la medida de tamaño de pieza M y la energía específica E introducida por carga. A este respecto se trata por tanto en total de cuatro magnitudes de entrada. A partir de éstas el regulador calcula propuestas de variación para las impedancias de fase, que actúan de la manera ya descrita anteriormente sobre la activación de los electrodos 13. Si, por ejemplo, se observa una fuerte variación del material de fusión bajo uno de los electrodos (por ejemplo por un deslizamiento de la chatarra fría) , entonces se proporciona un valor de propuesta en la medida en que se reduzca el valor teórico de la impedancia de fase de este electrodo. De este modo, por medio del elemento 14 de ajuste se sigue descendiendo el respectivo electrodo 13 al interior del horno, con lo que se acorta la longitud del arco eléctrico y se aumenta el aporte de energía a la chatarra en comparación con el aporte de energía a través de los otros dos electrodos 13.

El regulador de lógica difusa IV evalúa la variación de la masa del material de fusión en la pared de horno, y concretamente en las zonas de influencia térmica de los electrodos 13. Como magnitudes de entrada se utilizan la medida de la masa MM que varía y la energía específica E introducida por carga, es decir, cuatro señales de entrada. El regulador calcula como magnitudes de salida propuestas de variación para los valores teóricos de las impedancias de fase de la manera ya descrita. Por ejemplo, si se detecta una variación de masa importante en una zona de la pared de horno, entonces esto indica una caída de chatarra eventualmente inminente o ya producida con la exposición de la sección de pared. El regulador emite como señal de salida de manera preventiva que se eleve el electrodo afectado, aumentándose mediante el arco eléctrico que se alarga la impedancia de fase de este electrodo.

Con el regulador de lógica difusa V se influye en el quemador 17 y la lanza 18 y de este modo se controla la introducción de la energía química. Como magnitudes de entrada se utilizan la medida MM para la variación del porcentaje de sólidos en la pared y la medida de radiación SM, es decir, seis magnitudes de entrada. Además aún se alimentan las cuatro magnitudes de entrada adicionales de la energía específica E introducida desde la última carga así como las magnitudes de salida del regulador de lógica difusa I, es decir, cuatro magnitudes de entrada más al regulador de lógica difusa V. El regulador de lógica difusa calcula a partir de esto como magnitudes de salida propuestas de variación para el aporte de la energía química, es decir, propuestas de variación para los valores teóricos del quemador 17 y de la lanza 18.

Todas las magnitudes de salida de los reguladores de lógica difusa II a V se agrupan y procesan en los módulos de cálculo VI a IX. A este respecto, en la regulación de las magnitudes de salida en los módulos de cálculo VI, VIII y IX se consideran valores umbral para una intervención de regulador activa al igual que las histéresis correspondientes, lo que provoca la atenuación de oscilaciones de regulación del sistema de regulación y en primer lugar se produce una regulación del proceso que transcurre en el horno de fusión a través de una redistribución de la energía en los electrodos 13 mediante la elevación o el descenso de las impedancias de fase requeridas . A este respecto se trata de la magnitud de regulación que puede convertirse de la manera más sencilla sin desgaste mecánico y sin pérdida de potencia. Sólo cuando estas medidas de regulación no son suficientes para normalizar los procesos en el horno 11 de arco eléctrico y de este modo las magnitudes de entrada del sistema de regulación, se sobrepasan los valores umbral de los módulos de cálculo VI, VIII y IX y de este modo el sistema 21 de regulación inicia medidas de regulación más drásticas. La acción conjunta de los diferentes reguladores de lógica difusa y módulos de cálculo debe adaptarse individualmente para cada horno 11 de arco eléctrico y tras un ajuste provoca una reacción dinámica optimizada del aporte de energía a la variación del estado de fusión actual del material de fusión.

El modo de funcionamiento de los módulos VI a IX se describe aún más detalladamente en lo sucesivo. El módulo VI convierte los valores sin procesar continuos para la variación de las fases de transformador en un valor discreto. Con ayuda de la histéresis se evita que los conmutadores escalonados del transformador de horno tengan que conmutarse con demasiada frecuencia. Si, por ejemplo, sólo se apantalla mal una de las zonas de pared y el resto de zonas de pared están bien apantalladas, el regulador de lógica difusa II proporciona las propuestas de variación para una distribución asimétrica de energía, que en primer lugar se convierte en el módulo VII. Esto significa, que la zona de pared muy cargada desde el punto de vista térmico se descarga mediante una variación de la impedancia de fase del respectivo electrodo 13.

El módulo de cálculo VI sólo tiene una salida que actúa sobre el conmutador escalonado del transformador 15 de horno y con la que puede variarse su tensión de salida.

En el módulo de cálculo VII se usa un modelo analítico para la distribución de carga. De esta manera la energía de radiación puede redistribuirse a tiempo de partes de pared mal apantalladas de los respectivos electrodos a otros electrodos. A este respecto se agrupan las señales de los reguladores de lógica difusa II, III y IV y a partir de los mismos se calcula una redistribución adecuada de los valores teóricos para la impedancia de fase de los electrodos individuales. Para ello puede considerarse la influencia de los reguladores de lógica difusa II, III y IV según las circunstancias del horno 11 de arco eléctrico y del efecto resultante de ello de la variación de la masa determinada de manera ponderada. Una posibilidad especialmente sencilla se encuentra en la promediación de todas las salidas de señal de los reguladores de lógica difusa II, III y IV, evaluándose las señales promediadas respectivamente de cada electrodo evidentemente de manera individual. Las señales de salida del módulo de cálculo VII actúan directamente sobre un elemento 28 de control, que está previsto para los elementos 14 de ajuste y que los puede activar de manera individual.

Por medio del módulo de cálculo VIII pueden activarse las reactancias 16 adicionales, siempre que esto sea necesario (segunda regulación) . Para ello se activa un control 29 por el módulo de cálculo VIII, activando el elemento 29 de control las reactancias 16 adicionales, de las que en cada caso está prevista una por electrodo 13. De este modo puede reducirse directamente la potencia de los arcos 13 eléctricos, convirtiendo la potencia eléctrica en la reactancia 16 adicional en forma de potencia reactiva.

El módulo de cálculo IX contiene finalmente un programa, por medio del cual pueden activarse la lanza 18 y el quemador 17 (evidentemente también pueden activarse localmente varios quemadores o lanzas) . En función del valor proporcionado por el regulador de lógica difusa V puede producirse de este modo un estrangulamiento o elevación de la potencia calorífica química introducida. A este respecto también pueden desempeñar un papel magnitudes de influencia adicionales, que no se representan más detalladamente y que tienen requisitos químicos en el horno de arco eléctrico como base.

Claims (13)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para controlar una operación de fusión en un horno de arco eléctrico con al menos dos electrodos (13) , en el que mediante la evaluación de señales acústicas que discurren por el interior de una cuba (12) de horno se genera al menos un tipo de valores característicos de la distribución de material de fusión, masa fundida y escoria en la carga del horno, en particular • valores característicos (SM) como medida de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno de la cuba (12) de horno y/o • valores característicos (M) como medida del tamaño de pieza del material (20) de fusión en el volumen de la carga del horno, en particular en la zona por debajo de los electrodos (13) y/o · valores característicos (MM) como medida de la variación del porcentaje de material de fusión que se encuentra en la pared de horno, caracterizado porque • para la zona de influencia térmica de cada arco eléctrico del respectivo electrodo (13) se generan valores característicos locales, • a partir de los valores característicos locales se deducen picos de carga térmica locales existentes o inminentes en las zonas de influencia de los arcos eléctricos , • en función de los valores característicos generados se varía en primer lugar la distribución de energía entre los arcos eléctricos durante el tiempo necesario de tal manera que se atenúan los picos de carga térmica o se evita su aparición, • en función de los valores característicos generados se reduce en segundo lugar la potencia térmica de los arcos eléctricos reduciendo la tensión secundaria de un transformador (15) de horno que alimenta los electrodos (13) y/o variando la reactancia de una reactancia (16) adicional conectada en serie a los electrodos (13) durante el tiempo necesario, cuando el efecto conseguido mediante la primera variación de la distribución de energía no es suficiente o puede preverse que este efecto no será suficiente para debilitar o evitar los picos de carga térmica.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se generan los valores característicos (SM) de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno y éstos se asocian con un valor característico (E) de la energía específica introducida desde la adición de la última carga de material de fusión por unidad de masa de material de fusión de la última carga.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque adicionalmente se generan para la zona de influencia térmica de cada arco eléctrico valores característicos (T) locales de la carga térmica en la pared de horno y/o valores característicos (G) locales del gradiente de la carga térmica, y estos valores característicos (T, G) se asocian con los valores característicos (SM) locales correspondientes de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se generan los valores característicos (SM) de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno y adicionalmente se generan para la zona de influencia térmica de cada arco eléctrico valores característicos (T) locales de la carga térmica en la pared de horno y/o valores característicos (G) locales del gradiente de una variación de esta carga térmica, asociándose estos valores característicos (T, G) con los valores característicos (SM) locales correspondientes de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 ó 4, caracterizado porque los valores característicos (T) generados de la carga térmica en la pared de horno y/o los valores característicos (G) del gradiente de una variación de esta carga térmica reducen la potencia térmica de los arcos eléctricos mediante la activación de un transformador de horno y/o de una reactancia adicional durante el tiempo que estos valores característicos se encuentran por encima de un valor crítico para la pared de horno.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los valores característicos (M) del tamaño de pieza del material (20) de fusión se generan en el volumen de la carga del horno, en particular en la zona por debajo de los electrodos (13), y éstos- se asocian con un valor característico (E) de la energía específica introducida desde la adición de la última carga de material de fusión por unidad de masa de material de fusión de la última carga.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se generan los .valores característicos (MM) como medida de la variación del porcentaje de material de fusión en contacto con la pared de horno y éstos se asocian con un valor característico (E) de la energía específica introducida desde la adición de la última carga de material de fusión por unidad de masa de material de fusión de la última carga.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la potencia calorífica en el interior de la cuba (12) de horno se aumenta adicionalmente mediante reacciones químicas utilizando un quemador (17) y/o una lanza (18) , reduciéndose en función de los valores característicos generados la potencia térmica de las reacciones químicas mediante la reducción del suministro de combustible al quemador (17) y/o de oxígeno a la lanza (18) durante el tiempo necesario.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque los valores característicos (SM) de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno y/o los valores característicos (MM) se generan como medida de la variación del porcentaje de material de fusión en contacto con la pared de horno, y éstos se asocian con un valor característico (E) de la energía específica introducida desde la adición de la última carga de material de fusión por unidad de masa de material de fusión de la última carga.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque adicionalmente para la zona de influencia térmica de cada arco eléctrico se generan valores característicos (T) locales de la carga térmica en la pared de horno y/o valores característicos (G) locales del gradiente de esta carga térmica, y estos valores característicos (T, G) se asocian con los valores característicos (SM, M ) locales correspondientes según la reivindicación 9.

11. Unidad de procesamiento de señales para un horno de arco eléctrico, con un código de programa legible por máquina, que presenta órdenes de control que hacen que la unidad de procesamiento de señales inicie un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9.

12. Código de programa legible por máquina para una unidad de procesamiento de señales para un horno de arco eléctrico, presentando el código de programa órdenes de control que hacen que la unidad de procesamiento de señales realice el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9.

13. Medio de almacenamiento con un código de programa legible por máquina almacenado en el mismo según la reivindicación 12. RESUMEN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un procedimiento para controlar una operación de fusión en un horno (11) de arco eléctrico así como a una unidad (21) de procesamiento de señales, un código de programa y un medio de almacenamiento para realizar este procedimiento. Durante el procedimiento se detectan por medio de sensores (22) de ruido propagado por sólidos señales acústicas u oscilaciones del interior de la cuba (12) de horno, a partir de las cuales pueden deducirse valores característicos de la distribución de material de fusión, masa fundida y escoria en la carga del horno. En primer lugar se generan un valor característico S de la radiación térmica que incide sobre la pared de horno de la cuba, un valor característico M del tamaño de pieza del material de fusión en el volumen de la carga del horno y un valor característico M de la variación del porcentaje de material de fusión sólido en contacto con la pared de horno. Según la invención está previsto que por medio de un sistema (21) de regulación evaluando los valores característicos se varíe en primer lugar la distribución de energía en los electrodos (13) de tal manera que se atenúen los picos de carga térmica o incluso se evite su aparición. Para ello se modifican las impedancias de fase depositadas como valores teóricos. Cuando esta regulación no es suficiente, se reduce en segundo lugar la potencia térmica de los arcos eléctricos. De este modo puede realizarse un régimen de funcionamiento que actúa de manera rápida y fiable para las operaciones en el horno (11) de arco eléctrico.