MX2012009815A - Sistema para prediccion de vaciado de horno y optimizacion de lanza. - Google Patents

Abstract

Un método para fabricar acero en un recipiente que comprende proporcionar una lanza para soplar oxígeno en la superficie del acero en el recipiente, la lanza está unida a una guía de lanza y se encuentra en comunicación con un acelerómetro, el acelerómetro está en comunicación por señal con un módulo de obtención de datos y un computador, cargando el recipiente con materiales para fabricar acero; bajando la lanza hacia el interior del recipiente e inyectando oxígeno en los materiales; obteniendo una señal a partir del acelerómetro que es indicio de la vibración de lanza; procesando la señal de vibración a fin de determinar las frecuencias del componente de la vibración de lanza; comparando los niveles de las frecuencias del componente para los valores de operación deseados; y ajustando al menos un parámetro de proceso para fabricar acero basado en el nivel de al menos una de las frecuencias del componente. El parámetro correspondiente al proceso para fabricar acero que va a ser ajustado puede ser la tasa de flujo de oxígeno a través de la lanza.

Description

SISTEMA PARA PREDICCION DE VACIADO DE HORNO Y OPTIMIZACION DE LANZA Campo de l Invención Se refiere al control de un horno de oxígeno básico en la fabricación de acero y, de manera más particular, a la optimización de la tasa de flujo del oxígeno de la lanza, el pronóstico y/o detección del vaciado y la determinación del punto final de una cantidad de acero.

Antecedentes de la Invención En el proceso de fabricación de acero con oxígeno básico soplado en la parte superior, un recipiente es cargado con una aleación de hierro saturado con carbono líquido referido como metal caliente, chatarra de acero y flujos que proporcionan CaO y MgO al proceso. Una lanza refrigerada con agua es insertada en el recipiente a través del cual se inyecta el oxígeno a velocidades supersónicas. La lanza tiene al menos una abertura y a menudo múltiples aberturas en la punta a través de las cuales sale el oxígeno y golpea la superficie de la carga. El oxígeno reacciona con los componentes de carbono y metálicos de la carga; y el calor se genera mediante las reacciones exotérmicas. Con el tiempo, el oxígeno reacciona químicamente y oxida substancialmente todo el silicio y el aluminio que estuviese presente en la forma metálica en la carga.

Ref.: 232390 Además , la mayor parte del carbono en la carga se oxida y el acero bruto acabado tiene un contenido de carbono entre aproximadamente 0,02% y alrededor de 0,06%, en cuya concentración el acero líquido se refiere como baño plano. En la medida que el carbono se aproxima a este nivel bajo, el oxígeno también reaccioná con manganeso y hierro en la carga. En la condición de baño plano, gran parte del manganeso se oxida y se presenta como nO en la escoria. También en el baño plano, el hierro es oxidado a un extremo que alcanza un equilibrio con la concentración de oxígeno en el acero. Por ejemplo, el contenido de oxígeno en el acero puede alcanzar aproximadamente 0,08% con la concentración de óxido de hierro en alrededor de 28% en la escoria ante la conclusión del proceso de soplado. La escoria se forma mediante la disolución de los componentes de óxido uno dentro del otro y puede tener aproximadamente 40% de CaO, 26% de FeO, 10% de Si02, 10% de MgO, 5% de A1203 , 5% de MnO y algunos otros componentes menores que logran el balance.

Esta escoria puede actuar de manera beneficiosa al momento de remover el fósforo y otras impurezas del acero. El proceso de oxidación, generación de calor y refinado es complejo, por lo cual es monitoreado y controlado por lo general mediante un modelo de proceso. El modelo de proceso intenta tomar en cuenta el equilibrio másico, el equilibrio térmico, las reacciones termodinámicas y las velocidades cinéticas para predecir el punto final y lograr el resultado deseado en el menor tiempo y con el menor costo posible. Muchos factores que no pueden ser medidos de manera exacta tienen influencia en el proceso y, por lo tanto, el modelo de proceso por lo general es inadecuado al momento de causar un resultado deseado siempre. Como resultado, algunas veces se requiere un resoplado para ajustar la química o la temperatura del acero final. Esto es consumidor de tiempo costoso. Además, el proceso puede causar el vaciado de la carga y la expulsión del acero, lo cual da como resultado pérdida de rendimiento y es costoso. El vaciado es una oscilación de la carga de un lado al otro dentro del recipiente, de manera tal que la carga avance y se aleje de las partes opuestas de la pared del recipiente. Cuando el vaciado se vuelve extremo, la carga puede oscilar en el borde superior del recipiente, dando como resultado una expulsión de acero fundido y escoria desde allí.

Existen muchos factores que pueden influir. en el vaciado y la expulsión de material desde el horno de oxígeno básico, comúnmente referido como BOF . Entre ellos se encuentran la tasa de inyección de oxígeno, el contenido de silicio de la carga, la altura de la lanza sobre el baño, el volumen del baño en comparación con el volumen disponible en el BOF, la proporción en cuanto a la forma y el aspecto del BOF interior, la temperatura del baño, el grado hasta el cual el compuesto de monóxido de carbono (CO) se oxida adicionalmente hasta C02/ el desgaste de las aberturas correspondientes a la punta de lanza, la forma y la estabilidad de la cavidad formada por la fuerza de impacto del oxígeno, el grado de emulsificación de las fases metálicas y, de óxido; además de la composición química de la escoria.

El problema de expulsión de material debido al vaciado dentro del horno es bien conocido en la técnica y han existido muchos intentos por caracterizar y mitigar este problema. Se ha observado que el vaciado comienza en aproximadamente 30% hasta alrededor de 60% a través del período de soplado de oxígeno después que el silicio en la carga . se oxide y la escoria se vuelva fluida y la tasa de generación de CO esté cerca de su punto máximo. En la Patente de Estados Unidos N° 5.584.909, Kim enseña a reducir la tasa de soplado de oxígeno y la altura de la lanza sobre el baño cerca del período de. generación de CO máximo, a fin de evitar el vaciado. Mientras esto puede ser efectivo, puede retrasar el proceso y limitar las tasas de producción. Además, el tiempo en el cual se necesitan implementar las acciones para reducir la tasa de soplado y la altura de la lanza son variables y no se conocen bien.

Otro método para mitigar el vaciado radica en intentar controlar la química de la escoria dentro del BOF. Por ejemplo, se cree que el óxido de hierro en exceso se puede formar cuando la penetración al baño mediante el chorro de oxígeno no es lo suficientemente profundo. El óxido de hierro en exceso puede influir en la química de la escoria y puede aumentar la cantidad de vaciado. En la Patente de Estados Unidos N° 4.473.397, Bleeck, et al., enseña la adición de carburo de calcio a la escoria dentro del BOF en la medida que comienza el vaciado para reducir el contenido de FeO en exceso, reduciendo de ese modo el grado de vaciado. El carburo de calcio reactivo es costoso y la cantidad efectiva puede ser variable. Además, el tiempo óptimo de adición puede que no se conozca, de modo que el reactivo se puede consumir antes del tiempo que realmente se necesita. Por esta y otras razones, este método no se usa comúnmente en la técnica.

El comienzo del vaciado por lo general está precedido por una elevada tasa de generación de gas hacia la escoria que causa la formación de espuma y la subida de la escoria hacia la parte de arriba del recipiente del BOF. Por lo tanto, se cree que si el nivel de la escoria dentro del recipiente puede ser monitoreado, entonces se puede predecir el comienzo del vaciado.' Hasta este punto, en la Patente de Estados Unidos N° .4.210.023, Sakamoto et al., enseña el uso de un aparato que mide microondas a fin de determinar la altura de la escoria espumante dentro del recipiente del BOF. En la práctica, el dispositivo microondas es difícil de mantener debido al entorno hostil dentro del recipiente del BOF. En la Patente de Estados Unidos N° 5.028.258, Aberl et al., enseña el uso de dispositivos captadores de sonido para monitorear el sonido que emana del recipiente del BOF. El oxígeno que se sopla sobre la carga genera un sonido, el cual se ve atenuado por la escoria en la medida que hace espuma y se levanta hasta la longitud de la lanza. Aberk et al., ha establecido una correlación entre la cantidad de atenuación para el nivel de la escoria en la medida que se levanta dentro del recipiente, de modo que la acción de mitigación se podría tomar antes del comienzo del vaciado. En la práctica, existen muchos aspectos que pueden influir en la velocidad, frecuencia o intensidad del sonido que alcanza el dispositivo captador, incluyendo los niveles de generación de polvo y temperatura. Como resultado de ello, la exactitud y eficacia de este método puede que no sea suficiente. Además, los dispositivos captadores son propensos a la falla debido al entorno hostil en el cual se instalan.

Un aspecto de vaciado dentro del recipiente del BOF es la vibración del recipiente y la lanza debido a la velocidad de la carga durante el vaciado. La velocidad puede causar una vibración importante tanto en el ensamble de la lanza como en el recipiente. En la Patente de Estados Unidos N° 4.398.948, Emoto et al., enseña el monitoreo del movimiento horizontal de la lanza del BOF con un acelerómetro . La acción de vaciado dentro del horno hace que la escoria impacte la lanza que provoca un movimiento horizontal y el grado de esta aceleración de lanza horizontal guarda correlación con el grado de vaciado dentro del horno. Como este método es simple y efectivo, se asocian algunos problemas con el mismo. La aceleración horizontal del eje individual algunas veces es insuficiente para indicar el grado de vaciado debido al ángulo de impacto y variación de velocidad en la lanza en el horno. La cantidad de vaciado medido no se relaciona con la cantidad de material expulsado del horno o con la pérdida de unidades de hierro. Por lo tanto, no está determinado con exactitud cuando tomar medidas de mitigación contra el vaciado. De ese modo, el método no predice el vaciado, en lugar de ello es indicio de casos de vaciado ya en proceso.

¦ Sin querer estar vinculado a alguna teoría en particular, los solicitantes han determinado que existe una frecuencia de interés para monitorear la vibración de lanza que es indicio del impacto del chorro de oxígeno hacia la cavidad de impacto. La intensidad de esta vibración se ve atenuada en la medida que la escoria espumante alcanza la longitud de la lanza de oxígeno. Al monitorear dos frecuencias, una más elevada que es indicio, de la vibración causada por el choque de oxígeno dentro de la cavidad de impacto y una más baja que es indicio de la vibración de la lanza debido al impacto por la carga de vaciado, se recolecta más información útil. (Este concepto fue presentado en la Asociación para la Conferencia de Tecnología de Hierro y Acero 2005 en Charlotte, Carolina del Norte en un documento titulado "Detección de Vaciado del Recipiente" , escrita en colaboración con los actuales inventores) .

Se encontró que la atenuación en amplitud del intervalo de alta frecuencia precedía y era indicio del vaciado inminente evidenciado po el aumento de amplitud en el intervalo de baja frecuencia. Esto fue un hallazgo importante, ya que la acción de mitigación ahora se puede llevar a cabo antes del comienzo real del vaciado y su efectividad puede ser medida al monitorear la intensidad del vaciado al mismo tiempo. No obstante, aún existen deficiencias en el método como se presentara en el documento de la referencia. No existe un indicio absoluto que relacione la intensidad de vaciado con el tiempo y la cantidad de material expulsado del horno. Existen algunos niveles aceptables de vaciado en todas las operaciones y existe el deseo de minimizar el tiempo del proceso y, por lo tanto, maximizar la tasa de soplado de oxígeno. No obstante, el método del documento antes mencionado no hace referencia respecto a qué nivel de vaciado es aceptable con el interés de maximizar la producción de acero, mientras simultáneamente minimiza el costo. Además de lo antes señalado, para el mejor conocimiento de los solicitantes, no existe una correlación cuantitativa desarrollada entre la tasa de soplado de oxígeno, la altura de la lanza y el vaciado en la técnica conocida.

Aún existe la necesidad de un aparato y un método para la fabricación de acero en un horno de oxígeno básico que pueda detectar el comienzo del vaciado y luego ajustar las condiciones del proceso para evitar el vaciado que causa la expulsión de acero del recipiente, mientras al mismo tiempo se mantiene la química deseada de. la carga y el rendimiento de conversión para el acero final listo para una colada. Existe una necesidad adicional de un aparato y un método para la fabricación de acero en un horno de oxígeno básico que pueda detectar en forma más confiable el punto final del proceso de fabricación de acero, de manera tal que no se introduzca un contenido de oxígeno excesivo en el acero.

Breve Descripción de la Invención En consecuencia, las modalidades preferentes de la • presente invención están provistas de manera tal que cumplan al menos con uno o más de los siguientes objetivos de la presente invención.

Un objetivo de la presente invención radica en monitorear la vibración de lanza del BOF en los tres ejes, incluyendo el vertical y horizontal, y en una pluralidad de frecuencias, incluyendo los intervalos que son indicio de un impacto de vaciado en la lanza y intervalos que son indicios de la energía disipada por el flujo del chorro de oxígeno a través de la lanza y los intervalos que son causados por el impacto del chorro de oxígeno sobre la superficie del baño.

Otro objetivo de la invención radica en representar la región alrededor o bajo el recipiente del BOF para registrar el material expulsado del recipiente y conducir el análisis de imagen a fin de determinar la cantidad relativa de material expulsado y establecer una correlación entre el tiempo y la cantidad de material expulsado con el aumento o disminución observada en la vibración en los intervalos de frecuencia de interés.

Un objetivo adicional de la invención radica en monitorear la vibración de la lanza que es causada por el chorro de oxígeno que fluye a través de la misma y que la abandona a través de las aberturas de la punta de lanza y hacia la cavidad formada por el impacto del chorro; además de usar la amplitud de esa vibración para ajustar la tasa del flujo de oxígeno a través de la lanza a un nivel óptimo.

Otro objetivo de la invención radica en monitorear la vibración de la lanza que es causada por la energía rebote del chorro de oxígeno en la medida que es desviada hacia la lanza después de impactar la superficie del baño y usar esta información para indicar el aumento elevado de escoria y los inminentes casos de vaciado.

Aún otro objetivo de la invención radica en monitorear la vibración de la lanza correspondiente al impacto del chorro de oxígeno sobre la superficie del baño y establecer una correlación entre esa vibración y la cantidad relativa de carbono en el acero y, de ese modo, predecir el punto final del proceso de soplado de oxígeno, reduciendo de esa manera el requerimiento de resoplado.

De manera más específica, la presente invención cumple con la necesidad antes mencionada con respecto al vaciado en el recipiente para fabricar acero al proporcionar un método para fabricar acero en un recipiente que comprende proporcionar una lanza para soplar oxígeno en la superficie del acero en el recipiente, la lanza unida a una guía de lanza y en comunicación con un acelerómetro, el acelerómetro en comunicación por señal con un módulo de obtención de datos y un computador; cargando el recipiente con los materiales para la elaboración de acero; bajando la lanza hacia el recipiente e inyectando oxígeno a los materiales; adquiriendo una señal del acelerómetro que es indicio de la vibración de lanza,- procesando la señal de vibración para determinar las frecuencias del componente correspondiente a la vibración de la lanza; comparando los niveles de las frecuencias del componente con los valores de operación deseados; y ajustando al menos, un parámetro de proceso para fabricar acero basado en el nivel de por lo menos una de las frecuencias del componente. El parámetro del proceso para fabricar acero que debe ser ajustado puede ser la tasa de flujo del oxígeno a través de la lanza. El acelerómetro puede ser un acelerómetro de tres ejes o, de manera alternativa, la lanza puede estar provista con tres acelerómetros de ejes individuales que miden la aceleración a través de tres ejes ortogonales.

Según la invención, se proporciona además un método para fabricar acero en un recipiente en donde se detecta un caso de vaciado incipiente. El método comprende proporcionar una lanza para soplar oxígeno en la superficie del acero en el recipiente, la lanza unida a una guía de lanza y en comunicación con un acelerómetro, el acelerornetro en comunicación por señal con un módulo de adquisición de datos y un computador; cargando el recipiente con materiales para la fabricación de acero; bajando la lanza hacia el recipiente e inyectando oxígeno en los materiales; adquiriendo una señal del acelerómetro que es indicio de la vibración de lanza; procesando la señal de vibración a fin de determinar las frecuencias del componente de la vibración de lanza; comparando el promedio a largo plazo de la señal de vibración con un promedio a corto plazo de la señal de vibración, determinando si el valor absoluto de la señal promediada a corto plazo ha disminuido por debajo de un primer umbral predeterminado; y si el valor absoluto de la señal promediada a corto plazo ha disminuido por debajo del primer umbral predeterminado, produciendo una primera señal que es indicio de un vaciado incipiente en el recipiente. El método puede incluir además determinar si el valor absoluto de la señal promediada a corto plazo ha disminuido por debajo de un segundo umbral predeterminado y, de ser así, producir una segunda señal que es indicio de un acontecimiento de vaciado en el recipiente. El método puede incluir además ajustar al menos un parámetro del proceso para fabricar acero a fin de detener el vaciado. El parámetro del proceso puede ser una tasa de flujo del oxígeno a través de la lanza y/o la posición de la lanza en el recipiente. El acelerómetro puede ser un acelerómetro de tres ejes o tres acelerómetros de ejes individuales, como se describiera antes.

Según la invención, también se proporciona un método para fabricar acero en un recipiente en el cual se detecta un nivel umbral del contenido de oxígeno en el acero. El método comprende proporcionar una lanza para soplar oxígeno en la superficie del acero en el recipiente, la lanza unida a una guía de lanza y en comunicación con un acelerómetro, el acelerómetro en comunicación por señal con un módulo de obtención de datos y un computador; cargando el recipiente con los materiales para la fabricación de acero; bajando la lanza hacia el recipiente e inyectando oxígeno hacia los materiales; adquiriendo una señal desde el acelerómetro que es indicio de la vibración de lanza; procesando la señal de vibración para determinar las frecuencias del componente correspondiente a la vibración de lanza comparando el promedio a largo plazo de la señal de vibración con un promedio a corto plazo de la señal de vibración,- determinando si la señal de vibración promediada a corto plazo ha excedido un umbral predeterminado que es indicio del nivel de oxígeno en el acero; y de serlo, produciendo una primera señal que es indicio del contenido de oxígeno en el acero. El método puede incluir además determinar el grado' hasta el cual la señal de vibración promediada a corto plazo ha excedido el valor umbral predeterminado, y establecer una correlación entre el grado hasta el cual la señal de vibración promediada a corto plazo ha excedido el valor umbral predeterminado y el contenido de oxígeno en el acero. El método puede incluir además determinar si el valor absoluto de la señal promediada a corto plazo ha comenzado a disminuir después de alcanzar el umbral predeterminado, y de ser así, producir una segunda señal que es indicio de un contenido excesivo de oxígeno en el acero. El método puede incluir además poner término a la inyección de oxígeno a través de la lanza después que se haya alcanzado el umbral predeterminado que es. indicio del nivel de oxígeno. El acelerómetro puede ser un acelerómetro de tres ejes o tres acelerómetros con ejes individuales como se describiera antes.

Según la invención, también se proporciona un aparato para fabricar acero. El aparato está compuesto por un recipiente y una lanza dispuesta, en el recipiente y configurada para soplar oxígeno sobre la superficie del acero en el recipiente. La lanza se une a una guía de lanza que comprende un acelerómetro de tres ejes y un acelerómetro se encuentra en comunicación por señal con un módulo de obtención de datos y un computador.

Se debe entender que los métodos antes citados para fabricar acero no son mutuamente exclusivos y que los métodos pueden ser combinados a fin de lograr un proceso de fabricación de acero óptimo en donde se evite el vaciado excesivo y el contenido óptimo de oxígeno del acero se logre en el menor tiempo de proceso posible.

Breve Descripción de las Figuras La presente revelación será provista con referencia a las siguientes figuras, en las cuales los números similares se refieren a elementos similares, y en las cuales: La FIGURA 1 corresponde a una ilustración esquemática de un horno de oxígeno básico para fabricar acero y un sistema para monitorear y controlar el horno; La FIGURA 2 corresponde a una carta de flujo de un primer método para fabricar acero según la presente invención La FIGURA 3 corresponde a una carta de flujo de un segundo método para fabricar acero según la presente invención; y La FIGURA 4 corresponde a una carta de flujo de un tercer método para fabricar acero según la presente invención La presente invención será descrita en conjunto con una modalidad preferida, no obstante, se entenderá que no existe intención de limitar la invención a la modalidad preferente descrita. Por el contrario, el propósito radica en cubrir todas las alternativas, modificaciones y equivalentes ya que pueden ser incluidas dentro del espíritu y el alcance de la invención, como se define a través de las reivindicaciones anexadas .

Descripción Detallada de la Invención Para una comprensión general de la presente invención, se hace referencia a las figuras. En las figuras, los números de referencia similares han sido usados de principio a fin para designar elementos idénticos. Además, en esta descripción, todas las composiciones de material expresadas como porcentajes se encuentran en porcentaje en base al peso.

Ahora con referencia a la FIGURA 1, se proporciona un recipiente del horno de oxígeno básico 5 dentro del cual se coloca una carga compuesta de metal caliente líquido, chatarra y flujos. Una lanza de oxígeno 3 se mantiene mediante una guía de lanza 4, que baja la lanza 3 hacia el recipiente 5. El oxígeno es inyectado a través de la lanza de oxígeno 3, saliendo por las aberturas (no se muestran) en la parte del fondo 22 de la lanza 3 a una velocidad supersónica, creando de ese modo una cavidad 24 en la carga debido a la fuerza del impacto. La carga se convierte en acero líquido 7 y escoria 6 mediante las reacciones químicas y el calor generado dentro del recipiente 5. El proceso crea turbulencia dentro del recipiente 5 y la escoria 6 puede aumentar en volumen debido a la generación de gas a través de las reacciones químicas. La escoria 6 se mueve dentro del recipiente 5 y puede impactar la lanza 3 con intensidad variable .

Durante el proceso de fabricación de acero, se aplicaron diversas fuerzas a la lanza 3 y, de ese modo, a la guía de lanza 4 mediante la cual se soporta la lanza. La aceleración de la lanza de oxígeno correspondiente al recipiente del BOF que resulta de estas fuerzas es monitoreada por un acelerómetro 1, que se encuentra en comunicación con la lanza 3 en virtud tanto de la lanza 3 como del acelerómetro 1 que está unido de manera rígida a la guía de lanza 4. (De manera alternativa, la lanza 3 puede estar en comunicación con tres acelerómetros de eje individual que miden la aceleración a través de tres ejes ortogonales) . Esta aceleración se usa para pronosticar y medir el vaciado dentro del horno 5, la estabilidad de la cavidad 24 formada por el impacto del oxígeno descargado a través de la lanza 3, la conveniencia de la tasa de flujo del oxígeno a través de la lanza 3 y el enfoque hacia el baño plano durante el proceso de descarburación mediante lo cual se predice el punto final del soplado. Todos estos parámetros se relacionan y se puede obtener una pluralidad de información al monitorear la intensidad de la vibración de la lanza.

Además, la tasa de flujo de oxígeno óptima puede ser aplicada usando el aparato y los métodos de la invención, que reduce la tendencia al vaciado, reduce la tasa de desgaste de la punta de lanza y las aberturas de expulsión de oxígeno; además acelera el proceso de descarburación. Más aún, se predice e.1 vaciado y se mide el grado de vaciado, además se relaciona con la cantidad de material expulsado del recipiente 5.. Las mediciones de mitigación se pueden aplicar como una respuesta a la medición de vibración (llevadas a cabo usando el acelerómetro 1) que exceden ciertos umbrales que indican el vaciado severo e incipiente además del material expulsado. El enfoque al baño plano y la descarburación del punto final pueden ser monitoreados y se pueden usar para supervisar el modelo de carga del BOF, evitando de ese modo que el oxígeno prematuro se corte y se logre el requerimiento posterior de resoplado o la excesiva oxidación del baño después de la descarburación deseada.

La lanza de oxígeno 3 se une y queda en comunicación con la guía de lanza 4 y la vibración de la lanza 3 es transferida efectivamente a la guía de lanza 4. La guía de lanza 4 se encuentra en un entorno relativamente seguro lejos del calor excesivo y el polvo creado en el proceso del BOF. Por lo tanto, la vibración de la lanza 3 es monitoreada mediante la colocación del sensor del acelerómetro 1 sobre la guía de lanza 4. El sensor .1 corresponde a un acelerómetro de tres ejes que puede monitorear la vibración de la guía de lanza 4 y, por lo tanto, la lanza 3, en las tres direcciones ortogonales . El sensor 1 puede ser un acelerómetro piezoeléctrico con circuito integrado de tres ejes con una sensibilidad de 100 mV/g. El acelerómetro puede tener una sensibilidad de entre 100 y 1000 mV/g, dependiendo de la masa de la lanza.

El acelerómetro 1 se encuentra en comunicación de señal eléctrica mediante un cable 17 con un módulo de obtención de datos 18 y un computador 11 que comprende una unidad de procesamiento central (no se muestra) . De manera alternativa, el acelerómetro 1 puede estar en comunicación inalámbrica con el módulo de obtención de datos 18 y un computador 11. La señal de vibración análoga del acelerómetro 1 es analizada a través del módulo de obtención de datos 18, digitado y comunicado a través del cable 19 hasta la unidad de procesamiento central del computador 11, donde se separa hacia los intervalos de .frecuencia usando la Transformación de Fourier.

Se identifican tres intervalos de frecuencia de interés. El primero corresponde a un intervalo de frecuencia bajo que se crea mediante el impacto de la carga del horno 6/7 contra la lanza 3. Esta región de interés se encuentra por lo general en el intervalo de 4 hasta 500 Hz . Se identifican otras vibraciones no relacionadas con el vaciado de la escoria 6 dentro del horno 5, tal como el ruido de baja frecuencia causado por vibraciones de construcción y el ruido eléctrico característico en la electrónica escasamente aislada que se encuentran alrededor de 60 Hz y estos se eliminan a partir del intervalo de interés.

El segundo intervalo de frecuencia vibratoria de interés se encuentra entre aproximadamente 500 hasta 5000 Hz y por lo general se encuentra en el intervalo más limitado de aproximadamente 3000 hasta 4000 Hz . Aunque no se desea estar vinculado a alguna teoría en particular, los solicitantes creen que las vibraciones en este intervalo de frecuencia de interés corresponden a la vibración de la lanza 3 causada por el flujo de oxígeno bajo la lanza 3 y que sale por las aberturas de la lanza. La amplitud de esta vibración se ve influenciada por la contrapresión dentro de la región entre la punta de lanza 22 y la cavidad 24 formada por el chorro de oxígeno que impacta sobre la superficie del baño. Cuando se forma una cavidad estable bajo la lanza, la contrapresión puede estabilizar la lanza 3 y disminuir la intensidad de vibración en esta región de interés. Si la lanza 3 se encuentra muy lejos del baño 6/7 o si la tasa del flujo de oxígeno es demasiado baja, el efecto de estabilización disminuye y la intensidad de vibración aumenta. Como con el intervalo de interés de baja frecuencia, las vibraciones externas en el intervalo de interés de alta frecuencia se identifican y eliminan a partir de la medición. Por ejemplo, si la lanza de oxígeno 3 es agua refrigerada, la agua refrigerada que fluye a través de la lanza 3 puede causar una-vibración importante en las frecuencias que pueden incluir aquellas en la región de interés. Éstas se identifican y eliminan a partir de la medición de control.

Se identifica un tercer intervalo de frecuencia de interés que se cree que es causado por el efecto de eco o rebote del chorro de oxígeno en la medida que se recupera de la cavidad 24 e impacta la punta de lanza 22. Este tercer intervalo de frecuencia de interés también se encuentra en el intervalo alrededor de 500 hasta 5000 Hz y es a menudo un subconjunto del intervalo de frecuencia que comprende el segundo intervalo de interés descrito. Se ha encontrado que el aumento en la tasa de generación de gas y el incremento correspondiente en la altura de la espuma atenúan el impacto del chorro que rebota contra la punta de lanza 22. Por lo tanto, la amplitud de este tercer intervalo de frecuencia puede ser usada para indicar la probabilidad de aumento de un vaciado incipiente.

Las amplitudes en cuanto a la vibración están integradas dentro de cada región de interés a fin de que correspondan a señales de vibración de lanza con frecuencias baja y dos altas. La señal de vibración de lanza de baja frecuencia corresponde al tiempo promedio y establece una correlación entre el grado de vaciado dentro del recipiente. (En la FIGURA 1, el vaciado se ilustra esquemáticamente mediante las flechas bidireccionales 26 y 28) . El umbral de vaciado severo se. establece a un nivel que corresponde con algún material expulsado del horno. Se usa una cámara 9 para representar un área alrededor del recipiente del BOF a fin de determinar la cantidad de expulsión de material relativa durante el proceso de soplado de oxígeno. Por ejemplo, la cámara 9 puede representar el área de depósito 8 por debajo del horno 5 hacia el cual puede caer el material expulsado o puede representar la boca 30 del recipiente 5 a partir de donde el material puede proyectarse hacia arriba y hacia fuera. En cualquier caso, la cámara 9 se encuentra en comunicación por señal mediante el cable 20 con el computador 11. El computador 11 lleva a cabo un análisis de imágenes a partir de la cámara 9 y calcula la severidad expulsión del material a partir de las imágenes .

El material expulsado por lo general es una emulsión de escoria y metal a alta temperatura y, de ese modo, aparece muy brillante en la imagen de la cámara. El brillo de la imagen puede ser medido en una unidad de tiempo y luego integrado con el tiempo para el período completo de soplado. El brillo instantáneo es indicio de la severidad de cualquier caso de expulsión en particular y el brillo integrado es indicio de la cantidad de vaciado total durante el proceso de soplado en ese grupo en particular de acero. El índice de vaciado absoluto como se mide por la amplitud de vibración normalizada en la región de baja frecuencia de interés puede establecer una correlación entre la severidad de vaciado. Esto se debería llevar a cabo, de preferencia, para cada grupo de parámetros del proceso, ya que la relación de índice de vaciado con respecto a la cantidad de material expulsado puede variar de alguna manera con la química de la escoria, el peso total de la escoria, la temperatura, peso de la carga y geometría interior del horno.

Se puede usar un análisis multivariado para identificar los parámetros del proceso y su efecto en la relación entre el índice de vaciado y la tasa de expulsión de material. Esto se puede incorporar en el modelo de proceso del BOF para escalar el índice de vaciado e identificar los . umbrales sobre los cuales se requieren las mediciones de mitigación. Una pantalla de interfaz del operador 13 (o pantalla ubicada en forma remota 14) indica el índice de vaciado durante el proceso y un operador (no se muestra) es alertado en caso de que el vaciado se vuelva muy severo como se indica al exceder el umbral calculado. Las medidas de mitigación tal como disminuir la tasa de flujo de oxígeno, elevar la lanza de oxígeno 3, aumentar la postcombustión o agregar piedra caliza refrigerante, luego se inician para disminuir el vaciado.

La primera señal de vibración de lanza de alta frecuencia es promediada en el tiempo y establece una correlación entre la estabilidad de la lanza/sistema de cavidad. Una vez más, sin desear estar vinculado a ninguna teoría en particular, los solicitantes han encontrado que la cavidad estable 24 con suficiente contrapresión sobre la punta de lanza 22 da como resultado una atenuación de la intensidad de vibración causada por el flujo de oxígeno bajo la lanza 3 y a través de las aberturas de la punta de lanza. Para una altura de lanza determinada, desgaste del agujero correspondiente a la abertura y configuración de abertura, existe una tasa de flujo de oxígeno óptima que crea una cavidad estable 24 hacia la cual fluye el oxígeno, creando una zona de reacción óptima con el desgaste de impacto mínimo en la punta de lanza 22.

Si el flujo de oxígeno es disminuido por las condiciones dadas, la cavidad 24 fluctúa y la contrapresión en la punta de lanza 22 es variable. Esto crea la posibilidad de que la escoria 6 y el metal 7 salpiquen la punta de lanza 22, creando desgaste. Además de lo antes señalado, una cavidad menos estable 24 permite una sobre-oxidación de hierro con respecto al carbono restante en el baño 6/7, ya que la tasa de transferencia de la masa se ve influenciada negativamente. Esta sobre-oxidación aumenta la probabilidad de una formación de espuma excesiva y un posterior vaciado en el recipiente 5.

Si la tasa de flujo de oxígeno aumenta más allá de la cantidad óptima, podría causar salpicadura de metal 7 y falla de la cavidad de reacción 24 debido a la fuerza excesiva y caótica. Mientras el impacto en la tasa de reacción puede no ser importante en este caso, el desgaste en la punta de lanza 22 probablemente será excesivo. Por estas razones, establecer la tasa de flujo de oxígeno óptima es importante. La tasa de flujo de oxígeno óptima disminuirá en la medida que la lanza 3 sea bajada más hacia la superficie de baño. La tasa de flujo de oxígeno óptima aumentará en la medida que las aberturas de lanza se desgasten con el uso. No obstante, en todos los casos observados, la tasa de flujo de oxígeno óptima se puede establecer al monitorear la . señal de vibración en esta región de frecuencia de interés .

El otro factor que puede influir en la estabilidad de la cavidad de impacto 24 es la tensión superficial del baño de acero. Como el carbono es removido y el oxígeno disuelto aumenta, la tensión superficial del acero se reduce y la cavidad 24 se vuelve menos estable para un grupo dado de condiciones de proceso. La desestabilización de la cavidad 24 se lleva a cabo en, la amplitud de la vibración aumentada en el intervalo de alta frecuencia. Esto sucede próximo al extremo del proceso, cerca de la condición de baño plano. A la fecha, el vaciado ha descendido y la lanza 3 ha sido optimizada, se puede establecer una correlación reproducible entre él nivel de oxígeno en el acero 7 y la intensidad vibratoria en aumento. Por supuesto, el nivel de carbono en el acero 7 se relaciona con el oxígeno, de modo que es posible la determinación del punto final a través de este método. Existe una elevación característica en la amplitud de vibración de la lanza 3 que comienza cuando la concentración de carbono en el baño es de aproximadamente 0, 06% y continúa hasta que el contenido de carbono es de alrededor de 0,03%. La correlación depende de la relación entre el contenido de oxígeno y el contenido de carbono para las condiciones particulares del montón de acero 7 en el recipiente 5. Esta relación a menudo se expresa en la técnica como el producto de la reacción de oxígeno - carbono, que tiene por lo general valores entre 20 y 30. Es decir, el porcentaje de carbono en el acero 7 multiplicado por las partes por millón de oxígeno en el acero 7 por lo general produce un valor de aproximadamente 25 más o menos 5 dependiendo de los parámetros del proceso. Usando este método, la intensidad de vibración en el intervalo de alta frecuencia de interés puede ser ingresada al modelo de proceso y usada para predecir el punto final del lote en conjunto con otros parámetros tales como la proporción . CO/C02, temperatura, masa y balances energéticos .

La segunda señal de vibración de . lanza de alta frecuencia tiene un tiempo promedio y establece una correlación entre las condiciones que indican la alta probabilidad de casos de vaciado incipiente. Antes del comienzo del vaciado, el grado de formación de espuma de la escoria en el recipiente 5 puede aumentar rápidamente. Ya que la tasa de generación de gas en la cavidad 24 aumenta' y la escoria espumante llega hasta la longitud de la lanza 3, la señal de vibración causada por el rebote del chorro de oxígeno que impacta la lanza 22 se ve atenuada. Esta atenuación es particularmente frecuente en el intervalo de alta frecuencia de interés. En la etapa de proceso donde por lo general ocurre el vaciado, después que la tasa de flujo de oxígeno ha sido optimizada y la altura de la lanza es constante en la posición deseada, una atenuación de la segunda amplitud de alta frecuencia es indicio del posible comienzo de vaciado. Un nivel de umbral se establece empíricamente y si la señal cae por debajo del nivel de umbral que indica el vaciado incipiente, el operador es alertado y se aplican las medidas de mitigación. Las medidas de mitigación pueden incluir la elevación de la lanza 3 y la disminución de la tasa de flujo de oxígeno. Una vez que la intensidad de vibración aumente nuevamente sobre el umbral, se puede volver a aplicar la posición de lanza óptima y el flujo de oxígeno.

EJEMPLOS Los siguientes ejemplos de los aspectos de la invención se proporcionan para propósitos ilustrativos y no deben ser interpretados como limitantes de la invención al aparato y métodos descritos aquí.

EJEMPLO 1: Optimización de la tasa de flujo del oxígeno de la lanza Un recipiente del BOF 5 fue cargado con metal caliente fundido, chatarra y flujos. Después de cargar el horno 5, el horno 5 fue girado a la posición vertical y una lanza 3 fue bajada hacia el recipiente 5. El oxígeno fue inyectado a través de la lanza 3 y su fuerza de impacto cuando salió de las aberturas de la lanza en la punta 22 formó una cavidad 24 en la superficie de la carga 6/7. Como el oxígeno fue inyectado durante el proceso, se llevó a cabo la remoción del carbono y la formación de una escoria líquida 6.

Un acelerometro piezoeléctrico con circuito integrado de tres ejes 1 fue montado en la guía de lanza 4 para monitorear la vibración de la guía de lanza que resulta del flujo de oxígeno a través de la lanza 3 y de otras variables del proceso. Las vibraciones fueron convertidas en una señal eléctrica análoga que fue digitalizada usando un sistema de obtención de datos 18 y un computador 11.

La señal digital fue procesada usando una Transformación de Fourier a fin de determinar las frecuencias del componente La amplitud de vibración en el intervalo de frecuencia de 3600 - 4000 Hz fue integrada para producir una vibración característica del flujo de oxígeno a través de la lanza 3 que sale por las aberturas de la punta de lanza y que causa la contrapresión variable en la cavidad 24 formada por el impacto de oxígeno. El nivel de vibración se normalizó al dividir un nivel máximo para producir un nivel de vibración en el intervalo dé 0 hasta 1. El valor máximo fue determinado al observar un número de temperaturas elevadas (restos de acero) y al régistrar el valor máximo alcanzado.

Se creó un gráfico de barras horizontal en la interfaz del operador 14 a fin de mostrar un indicio del nivel de vibración normalizado. La muestra apareció roja, sombras de verde a roja y verde dependiendo del intervalo de nivel de vibración. En un nivel de vibración mínimo, el indicador mostró un gráfico de barras máximo en verde. En un nivel de vibración máximo, el indicador mostró un pequeño gráfico de barras en color rojo. Én los niveles entre el gráfico de barras se colorearon sombras de verde a rojo.' La tasa de flujo de oxígeno aumentó o disminuyó a fin de minimizar la vibración. Esta operación fue asistida por un gráfico de barras en la interfaz del operador 14. Cuando la barra verde estaba en el máximo, la amplitud de vibración en el intervalo de frecuencia característico se encontraba en un mínimo y el flujo de oxígeno de la lanza era óptimo para la punta de lanza en particular 22 con la cantidad actual de desgaste en el montón de acero en particular. En el caso descrito a través de este ejemplo, la tasa de flujo fue de 1100 metros cúbicos estándar por minuto.

Este ejemplo representa una modalidad preferente del método de los solicitantes para fabricar acero como se muestra en la FIGURA 2. Con referencia además a la FIGURA 1, en el paso 110 del método 100, se proporciona un recipiente 5 con una lanza 3 montada en la guía de lanza 4, que incluye un acelerómetro 1 de 3 ejes. El recipiente 5 se cargó con metal caliente fundido, chatarra y flujos en el paso 120; la lanza 3 bajó hacia el recipiente 5 y la inyección de oxígeno sobre la superficie de la carga comenzó en el paso 130. Un ajuste inicial de la tasa de flujo de oxígeno se puede llevar a cabo en el paso 140. En el paso 150, las señales de datos del acelerómetro que son indicios de la vibración de lanza se adquieren y entregan al computador 11. Los datos son procesados en el paso 160, a fin de determinar las frecuencias del componente de la vibración de lanza.

Una comparación de los niveles de frecuencias de la vibración de lanza se lleva a cabo en el paso 163. Si los niveles se encuentran dentro de los intervalos deseados predeterminados, no se toman acciones, y los datos de vibración continúan siendo adquiridos y procesados según los pasos 150 y 160. Si uno o más de los niveles se encuentran fuera de los intervalos deseados, un parámetro del proceso puede ser ajustado para volver a tras el/los nivel/es de vibración dentro del intervalo(s) deseado(s). El parámetro de proceso puede ser una tasa de flujo de oxígeno por paso 140. Se realiza una verificación adicional en el paso 166; si otros parámetros, tal como el contenido de oxígeno del lote como ' lo indicara la vibración de lanza (ver Ejemplo 4 aquí) indican que el lote está completo, el proceso se termina en el paso 170. El flujo de oxígeno a través de la lanza 3 termina y la lanza 3 es retirada del recipiente 5.

EJEMPLO 2 : Pronóstico de Vaciado Incipiente Un recipiente del BOF 5 fue cargado con metal caliente fundido, chatarra y flujos. Después de cargar el horno 5, el horno 5 fue girado a la posición vertical y una lanza 3 fue bajada hacia el recipiente 5. Se inyectó oxígeno a través de la lanza 3 y su fuerza de impacto en la medida que salió de las aberturas de la lanza formó una cavidad 24 en la superficie de la carga 6/7. Como el oxígeno fue inyectado durante el proceso, se produjo la remoción de carbono y la formación de una escoria líquida 6.

Un acelerometro piezoeléctrico con circuito integrado de tres ejes 1 se montó en la guía de lanza 4 a fin de monitorear la vibración de la guía de lanza que resulta del flujo de oxígeno a través de la lanza 3 y de otras variables del proceso. Las vibraciones fueron convertidas a una señal eléctrica análoga que fue digitalizada usando un sistema de obtención de datos 18 y un computador 11.

La señal digital fue procesada usando una Transformación de Fourier a fin de determinar las frecuencias del componente. La amplitud de vibración en el intervalo de frecuencia de 3800 - 4000 Hz fue integrada para producir una vibración característica del flujo de oxígeno que rebota desde la cavidad 24 de regreso a la lanza 3. La señal- de vibración promediada a largo plazo se compara con la señal de vibración promediada a corto plazo. Si el valor de la señal promediada a corto plazo disminuye por debajo de un umbral predeterminado, en este caso el 20% del valor de señal promediada a largo plazo, entonces el operador es alertado de las condiciones para un caso de vaciado incipiente.

Este ejemplo representa otra modalidad preferente del método de los solicitantes para fabricar acero como, se muestra en la FIGURA 3. Con referencia a la FIGURA 1, el método 200 comprende substancialmente los mismos pasos 110 - 150 como se describiera previamente para el método 100 de la FIGURA 2. En el paso 260, las señales de vibración tanto a corto como largo plazo se comparan como se describiera antes. Basado en la comparación en el paso 263 como se describiera antes, los pasos 150 y 260 pueden continuar; o si el valor de la señal promediada a corto plazo disminuye por debajo de un umbral predeterminado, se entrega una señal (tal como un indicador en la muestra 14 o una luz o sonido de alarma) que es indicio de un caso de vaciado incipiente en el recipiente.

EJEMPLO 3: Detección de Vaciado Un recipiente del BOF 5 fue cargado con metal caliente fundido, chatarra y flujos. Después de cargar el horno 5, el horno 5 fue girado a la posición vertical y una lanza 3 fue bajada hacia el recipiente 5. El oxígeno fue inyectado a través de la lanza 3 y su fuerza de impacto en la medida que salía de las aberturas de la lanza formó una cavidad 24 en la superficie de la carga 6/7. Como el oxígeno fue inyectado durante el proceso, se llevó a cabo la remoción de carbono y la formación de una escoria líquida 6.

Un ace.lerómetro piezoeléctrico con circuito integrado de tres ejes 1 se montó en la guía de lanza 4 a fin de monitorear la vibración de la guía de lanza que resulta del flujo de oxígeno a través de la lanza 3 y de otras variables del proceso. Las vibraciones fueron convertidas a una señal eléctrica análoga que fue digitalizada usando un sistema de obtención de datos 18 y un computador 11.

La señal digital fue procesada usando una Transformación de Fourier a fin de determinar las frecuencias del componente. La amplitud de vibración en el intervalo de frecuencia de 4 -500 Hz fue integrada para producir una vibración característica del material que impacta la lanza 3, en particular escoria y el vaciado con la emulsión de acero. La señal de vibración promediada a largo plazo se compara con la señal de vibración promediada a corto plazo. Si el valor de la señal promediada a corto plazo excede un umbral predeterminado, en este caso el 80% del valor de señal promediada a largo plazo, entonces el operador es alertado de las condiciones para un caso de vaciado incipiente.

El valor de umbral de 80% fue determinado mediante la observación del depósito y al establecer una ¦ correlación entre ese resultado con el grado de aumento en la señal de vibración promediada a corto plazo con respecto a la señal de vibración promediada a largo plazo.

EJEMPLO 4: Determinación del Punto Final Un recipiente del BOF 5 fue cargado con metal caliente fundido, chatarra y flujos. Después de cargar el horno 5, el horno 5 fue girado a la posición vertical y una lanza 3 fue bajada hacia el recipiente 5. El oxígeno fue inyectado a través de la lanza 3 y su fuerza de impacto en la medida que salía de las aberturas de la lanza formó una cavidad 24 en la superficie de la carga 6/7. Como el oxígeno fue inyectado durante el proceso, se llevó a cabo la remoción de carbono y la formación de una escoria líquida 6.

Un acelerómetro piezoeléctrico con circuito integrado de tres ejes 1 se montó en la guía de lanza 4 a fin de monitorear la vibración de la guía de lanza que resulta del flujo de oxígeno a través de la lanza y de otras variables del proceso. Las vibraciones fueron convertidas a una señal eléctrica análoga que fue digitalizada usando un sistema de obtención de datos 18 y un computador 11.

La señal digital fue procesada usando una Transformación de Fourier a fin de' determinar las frecuencias del componente. La amplitud de vibración en el intervalo de frecuencia de 3600 - 4000 Hz fue integrada para producir una vibración característica de la estabilidad de la cavidad 24 formada por el impacto del oxígeno que sale de las aberturas de la lanza y que impactan el baño. La señal de vibración promediada a largo plazo se compara con la señal de vibración promediada a corto plazo. Una vez que la señal de vibración promediada a corto plazo exceda el umbral predeterminado, el operador es alertado del nivel de oxígeno en aumento en el acero 7 y la cercanía al punto final del baño plano. Como la tasa de cambio de la señal promediada a corto plazo comienza a descender nuevamente, el operador es alertado de la posibilidad de una situación de soplado que da como resultado un contenido excesivo de oxígeno del acero 7. Bajo análisis, se probó que en realidad el acero fue terminado en un estado de soplado en exceso, con el oxígeno sobre 900 partes por millón y el carbono menor a 0,024% en el acero. Soplar en exceso el acero es costoso, ya que causa pérdida en el rendimiento, demanda de reactivos en aumento, desgaste del revestimiento refractario en aumento y tasa de producción disminuida. Si el operador ha prestado atención a la señal que indica el acercamiento al baño plano, el soplado en exceso se puede evitar.

Este ejemplo representa otra modalidad preferente del método de los solicitantes para fabricar acero como se muestra en la FIGURA 4. Con referencia a la FIGURA 1, el método 300 comprende substancialmente los mismos pasos 110 -150 como se describiera previamente para el método 100 de la FIGURA 2. En el paso 360, las señales de vibración tanto a corto como largo plazo se comparan como se describiera antes . Basado en la comparación en el paso 363 como se describiera antes, los pasos 150 y 360 pueden continuar; o si la señal de vibración promediada a corto plazo, que es indicio del contenido de oxígeno en el acero, excede el umbral predeterminado, se puede proporcionar una señal para alertar al operador del nivel de oxígeno en aumento en el acero 7 y la cercanía al punto final del baño plano. Se lleva a cabo una determinación en el paso 366 en caso de que el lote esté completo, de ser así, el'proceso termina en el paso 170.

EJEMPLO 5: Ejemplo de Lote Adicional Un recipiente del BOF 5 fue cargado con metal caliente fundido, chatarra y flujos. Después de cargar el horno 5, el horno 5 fue girado a la posición vertical y una lanza 3 fue bajada hacia el recipiente. El oxígeno fue inyectado a través de la lanza 3 y su fuerza de impacto en la medida que salía de las aberturas de la lanza formó una cavidad 24 en la superficie de la carga 6/7. Como el oxígeno fue inyectado durante el proceso, se llevó a cabo la remoción de carbono y la formación de una escoria líquida 6.

Un acelerometro piezoeléctrico con circuito integrado de tres ejes 1 montado en la guía de lanza 4 se usó a fin de monitorear la vibración de la guía de lanza que resulta del flujo de oxígeno a través de la lanza 3 y de otras variables del proceso. Las vibraciones fueron convertidas a una señal eléctrica análoga que fue digitalizada usando un sistema de obtención de datos 18 y un computador 11.

El computador 11 recibió la entrada del computador de proceso 10 del BOF y el controlador lógico programable (PLC, por sus siglas en inglés) mediante redes de comunicación o cable 15. Cuando se recibió la señal de que había comenzado el proceso de soplado, el software que monitorea la vibración y que reside en el computador 11 comenzó el algoritmo de detección. El análisis y el monitoreo de vibración continuó hasta que se recibió la información del PLC que el proceso de soplado estaba completo y detenido. En ese momento, el algoritmo de detección también fue detenido y continuó el registro del proceso del lote de acero y las indicaciones de vibración asociadas, dando como resultado la generación de un informe .

Por ejemplo, cuando una correa transportadora (no se muestra) comienza a hacer una adición de CaO al recipiente, el PLC 10 le informa al computador 11 y el algoritmo de detección se suspende hasta que el PLC 10 le informe al computador 11 que la correa transportadora se ha detenido. Esta comunicación con el PLC 10 facilita el análisis exacto de las vibraciones de lanza debido al proceso sin resultados erróneos a causa de vibraciones extrañas.

La señal digital se llevó a cabo usando una Transformación de Fourier, a fin de determinar las frecuencias del componente. Se aisló y usó la amplitud de vibración en el intervalo de frecuencia de 3600 - 4000 Hz para producir una vibración característica del flujo de oxigenó a través de la lanza 3 que sale por las aberturas de la punta de lanza y que causa una contrapresión variable en la cavidad 24 formada por el impacto de oxígeno. El nivel de vibración fue normalizado al dividir un nivel máximo para producir un nivel de vibración en el intervalo de 0 hasta 1. El valor máximo fue determinado previamente al observar un número de temperaturas elevadas y al registrar el valor máximo obtenido.

Se creó un gráfico de barras horizontal en la interfaz del operador 14 para mostrar el nivel de vibración normalizado. La muestra se presentó de color rojo, sombras de verde a rojo, y verde dependiendo del intervalo del nivel de vibración. En un nivel de vibración mínimo, el indicador mostró un gráfico de barras verde máximo, indicando que se había establecido una tasa de flujo de oxígeno óptima a través de la lanza 3. En un. nivel de vibración máxima, el indicador mostró un pequeño gráfico de barras coloreado en rojo, indicando que la acción era necesaria para optimizar la tasa de flujo del oxígeno a través de la lanza 3. En los niveles intermedios, el gráfico de barras fue coloreado con sombras de verde a rojo.

La tasa de flujo de oxígeno fue aumentada o disminuida para minimizar la vibración. Esta operación fue asistida por el gráfico de barras antes descrito en la interfaz del operador 14. Cuando la barra verde se encontraba al máximo, la amplitud de vibración en el intervalo de frecuencia característico se encontraba al mínimo y el flujo de oxígeno a través de la lanza era óptimo para una punta de lanza en particular con la cantidad actual de desgaste en el lote de acero en particular. En este caso descrito a través de este ejemplo, la tasa de flujo fue de 1100 metros cúbicos estándar por minuto.

Se aisló la amplitud de vibración en el intervalo de frecuencia de 4 - 60 Hz a fin de producir una vibración característica del material que impacta la lanza 3, en particular la escoria y el vaciado con emulsión de acero. La señal de vibración promediada a largo plazo fue comparada con la señal de vibración promediada a corto plazo. Si el valor de la señal de vibración promediada a corto plazo excedía el umbral predeterminado, en este caso 175% del valor correspondiente a la señal promediada a largo plazo, entonces el operador era alertado del acontecimiento de vaciado.

El valor. umbral fue determinado mediante la observación del brillo de la imagen integrada e instantánea al analizar las imágenes desde la cámara de pozo 9 y establecer una correlación entre el resultado con el grado de aumento en la señal de vibración promedio a corto plazo con respecto a la señal de vibración promedio a largo plazo.

Cuando el operador es alertado del acontecimiento de vaciado, la lanza de oxígeno 3 es levantada y la tasa de flujo de oxígeno, es bajada como una medida reparadora.

El intervalo de frecuencia correspondiente a la vibración de lanza de 3600 - 4000 Hz que se usó para optimizar la estabilidad de la lanza también se usó para indicar el punto final del proceso de soplado del oxígeno. Una vez que el proceso de soplado haya completado el 80%, no existe un riesgo importante de un vaciado adicional. El flujo correspondiente al oxígeno de la lanza fue optimizado. La señal de vibración promedio a largo plazo se comparó con la señal de vibración promedio a corto plazo en este intervalo de frecuencia. En ningún momento la señal de vibración promedio a corto plazo excedió el umbral predeterminado que era indicio de una aproximación a la condición de baño plano. No obstante, el modelo de proceso le ordenó al PLC 10 que termine el soplado y se consideró procesar el lote de acero 7. Bajo análisis, se consideró que el contenido de carbono de acero era demasiado elevado y no cumplía con la descripción. El carbono objetivo se encontraba por debajo de 0,05% y el carbono real era 0,06%. La lanza de oxígeno fue reinsertada en el recipiente y el soplado adicional se llevó a cabo para corregir la química. Este resoplado fue costoso y consumidor de tiempo; además se podría haber evitado si el análisis correspondiente a la señal de vibración de la lanza fuera incorporado en el modelo de proceso. El análisis de vibración de la lanza indicó que el punto final no se había alcanzado.

Por lo tanto, es aparente que se ha proporcionado, según la presente invención, un aparato y métodos para controlar el horno de oxígeno básico en. la fabricación de acero. Habiendo descrito de ese modo el concepto básico de la invención, será bastante aparente para aquellos expertos en la técnica que la revelación detallada anterior está proyectada para ser presentada a modo de ejemplo solamente y no como limitante. Se llevarán a cabo diversas alteraciones, mejoras y modificaciones y están proyectadas para aquellos expertos en la técnica, aunque no se exponen expresamente aquí. Estas alteraciones, mejoras y modificaciones están proyectadas para que sean sugeridas aquí y se encuentran dentro del espíritu y el alcance de la invención. Además, el orden enumerado de secuencias o elementos de proceso, o el uso de números, letras u otras denominaciones, no está proyectado para limitar los procesos reclamados en orden alguno, excepto como se pudiese especificar en las reivindicaciones.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (30)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un método para fabricar acero en un recipiente, caracterizado porque comprende: a. cargar el recipiente con - materiales para fabricar acero; b. bajar una lanza para soplar oxígeno hacia el interior del recipiente e inyectar oxígeno a los materiales; c. obtener una señal a partir de un acelerómetro, la señal que indica la vibración de lanza; d. procesar la señal de vibración á fin de determinar las frecuencias del componente correspondiente a la vibración de la lanza; e. comparar los niveles de las frecuencias del componente con los valores de operación deseados; y f. ajustar al menos un parámetro del proceso para fabricar acero basado en el nivel de al menos una de las frecuencias del componente.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un parámetro de proceso para fabricar acero es una tasa de flujo de oxígeno a través de la lanza.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el acelerómetro corresponde a un acelerómetro de tres ejes.

4. Un método para fabricar acero en un recipiente, caracterizado porque comprende: a. cargar el recipiente con materiales para fabricar acero; b. bajar una lanza para soplar oxigeno hacia el interior del recipiente e inyectar oxígeno a los materiales,- c. obtener una señal a partir de un acelerómetro, la señal que indica la vibración de lanza; d. procesar la señal de vibración a fin de determinar las frecuencias del componente correspondiente a la vibración de la lanza; e. comparar el promedio a largo plazo de la señal de vibración con un promedio a corto plazo de la señal de vibración; f . determinar si el valor de la señal promediada a corto plazo ha disminuido por debajo de un primer umbral predeterminado; y g. si el valor de la señal promediada a corto plazo ha disminuido por debajo del primer umbral predeterminado, produciendo una primera señal que es indicio de un vaciado incipiente en el recipiente.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el acelerómetro corresponde a un acelerómetro de tres ejes.

6. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende además el determinar si el valor de la señal promediada a corto plazo ha aumentado más allá de un segundo umbral predeterminado, produciendo una segunda señal que es indicio de la existencia de un caso de vaciado en el recipiente.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque comprende además ajustar al menos un parámetro de proceso para fabricar acero a fin de detener el vaciado .

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque al menos un parámetro de proceso para fabricar acero corresponde a la tasa de flujo de oxígeno a través de la lanza.

9. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque al menos un parámetro de proceso para fabricar acero corresponde a la posición de la lanza en el recipiente.

10. Un método para fabricar acero en un recipiente, caracterizado porque comprende: a. cargar el recipiente con materiales para fabricar acero; b. bajar una lanza para soplar oxígeno hacia el interior del recipiente e inyectar oxígeno a los materiales; c. obtener una señal a partir de un acelerómetro, la señal que indica la vibración de lanza; d. procesar la señal de vibración a fin de determinar las frecuencias del componente correspondiente a la vibración de la lanza; e. comparar el promedio a largo plazo de la señal de vibración con un promedio a corto plazo de la señal de vibración; f. determinar si la señal de vibración promediada a corto plazo ha excedido un umbral prede erminado que es indicio del nivel de oxígeno en el acero; y g. si la señal de vibración promediada a corto plazo ha excedido el umbral predeterminado, produciendo una primera señal que es indicio del contenido de oxígeno en el acero.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende además determinar el grado hasta el cual la señal de vibración promediada a corto plazo ha excedido el valor de umbral predeterminado y establecer la correlación entre el grado hasta el cual la señal de vibración promediada a corto plazo ha excedido el valor de. umbral predeterminado con respecto al contenido de oxígeno en el acero.

12. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende además determinar si el valor de la señal promediada a corto plazo ha comenzado a disminuir después de alcanzar el umbral predeterminado y si el valor de la señal promediada a corto plazo ha comenzado a disminuir después de alcanzar el umbral predeterminado, produciendo una segunda señal que es indicio del contenido de oxígeno excesivo en el acero.

13. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende además terminar la inyección de oxígeno a través de la lanza después que se haya alcanzado el umbral predeterminado que es indicio del nivel de oxígeno.

14. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el acelerómetro corresponde a un acelerómetro de tres ejes.

15. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además ajustar de manera simultánea dos parámetros de proceso para fabricar acero basado en el nivel de al menos una de las frecuencias del componente .

16. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además predecir un caso de vaciado al identificar un aumento en la amplitud de una primera frecuencia del componente en un bajo intervalo de frecuencias; y un descenso en la amplitud de una segunda frecuencia del componente en un alto intervalo de las frecuencias .

17. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además obtener imágenes de una región externa y cercana al recipiente, además de llevar a cabo un análisis de la imagen a fin de establecer una correlación entre el- grado de expulsión del vaciado desde el recipiente con la señal de vibración.

18. Un método para fabricar acero, en un recipiente, caracterizado porque comprende: a. cargar el recipiente con materiales para fabricar acero; b. bajar una lanza para soplar oxígeno hacia el interior del recipiente e inyectar oxígeno a los materiales; c. obtener una señal a partir de un acelerómetro, la señal que indica la vibración de lanza; d. procesar la señal de vibración a fin de determinar las frecuencias del componente correspondiente a la vibración de la lanza; e. pronosticar un caso de vaciado en el recipiente al detectar un aumento en la amplitud de una primera frecuencia del componente en un bajo intervalo de frecuencias y un descenso en la amplitud de una segunda frecuencia del componente en un elevado intervalo de frecuencias .

19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque comprende además evitar el · vaciado al ajustar al menos un parámetro del proceso de fabricación de acero.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende además evitar el vaciado al ajustar dos parámetros correspondientes al proceso de fabricación de acero.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque comprende además ajustar los dos parámetros correspondientes al proceso para fabricar acero en forma simultánea.

22. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque los parámetros del proceso para fabricar acero son la tasa de flujo de oxígeno a través de la lanza y la altura de la .lanza sobre los materiales en el recipiente.

23. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque comprende además optimizar la tasa de flujo de oxígeno a través de la lanza mientras convierte los materiales del recipiente en acero en condiciones de baño plano.

24. Un método para fabricar acero en un recipiente, caracterizado porque comprende: a. cargar el recipiente con materiales para fabricar acero; b. bajar una lanza para soplar oxígeno hacia el interior del recipiente e inyectar oxígeno a los materiales; c. obtener una señal a partir de un. acelerómetro, la señal que indica la vibración de lanza; · d. procesar la señal de vibración a fin de determinar las frecuencias del componente correspondiente a la vibración de la lanza; e . obtener imágenes de una región externa y cercana al recipiente; y f. llevar a cabo un análisis de las imágenes para establecer una correlación entre el grado de expulsión de vaciado desde el recipiente con la señal de vibración.

25. Un método para fabricar acero en un recipiente, caracterizado porque comprende: a. proporcionar una lanza para soplar oxígeno en la superficie del recipiente de acero, la lanza se encuentra unida a una guía de lanza y en comunicación con un acelerómetro, el acelerómetro está en comunicación por señal con un módulo de obtención de datos y un computador; b. cargar el recipiente con materiales para fabricar acero; c. bajar la lanza hacia el recipiente e inyectar oxígeno a los materiales; d. obtener una señal a partir de un acelerómetro que indica la vibración de lanza; e. procesar la señal de vibración a fin de determinar las frecuencias del componente correspondiente a la vibración de la lanza; f. comparar el promedio a largo plazo de la señal de vibración con un promedio a corto plazo de la señal de vibración; g. determinar si la señal de vibración promediada a corto plazo ha excedido un umbral predeterminado que es indicio del nivel de oxígeno en el acero; y h. si las señales de vibración promediadas a corto plazo han excedido el umbral predeterminado, produciendo una primera señal que . es indicio del contenido de oxígeno en el acero.

26. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque comprende además determinar el grado hasta el cual la señal de vibración promediada a corto plazo ha excedido el umbral predeterminado; además de establecer una correlación entre el grado hasta el cual la señal de vibración promediada a corto plazo ha excedido el valor de umbral predeterminado para el contenido de oxígeno en el acero.

27. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque comprende además determinar si el valor de la señal promediada a corto plazo ha comenzado a disminuir después de alcanzar el umbral predeterminado; y si el valor de la señal promediada a corto plazo ha comenzado a disminuir después de alcanzar el umbral predeterminado, produciendo una segunda señal que es indicio de un contenido de oxígeno excesivo en el acero.

28. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque comprende además finalizar la inyección de oxígeno a través de la lanza después que se ha alcanzado un umbral predeterminado que es indicio del nivel de oxígeno.

29. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el acelerómetro corresponde a un acelerómetro de tres ejes.

30. Un método para fabricar acero en un recipiente, caracterizado porque comprende: a. proporcionar una lanza para soplar oxígeno en la superficie del recipiente de acero, la lanza se encuentra unida a una guía de lanza y en comunicación con un acelerómetro, el acelerómetro está en comunicación por señal con un módulo de obtención de datos y un computador; b. cargar el recipiente con materiales para fabricar acero; c. bajar la lanza hacia el recipiente e inyectar oxígeno a los materiales; d. obtener una señal a partir de un acelerómetro que indica la vibración de lanza; e. procesar la señal de vibración a fin de determina las frecuencias del componente correspondiente a la vibración de la lanza,- f . comparar un promedio a largo plazo de la señal de vibración con un promedio a corto plazo de la señal de vibración; g. determinar si el valor de la señal promediada a corto plazo ha disminuido por debajo de un primer umbral predeterminado; h. si el valor de la señal promediada a corto plazo ha disminuido por debajo del primer umbral predeterminado, produciendo una primera señal que es indicio de un caso de vaciado incipiente en el recipiente; y i . determinar si el valor de la señal promediada a corto plazo ha aumentado más allá de un segundo umbral predeterminado, produciendo una segunda señal que es indicio del acontecimiento de vaciado en el recipiente.