MX2014000713A - Procedimiento para el funcionamiento de un horno de arco voltaico e instalacion de fusion con un horno de arco voltaico que se hace funcionar segun este procedimiento. - Google Patents

Abstract

En un procedimiento para hacer funcionar un horno de arco voltaico (2) que se hace funcionar con una tensión alterna así como en una instalación de fusión con un horno de arco voltaico (2) que se hace funcionar según este procedimiento se registra una señal de sonido conducido a través de cuerpos sólidos que incide en una pared del horno de arco voltaico (2), a partir de la cual se calcula un parámetro (K) que caracteriza las propiedades de parpadeo del horno de arco voltaico (2) y mediante el parámetro (K) calculado se controla al menos una variable del proceso del horno de arco voltaico (2).

Description

PROCEDIMIENTO PARA EL FUNCIONAMIENTO DE UN HORNO DE ARCO VOLTAICO E INSTALACIÓN DE FUSIÓN CON UN HORNO DE ARCO VOLTAICO QUE SE HACE FUNCIONAR SEGÚN ESTE PROCEDIMIENTO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de un horno de arco voltaico. Además, la invención se refiere a una instalación de fusión con un horno de arco voltaico que se hace funcionar según este procedimiento .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En un horno de arco voltaico se funde producto de fusión en trozos, por norma general chatarra de metal, dado el caso junto con otras sustancias añadidas mediante un arco voltaico encendido entre el producto de fusión y al menos un electrodo .

A este respecto se ha visto que sobre todos los hornos de arco voltaico que se cargan prácticamente en exclusiva con chatarra generan interferencias indeseadas con la red. Con este fin se instalan, por tanto, en las fábricas de acero instalaciones de compensación, los denominados sistemas de SVC o compensadores estáticos de energía reactiva para reducir las interferencias con la red, tales como ondas armónicas o el denominado parpadeo (flicker) y mantener los valores limite establecidos a nivel internacional. Sin embargo, tales sistemas de SVC reaccionan solo posteriormente a una perturbación de red ya generada, es decir, a las ondas armónicas o parpadeos generados durante la fusión de la chatarra en el horno de arco voltaico, y no pueden asegurar un cumplimiento de los valores limite preestablecidos, en particular cuando los hornos de arco voltaico se hacen funcionar en redes de abastecimiento débiles.

Para evitar altos valores de parpadeo, en el estado de la técnica se sabe cómo suministrar la chatarra en una mezcla que presenta un denominado valor Kst bajo. Este valor Kst describe, según la norma IEC 61000-3-7, el tipo, peso y densidad de la chatarra y, por norma general, se encuentra entre 48 y 85. Además, en el circuito del horno se introducen las denominadas reactancias adicionales, por ejemplo, una bobina de reactancia de entrada de transformador de horno y se realiza una parametrización en cuanto a la técnica de regulación para la estabilización del arco voltaico. También se emplean sistemas de SVC más novedosos en la técnica IGBT cuando es necesaria una gran mejora de los valores de parpadeo. Mediante tales sistemas de SVC se transforma el espectro de frecuencias generado de la perturbación en un intervalo de frecuencias mayor, de tal manera que el mismo ya no se incluye en el intervalo de medición de la perturbación de red de parpadeo según las normas internacionales. Sin embargo, estas medidas están asociadas bien a altos costes de inversión o bien a mermas en la producción. Además, no solo la composición de la chatarra y su calidad tienen una influencia sobre las interferencias con la red. Más bien, también el funcionamiento durante la fusión de la chatarra tiene una influencia de este tipo. De este modo, por ejemplo, los movimientos de la chatarra y las caídas de la chatarra pueden generar interferencias con la red. Sin embargo, el reconocimiento de movimientos de la chatarra y caídas de la chatarra queda reservado, sobre todo, para el personal operario, de tal manera que una regulación de los electrodos puede reaccionar a estos acontecimientos solo posteriormente, es decir, después del movimiento realizado de la chatarra y una interferencia con la red ya producida.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por tanto, la invención se basa en el objetivo de indicar un procedimiento para hacer funcionar un horno de arco voltaico con el que sea posible reconocer automáticamente el tipo de la chatarra y la densidad de la chatarra, los movimientos de la chatarra y las caídas de la chatarra para poder predecir la aparición de parpadeos que se deben a la densidad de la chatarra y al movimiento de la chatarra y poder tenerlos en cuenta automáticamente al controlar las variables del proceso del horno de arco voltaico. Además, la invención se basa en el objetivo de indicar una instalación de fusión con un horno de arco voltaico que se hace funcionar según este procedimiento.

Con respecto al procedimiento, el objetivo mencionado según la invención se resuelve con un procedimiento con las características de la reivindicación 1. Según estas características, en un horno de arco voltaico que se hace funcionar con una tensión alterna se registra una señal S de sonido conducido a través de cuerpos sólidos que incide en una pared del horno de arco voltaico, a partir de la cual se calcula un parámetro K que caracteriza las propiedades de parpadeo del horno de arco voltaico y mediante este parámetro K calculado se controla al menos una variable del proceso del horno de arco voltaico.

A este respecto, la invención se basa en la experiencia de que se generan grandes valores de parpadeo o altos valores st bien debido a un intenso movimiento de la chatarra en fusión o debido a la presencia de chatarra pesada en trozos groseros debajo del arco voltaico. En el primer caso, nueva chatarra fría se desliza debajo de los electrodos y el arco voltaico se tiene que reajustar brusca y rápidamente dependiendo de las condiciones. Por ello cambian repentinamente la corriente y la condición de combustión. En el segundo caso, el arco voltaico se enciende de forma inestable y con una raiz fluctuante.

Ciertamente, por los documentos WO 2009/095292 Al y WO 2009/095396 Al básicamente se sabe que a partir de mediciones de sonido conducido a través de cuerpos sólidos en la pared del horno de arco voltaico incluyendo los recorridos de corriente y tensión se pueden extraer señales que caracterizan un movimiento de chatarra o desplazamiento de chatarra y un cambio de masa en la pared del horno de arco voltaico. Sin embargo, la invención se basa en la consideración de que es posible calcular, mediante una evaluación especializada de la o las señales S de sonido conducido a través de cuerpos sólidos que inciden en la pared del horno de arco voltaico, un parámetro K que es adecuado para detectar con previsión las propiedades de parpadeo del horno de arco voltaico. A este respecto se calcula preferentemente como parámetro K una estadística comparable a un valor Kst.

En particular se somete la señal S de sonido conducido a través de cuerpos sólidos a una transformación de Fourier y se establecen amplitudes de la transformada de Fourier F de la señal S de sonido conducido a través de cuerpos sólidos en una pluralidad de frecuencias f a partir de las cuales se calcula entonces el parámetro K. Esta forma de proceder tiene en cuenta la observación de que con desplazamiento de chatarra o, particularmente, caídas de chatarra aparecen vibraciones tanto de frecuencia muy baja como de frecuencia alta que son independientes de las vibraciones inducidas por el funcionamiento de tensión alterna del arco voltaico, que ascienden a un múltiplo de número entero de una frecuencia de base jo que asciende a 100 Hz con una frecuencia de funcionamiento de 50 Hz. Además, la experiencia demuestra que la estabilidad del arco voltaico se ve influida también por el contenido de chatarra pesada, de tal manera que un encendido inestable del arco voltaico con chatarra en reposo permite una deducción acerca del contenido de chatarra pesada que, a su vez, es la causa de parpadeos indeseados. Por consiguiente, en una configuración preferente del procedimiento se establecen a partir de las amplitudes de la transformada de Fourier F con frecuencias f que se encuentran por debajo de la frecuencia de base f0 una medida B de un movimiento de chatarra de baja frecuencia, a partir de las amplitudes de la transformada de Fourier F con frecuencias f que se encuentran por encima de la frecuencia de base f0 y que no incluyen las frecuencias armónicas, una medida E de una sacudida de alta frecuencia y a partir de las amplitudes de la transformada de Fourier F con frecuencias f armónicas y que se encuentran entre las frecuencias armónicas, una medida SSG que caracteriza el contenido de chatarra pesada, a partir de las cuales se calcula el parámetro K.

En una configuración particularmente preferente del procedimiento se establece el parámetro K con ayuda de las siguientes relaciones: SV = B * E (1) con y 1 < a < 10 siendo m < fo y fn+i ~ fn = ?? y con siendo fn ? m*f0 y fn2 > /o, 2< ß < 10 y m un número natural, y (4) con fn ? m* f0 y /n > o siendo k y m números naturales y siendo fn las frecuencias usadas en la ecuación (3) y aplicándose para kmáX < 10, y calculándose el parámetro K con la ecuación K = a * SV + b * SSG (5) , siendo a y b factores de peso establecidos experimentalmente .

Con respecto a la instalación de fusión, el objetivo según la invención se resuelve con una instalación de fusión con las características de la reivindicación 6.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Para la explicación adicional de la invención se hace referencia al ejemplo de realización reproducido en las figuras. Muestran: La Figura 1, una instalación de fusión según la invención en una representación de base esquemática, La Figura 2, un diagrama en el que está registrada la señal medida de sonido conducido a través de cuerpos sólidos frente al tiempo, La Figura 3, un diagrama en el que está registrada la amplitud de la transformada de Fourier de la señal de sonido conducido a través de cuerpos sólidos frente a la frecuencia.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVNECIÓN Según la Figura 1, una instalación de fusión según la invención comprende un horno de arco voltaico 2 con, por ejemplo, tres electrodos 4a-c que están conectados eléctricamente al transformador del horno de un equipo de abastecimiento de corriente 6. Los electrodos 4a-c se introducen en un recipiente de horno 8 que aloja la chatarra 7 a fundir, en cuya pared 9 están dispuestos múltiples captadores 10 de sonido conducido a través de cuerpos sólidos. Las señales S de sonido conducido a través de cuerpos sólidos registradas por los captadores 10 de sonido conducido a través de cuerpos sólidos se transmiten, para el procesamiento posterior, a un equipo de control y evaluación 12.

Adicionalmente a las señales S de sonido conducido a través de cuerpos sólidos, con ayuda de captadores de valor de medición 14a-c se mide la corriente que fluye en los electrodos 4 y/o la tensión aplicada en los mismos y se transmiten las correspondientes señales de medición al equipo de control y evaluación 12. En este equipo de control y evaluación se generan señales de control C, con las que se controla o regula al menos una variable del proceso del horno de arco voltaico 2.

En el diagrama de la Figura 2 está registrada, a modo de ejemplo, una señal S de sonido conducido a través de cuerpos sólidos medida con un captador 10 de sonido conducido a través de cuerpos sólidos frente al tiempo t, pudiendo estar agrupadas básicamente también las señales S de sonido conducido a través de cuerpos sólidos generadas por varios captadores 10 de sonido conducido a través de cuerpos sólidos hasta dar una señal sumada. A partir de esta señal S de sonido conducido a través de cuerpos sólidos, ahora, mediante transformación de Fourier (FFT) se establece el espectro de frecuencias que está reproducido en la Figura 3, en el que está registrada la amplitud de la transformada de Fourier F frente a la frecuencia f. En esta Figura 3 se puede ver que la magnitud (amplitud) de la transformada de Fourier F para frecuencias fo, 2f0, 3fo, 4f0 y 5fo presenta máximos significativos, cuya altura disminuye con frecuencia f creciente. Estos máximos se encuentran en frecuencias armónicas mf0 con respecto a una frecuencia de base fo, es decir, se corresponden con un múltiplo de número entero de esta frecuencia de base fo, que asciende al doble de la frecuencia de la tensión (frecuencia de funcionamiento) con la que se hacen funcionar los electrodos. Con una frecuencia de funcionamiento de 50 Hz, estas frecuencias f0 armónicas se encentran en 100, 200, 300, 400 o 500 Hz.

Ahora, a partir de la transformada de Fourier F se puede calcular una medida para el desplazamiento de chatarra SV a partir del producto formado a partir de una medida B para un movimiento de chatarra de baja frecuencia y una medida E para una sacudida de alta frecuencia SV = B * E (1) con las siguientes relaciones: con siendo fnl < f0 y fn+i - fn = Af « f0.

Un valor adecuado para fno es, por ejemplo, 1 Hz. Como limite superior fni es adecuado a un valor que se encuentra claramente por debajo de la frecuencia de base fo, preferentemente por debajo de la frecuencia de funcionamiento fo/2 y que en el ejemplo asciende a 30 Hz, sumándose las amplitudes elevadas a la potencia -a de la transformada de Fourier F a frecuencias fn que se diferencian respectivamente en Af = 1 Hz correspondientemente a una resolución de frecuencia obtenible típicamente en una transformación de Fourier rápida. Para el parámetro a se cumple: 1< a < 10, habiendo resultado ser adecuado a = 1. siendo fn ? m*f0 y /ni > fo con 2 < P < 10 y m un número natural .

Para calcular la medida E para la sacudida se suman las amplitudes elevadas a la potencia ß de la transformada de Fourier F a frecuencias intermedias fn ? m*f0 que están suficientemente separadas de las frecuencias armónicas, de tal manera que las mismas no aportan nada a las amplitudes usadas .

Ya que el arco voltaico se enciende debajo de chatarra pesada fría de forma inestable y con una raíz fluctuante, el espectro de sonido conducido a través de cuerpos sólidos generado, es decir, la transformada de Fourier F presenta tanto amplitudes muy elevadas a las frecuencias armónicas mfo superiores como una gran cantidad de máximos a frecuencias intermedias que se encuentran entre las frecuencias armónicas mfo- Por tanto, una medida SSG para el contenido de chatarra pesada se puede establecer, ventajosamente, mediante la siguiente relación. con f„? m* fo Y n > fo, siendo k y m números naturales y fn las frecuencias usadas en la ecuación (3) y aplicándose para kmáX < 10.

A partir de la medida SV para el desplazamiento de la chatarra y la medida SSG para el contenido de chatarra pesada se puede determinar ahora con ayuda de pesos a y b un parámetro K con la relación K = a * SV + b * SSG (5) , determinándose los pesos a, b experimentalmente a partir de la correlación del valor calculado de este modo y el parpadeo medido en realidad y adaptándose de tal manera que el parámetro K dinámico calculado de este modo se pueda comparar con un valor Kst. De este modo, por tanto, durante el proceso de fusión se puede calcular un parámetro K correlacionado con el valor Kst que describe el movimiento actual de la chatarra y el estado actual de la chatarra. Este parámetro K calculado no se corresponde exactamente con el valor Kst según la definición de la norma IEC que se ha mencionado anteriormente, sin embargo reproduce correctamente el recorrido y la tendencia y se puede usar, por tanto, de forma óptima para la predicción de parpadeo y para el ajuste de la regulación para evitar parpadeos.

Incluyendo otros datos, particularmente los recorridos de la corriente y la tensión, las temperaturas de pared y/o la energía especifica aportada, ahora se puede crear un sistema de regulación completo de orden superior para la realización del proceso con el que, de forma orientada al estado y rápidamente, se puede reaccionar a los cambios dinámicos que tienen lugar en el horno de arco voltaico. Un sistema de este tipo de control o de regulación actúa preferentemente sobre el nivel de tensión del transformador de horno, los valores teóricos de impedancia o de corriente para la regulación de electrodos, las reactancias adicionales y las especificaciones de valor teórico para quemadores y lanzas. Como base se pueden usar, a este respecto, los valores de un diagrama de funcionamiento almacenado de forma fija, que se cambian en limites predefinidos dinámicamente mediante el sistema de regulación. La medición del cambio dinámico de la chatarra durante el proceso de fusión en el horno de arco voltaico se combina con un sistema de regulación de orden superior, modular, por ejemplo basado en conjuntos difusos (fuzzy) para la realización energética del proceso del horno de arco voltaico, que predefine el punto de trabajo eléctrico y los valores teóricos de los sistemas de quemador y lanza. Esto permite una intervención dinámica dirigida al estado en el proceso de fusión. Usando un concepto de regulación completo basado en reglas fuzzificadas lingüisticas y otros cálculos analíticos, entre otras cosas con ayuda de un modelo analítico de la distribución de la carga, entonces se puede adaptar el proceso de fusión de tal manera que el parpadeo no supere valores límite preestablecidos .

Claims (6)

Novedad de la Invención Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad de la invención y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: R E I V I N D I C A C I O N E S

1. - Procedimiento para hacer funcionar un horno de arco voltaico (2) que se hace funcionar con tensión alterna, en el que se registra una señal (S) de sonido conducido a través de cuerpos sólidos que incide en una pared del horno de arco voltaico (2), a partir de la cual se calcula un parámetro K que caracteriza las propiedades de parpadeo del horno de arco voltaico (2) y mediante el parámetro K calculado se controla al menos una variable del proceso del horno de arco voltaico (2) .

2. - Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el parámetro K es una estadística comparable con un valor Kst .

3. - Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la señal (S) de sonido conducido a través de cuerpos sólidos se somete a una transformación de Fourier y en el que se establecen las amplitudes de la transformada de Fourier F a una pluralidad de frecuencias f, a partir de las cuales se calcula el parámetro K.

4. - Procedimiento según la reivindicación 3, en el que a partir de las amplitudes de la transformada de Fourier F con frecuencias que se encuentran por debajo de una frecuencia de base f0 se establece una medida B para un movimiento de chatarra de baja frecuencia, a partir de las amplitudes de la transformada de Fourier F con frecuencias f que se encuentran por encima de la frecuencia de base f0 y que no comprenden las frecuencias armónicas, una medida E para una sacudida de alta frecuencia y a partir de las amplitudes de la transformada de Fourier F a frecuencias f armónicas y que se encuentran entre las frecuencias armónicas mf0, una medida SSG que caracteriza la estabilidad del arco voltaico, a partir de las cuales se calcula el parámetro K.

5. - Procedimiento según la reivindicación 4, en el que se establece el parámetro K con ayuda de las siguientes relaciones : SV = B * E (1) con siendo fnl < f0 y fn+i y con siendo fn ? m*f0 y fnz > /o, 2< ß < 10 y m un número natural, y con f„ ? m* f0 y f > fo, siendo k y m números naturales y siendo fn las frecuencias usadas en la ecuación (3) y aplicándose para km^x < 10, y calculándose el parámetro K con la ecuación K = a * SV + b * SSG (5) , siendo a y b factores de peso establecidos experimentalmente .

6.- Instalación de fusión con un horno de arco voltaico (2) con al menos un electrodo (4a-c) y con al menos un captador (10) de sonido conducido a través de cuerpos sólidos dispuesto en una pared (9) del horno de arco voltaico (2), asi como con un equipo de control y evaluación (12) para la evaluación de las señales (S) de sonido conducido a través de cuerpos sólidos captadas con el al menos un captador (10) de sonido conducido a «través de cuerpos sólidos y con un software implementado en el mismo para llevar a cabo uno de los procedimientos según las reivindicaciones precedentes.