ES2253698T3 - Determinacion de la longitud de un electrodo de un horno de arco. - Google Patents
Determinacion de la longitud de un electrodo de un horno de arco.Info
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Abstract
Una columna (10) de electrodo para uso en un horno de arco que comprende un casco (13) de electrodo, un electrodo (11) el cual está situado concéntricamente en el casco (13) y desplazable en una dirección axial con respecto al mismo, una disposición deslizante (12) de electrodo que incluye una fijación inferior (32) deslizante de electrodo, la cual rodea el electrodo (11) y la cual es portada por una viga anular, una fijación superior (30) deslizante de electrodo alrededor del electrodo (11) que está espaciada verticalmente de la fijación inferior (32) y que se puede desplazar respecto a la misma, cilindros deslizantes (34) que están conectados a ambas fijaciones deslizantes (30, 32) y entre las mismas y cilindros reguladores (26) de la carga eléctrica que están conectados para actuar entre la viga anular (24) y la estructura fijada encima del techo del horno, caracterizada porque la columna (10) de electrodo incluye al menos un dispositivo (36) resistente a la carga que se puede deformar flexiblemente, el cual está situado entre la fijación superior (30) deslizante y la estructura sobre la viga anular (24) y en el cual el electrodo (11), cuando está fijado sólo por la fijación superior (30) deslizante, puede estar soportado totalmente y medios para medir la deformación inducida por la carga del dispositivo (36) resistente a la carga.
Description
Determinación de la longitud de un electrodo de
un horno de arco.
La presente invención se refiere a un método para
determinar la longitud y posible rotura de un electrodo en un horno
de arco mientras el horno está activo y a una columna de electrodo
para llevar a cabo el método.
La mayoría de los hornos de arco sumergido
incluyen una serie de columnas de electrodo, generalmente tres,
cada una de las cuales incluye un electrodo y un casco de columna de
electrodo en el cual el electrodo está situado concéntricamente y
puede deslizarse verticalmente. Los cascos a su vez son deslizantes
mediante disposiciones de cierre hermético adecuadas en el techo
del horno.
Los cascos de electrodo incluyen cada uno
disposiciones de colgador desde las cuales se suspenden un anillo
de presión y los conjuntos de zapata de contacto eléctrico para el
electrodo a situar alrededor del electrodo un poco por encima del
material del horno. Los cascos de columna de electrodo son
disposiciones complicadas, las cuales se conectan a los servicios
de electricidad y agua de refrigeración mediante mangueras flexibles
de suministro de agua de refrigeración y conexiones eléctricas de
tubo de conductor principal.
La mayoría de los electrodos usados en los hornos
del tipo anterior son los conocidos como electrodos Söderberg que
consisten en un revestimiento de electrodo que se extiende desde la
parte superior del electrodo hasta debajo de las zapatas de
contacto del electrodo en el horno y una parte de electrodo que
consiste inicialmente en una pasta basada en carbono del
revestimiento de electrodo que es cocida por el calor del horno
hasta alcanzar una forma cilíndrica sólida eléctricamente
conductora en la parte inferior del revestimiento del electrodo. El
extremo inferior del revestimiento es quemado desde la parte sólida
del electrodo, desde debajo de las zapatas de contacto, por el
calor del horno. Una gran parte de la longitud expuesta de la parte
sólida del electrodo está situada en el material del horno en uso.
La columna de electrodo está suspendida en el horno por correderas
de empuje reguladoras de carga eléctrica, las cuales actúan entre
una disposición deslizante de fijación del electrodo y un suelo
suspendido en el edificio del horno por encima del techo del
horno.
La disposición deslizante de fijación del
electrodo consiste generalmente en fijaciones deslizantes superior
e inferior que se hacen funcionar secuencialmente y que se desplazan
para extender el electrodo conforme se consume la punta del
electrodo en uso en el material del horno.
En el documento EEUU 2982804 se describe una
disposición deslizante de fijación de electrodo de la técnica
anterior.
Un problema importante con los hornos del tipo
anterior es el de la rotura de electrodo. Una rotura de electrodo
en su extremo o hacia el mismo en el material del horno debida quizá
a un cocimiento no uniforme de la pasta de derivado de unas
condiciones inconsistentes del horno, tales como el movimiento del
material del horno, etc., que podrían inducir tensiones en la zona
cocida del electrodo, las cuales finalmente conducen a la rotura
del electrodo. Las roturas son impredecibles y difíciles de detectar
una vez se han producido. Sucede frecuentemente que la rotura del
electrodo no es detectada por el operador del horno hasta que tiene
lugar un fuego, o en el caso peor una explosión, en el horno
comprometiendo gravemente la seguridad del personal en la proximidad
del horno y la integridad del propio horno.
A fin de minimizar el grave tiempo de parada del
horno y los problemas anteriormente mencionados debidos a la rotura
del electrodo, se han desarrollado sistemas para detectar la rotura
de un electrodo en el horno en uso. En todas las disposiciones de
detección de rotura de electrodo conocidas se emplean continuamente
captadores de carga o elementos análogos que son accionadas por los
cilindros que regulan la carga eléctrica del electrodo para
monitorizar la masa de la totalidad de las columnas de electrodo y
así indirectamente la masa de los electrodos, en uso. Sin embargo,
esta disposición de medición de la masa del electrodo es complicada
grandemente por las fuerzas que actúan en la totalidad de la columna
de electrodo. Estas fuerzas incluyen, entre otras, la presión sobre
el electrodo de la zapata de contacto del electrodo, las variaciones
de carga en el casco por el rozamiento del cierre del techo, la
masa de agua e incluso las fuerzas de carga directas aplicadas a
las partes de punta expuestas de los electrodos por la remoción en
baño y lodos del horno, teniendo que ser tomados en consideración
todos estos parámetros, algunos de los cuales son impredecibles, en
la cuenta del cálculo para determinar la masa del electrodo.
Una columna de electrodo para uso en un horno de
arco según la invención comprende un casco de electrodo, una
disposición deslizante de electrodo que incluye una fijación
inferior deslizante de electrodo la cual rodea el electrodo y que
es portada por una viga anular, una fijación superior deslizante
alrededor del electrodo que está espaciada verticalmente de la
fijación inferior y que se puede desplazar relativamente a la misma,
cilindros deslizantes que están conectados a ambas fijaciones
deslizantes y entre las mismas y cilindros reguladores de la carga
eléctrica que están conectados para actuar entre la viga anular y la
estructura fijada encima del techo del horno, caracterizada porque
la columna de electrodo puede incluir al menos un dispositivo
resistente a la carga que se puede deformar flexiblemente, el cual
está situado entre la fijación superior deslizante y la estructura
sobre la viga anular y en el cual el electrodo, cuando está fijado
sólo por la fijación superior deslizante, puede estar soportado
totalmente y medios para medir la deformación inducida por la carga
del dispositivo resistente a la carga.
Convenientemente, el dispositivo resistente a la
carga o cada uno de ellos está encajado con las fijaciones
deslizantes inferior y superior de electrodo y situado entre las
mismas. El dispositivo resistente a la carga o cada uno de ellos
puede ser un resorte de compresión.
La invención se extiende a un método para
determinar la longitud de un electrodo en la columna de electrodo
anterior en un horno de arco activo, caracterizado porque el método
según la invención incluye las etapas de soltar la fijación
inferior del electrodo, mover el electrodo, en un deslizamiento
hacia abajo, respecto al casco de la columna de electrodo
desplazando la fijación superior deslizante, la cual está fijada al
electrodo, hacia abajo por medio de los cilindros deslizantes y/o
el desvío por gravedad del electrodo, a través de la fijación
inferior suelta, midiendo la fuerza requerida para desplazar el
electrodo por medio únicamente de la fijación superior deslizante
encajada contra las fuerzas de reacción predeterminadas y
comparables que actúan contra el movimiento del electrodo y
calcular estos parámetros para determinar la masa y así la longitud
del electrodo con respecto a la masa teórica del electrodo no dañado
en el momento del movimiento.
El método puede incluir las etapas de soportar
enteramente el electrodo en el dispositivo resistente a la carga
para proporcionar un parámetro de masa de electrodo de referencia
antes de desplazar el electrodo por medio de la fijación superior
deslizante contra una desviación creciente del dispositivo
resistente a la carga siendo proporcionadas las fuerzas de soporte
de la masa del electrodo y de movimiento al ordenador como
parámetros de referencia de la longitud del electrodo.
El método puede incluir las etapas de realizar
primero el deslizamiento hacia abajo del electrodo a través de la
fijación inferior deslizante soltada a lo largo de una longitud de
deslizamiento establecida y a continuación, por medio de los
cilindros deslizantes, realizar un deslizamiento hacia arriba del
electrodo a través de la fijación superior deslizante soltada con
una longitud de carrera equivalente a la del deslizamiento hacia
abajo y calcular los parámetros de masa del electrodo y de presión
del cilindro deslizante durante cada uno de los deslizamientos para
calcular la longitud efectiva del electrodo.
El método puede incluir adicionalmente la etapa,
durante la extensión del deslizamiento hacia abajo del electrodo
desde el casco en el material del horno, de realizar dos
deslizamientos hacia abajo y un deslizamiento hacia arriba y
calcular los parámetros de masa del electrodo y presión de cilindro
deslizante durante uno de los dos deslizamientos hacia abajo y
durante el deslizamiento hacia arriba para calcular la longitud
efectiva del electrodo.
A continuación se describe la invención sólo a
título de ejemplo haciendo referencia al dibujo que es un alzado
lateral esquemático de un electrodo de horno y de un aparato usado
en combinación con el mismo en la realización del método de la
invención.
El dibujo muestra una columna 10 de electrodo, la
cual incluye un electrodo Söderberg 11, y una disposición
deslizante de electrodo indicada generalmente por 12, un casco de
electrodo 13, y un conjunto 14 de anillo de presión segmentado.
El electrodo 11 incluye un revestimiento 16
metálico cilíndrico y una parte de punta 18 de electrodo expuesta.
Se hace funcionar al electrodo 11 a la manera convencional de un
electrodo Söderberg cargando cilindros 20 de pasta, bloques o
trozos de pasta en el revestimiento 16 del electrodo desde su
extremos superior, fundiendo la pasta del revestimiento en una zona
22 de calentamiento del horno y extendiendo periódicamente la parte
de la punta 18 del electrodo, que ha sido cocida en una forma sólida
por debajo de la zona de fusión y desde la cual ha sido quemado el
revestimiento 16, en el material del horno. Se continúa este proceso
mientras el horno está en funcionamiento añadiendo pasta sólida al
revestimiento 16 conforme la parte de punta del electrodo es
consumida en el
uso.
uso.
La disposición deslizante 12 del electrodo se une
a una viga anular 24, la cual está soportada en forma desplazable
en los cilindros 26 de regulación de carga eléctrica, los cuales
están fijados a un suelo 28 suspendido en el recinto del horno por
encima del techo del horno, no representado. La disposición
deslizante 12 incluye adicionalmente unas fijaciones deslizantes
superior e inferior 30 y 32 respectivamente, las cuales son
desplazables sobre el revestimiento 16 del electrodo y con respecto
al mismo y, entre las fijaciones deslizantes, una serie de
cilindros deslizantes 34 y los correspondientes resortes 36 de
compresión.
El conjunto 14 de anillo de presión, como se
muestra en el dibujo, está suspendido del casco 13 y rodea el
electrodo 11 por debajo de la zona fundida 22 del revestimiento 16.
El conjunto 14 de anillo de presión es convenientemente el descrito
en la patente de Sudáfrica Nº 99/3870 de la misma propiedad y actúa
en las zapatas 38 de contacto eléctrico del electrodo, las cuales
son empujadas a un contacto por presión con el revestimiento del
electrodo por los fuelles 40 del segmento del anillo de presión.
A continuación se describirá el funcionamiento
del electrodo dentro de un horno de arco sumergido haciendo
referencia sólo a un único electrodo como se ilustra en el dibujo,
pero debe entenderse que la misma descripción es aplicable a los
restantes electrodos del horno.
En el uso normal en un horno, el electrodo 11
está suspendido en su casco 13, y es desplazable verticalmente con
independencia del casco. El casco 13 del electrodo, que porta las
conexiones del agua de refrigeración y del tubo de conductor
principal eléctrico (no representadas), el conjunto 14 de anillo de
presión y las zapatas 38 de contacto del electrodo, está unido a la
viga anular 24 y suspendido de la mis-
ma.
ma.
Con el extremo 18 inferior del electrodo 11
sumergido en la mezcla 42 del horno, como se muestra en el dibujo,
se regula la carga eléctrica en el electrodo por movimiento hacia
arriba y hacia abajo de los cilindros 26 de regulación de carga
eléctrica que mueven el electrodo junto con su casco hacia arriba y
hacia abajo al controlar la carga. Conforme se consume la punta del
electrodo en la mezcla 42, es necesario extender el electrodo 11 a
través de las zapatas 38 de contacto más profundamente en el
material del horno. La parte sólida 18 del electrodo se produce
constantemente durante el funcionamiento del horno a través del
proceso de cocido anteriormente descrito.
Como se mencionó anteriormente, resulta necesario
periódicamente extender la parte 18 de punta del electrodo en la
mezcla del horno para afrontar el consumo del electrodo. Para lograr
esto, se realiza un ciclo de deslizamiento hacia abajo del
electrodo 11 en la forma siguiente:
- (a)
- se sueltan del electrodo las fijaciones inferiores 32 deslizantes y el electrodo es suspendido entonces sólo de las fijaciones superiores 30 deslizantes siendo soportada a su vez la disposición de la fijación superior 30 en los correspondientes resortes 36. Los resortes 36 están establecidos con una flecha de soporte de carga determinada (la cual es la misma para la totalidad de los tres electrodos) que se usa como punto de referencia en la medición de la masa del electrodo 11.
- (b)
- Si es necesario, se activan a continuación los cilindros deslizantes 34 para apretar el electrodo desviado hacia abajo por la gravedad, dentro del relativamente estacionario casco de la columna del electrodo, contra el desvío conocido de los resortes 36, a través de las zapatas 38 de contacto y contra la presión de fijación de las zapatas 38 de contacto sobre el electrodo, siendo indicada esta carga de rozamiento por el vector 44 de carga de la zapata de contacto en el dibujo. Se desplaza el electrodo hacia abajo a través de una distancia de incremento de deslizamiento predeterminada.
- (c)
- Se vuelven a sujetar al electrodo las fijaciones inferiores 32 deslizantes, al final del incremento de deslizamiento hacia abajo, y el electrodo es de nuevo suspendido por ambas fijaciones deslizantes superior e inferior 30 y 32, y
- (d)
- Entonces se sueltan las zapatas superiores y se desplazan a su límite superior como se muestra en el dibujo, y se vuelven a fijar a fin de que queden listas para el siguiente deslizamiento.
Para comenzar el deslizamiento hacia abajo del
electrodo 11, se activan los cilindros deslizantes 34, como se
mencionó anteriormente y se eleva la presión hidráulica en los
cilindros contra una carga consistente en varias resistencias de
rozamiento estático que actúan sobre el electrodo desviado por la
gravedad y la reacción del resorte deslizante 36 desvía a un punto
en el que se logra el movimiento del electrodo y son superadas las
fuerzas que crea el rozamiento estático desconocido para pasar el
movimiento a una etapa de rozamiento cinético. En la etapa
cinética, los cilindros deslizantes 34 hidráulicos tienen que
superar la carga del resorte 36 que crece linealmente, las
resistencias del rozamiento cinético, los efectos de la flotación en
la mezcla del horno que actúan sobre el electrodo, como se indica
por las flechas 46 de vector y la resistencia de la zapata 38 de
contacto. Estos factores son magnitudes que se pueden medir.
Conociendo estos factores, se puede determinar la longitud del
electrodo 11 usando las presiones hidráulicas del cilindro
deslizante 34 a través de un proceso de toma de datos y se detecta
cualquier pérdida no predecible de masa del electrodo, tal como la
que sería causada por una rotura del electrodo en la mezcla del
horno.
En el método preferido de la invención para la
determinación de la longitud del electrodo, el proceso de toma de
datos implica dos deslizamientos hacia abajo y un deslizamiento
hacia arriba, durante los cuales se invierte la secuencia de fijar
y soltar las dos fijaciones deslizantes 30 y 32 respecto a la
secuencia anteriormente descrita, en la forma siguiente:
Cuando se inicia un deslizamiento hacia abajo, se
monitoriza la presión hidráulica en los cilindros deslizantes 34, y
se monitoriza nuevamente durante el segundo deslizamiento.
Finalmente, se monitoriza nuevamente la presión hidráulica en los
cilindros durante el deslizamiento hacia arriba. Estos valores de
presión son entonces evaluados para determinar la masa del
electrodo 11 y si existiera una rotura, detectarla.
El deslizamiento anterior hacia arriba contra la
gravedad contribuye a la alta precisión de las mediciones de los
diferentes parámetros puesto que el electrodo ya no se encuentra
influido por los efectos de flotamiento que generalmente varían a
través del baño del horno y por tanto afectan a cada electrodo en
forma diferente. El movimiento hacia arriba, contra la gravedad,
proporciona condiciones más uniformes y predecibles para todos los
electrodos. Si se rompe un electrodo, un deslizamiento hacia arriba
detectará esto inmediatamente, puesto que la sección rota
permanecerá en la mezcla del horno con una diferencia perceptible en
las lecturas de datos con respecto a los electrodos remanentes y a
sus propias lecturas previas. Usando el método anterior para la
determinación de la masa del electrodo se pueden detectar roturas de
electrodo mucho más pequeñas de lo que es posible con los métodos
conocidos.
Una importante ventaja adicional en el método de
detección de la longitud según la invención, sobre los de la
técnica anterior es que usando el método de la invención sólo se
mide la masa del electrodo contra las fuerzas externas que actúan
sobre el mismo, mientras que en los sistemas de medición de longitud
del electrodo de la técnica anterior la totalidad de la columna del
electrodo (electrodo, casco, y equipo del electrodo) que tiene una
masa que podría ser tanto como tres veces la masa del electrodo
solo, sirve como entrada de masa en los cálculos de determinación
de la longitud. Adicionalmente, como se monitoriza la masa de la
columna del electrodo, efectos de cargas adicionales que no son
determinables, procedentes de los actuales conductos flexibles
portadores del tubo conductor principal de corriente y del agua de
refrigeración distorsionan las lecturas. Estos conductos flexibles
son necesarios para permitir el movimiento del electrodo.
La invención no se limita a los detalles precisos
que aquí se describen. Por ejemplo, los resortes 36 podrían actuar
entre la disposición deslizante de la fijación 30 y la estructura
fija unida a la viga 24 en oposición a la disposición de la
fijación deslizante 32 como se describe anteriormente.
Adicionalmente, en el caso de que en cualquier momento durante el
funcionamiento del horno se deseara hacerlo, las zapatas 38 de
contacto del electrodo se podrían soltar del electrodo 11 para
eliminar su parámetro de rozamiento de fijación de una
determinación de masa de electrodo durante un deslizamiento de
electrodo.
Claims (7)
1. Una columna (10) de electrodo para uso
en un horno de arco que comprende un casco (13) de electrodo, un
electrodo (11) el cual está situado concéntricamente en el casco
(13) y desplazable en una dirección axial con respecto al mismo,
una disposición deslizante (12) de electrodo que incluye una
fijación inferior (32) deslizante de electrodo, la cual rodea el
electrodo (11) y la cual es portada por una viga anular, una
fijación superior (30) deslizante de electrodo alrededor del
electrodo (11) que está espaciada verticalmente de la fijación
inferior (32) y que se puede desplazar respecto a la misma,
cilindros deslizantes (34) que están conectados a ambas fijaciones
deslizantes (30, 32) y entre las mismas y cilindros reguladores (26)
de la carga eléctrica que están conectados para actuar entre la
viga anular (24) y la estructura fijada encima del techo del
horno,
caracterizada porque la columna (10) de
electrodo incluye al menos un dispositivo (36) resistente a la carga
que se puede deformar flexiblemente, el cual está situado entre la
fijación superior (30) deslizante y la estructura sobre la viga
anular (24) y en el cual el electrodo (11), cuando está fijado sólo
por la fijación superior (30) deslizante, puede estar soportado
totalmente y medios para medir la deformación inducida por la carga
del dispositivo (36) resistente a la carga.
2. Una columna (10) de electrodo como la
de la reivindicación 1, donde el dispositivo (36) resistente a la
carga o cada uno de ellos está encajado con las fijaciones
deslizantes inferior (32) y superior (30) de electrodo y situado
entre las mismas.
3. Una columna (10) de electrodo (11)
como la de la reivindicación 1, donde el dispositivo resistente a
la carga o cada uno de ellos es un resorte (36) de compresión.
4. Un método para determinar la longitud de un
electrodo (11) en una columna (10) de electrodo como la de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en una horno de arco
activo, caracterizado porque el método incluye las etapas de
soltar la fijación inferior (32) del electrodo (11), mover el
electrodo (11) en un deslizamiento hacia abajo, respecto al casco
(13) de la columna (10) de electrodo desplazando la fijación
superior (30) deslizante, la cual está fijada al electrodo (11),
hacia abajo por medio de los cilindros deslizantes (34) y/o el
desvío por gravedad del electrodo (11), a través de la fijación
inferior suelta, midiendo la fuerza requerida para desplazar el
electrodo (11) por medio únicamente de la fijación superior (30)
deslizante encajada contra las fuerzas de reacción predeterminadas
y comparables que actúan contra el movimiento del electrodo (11) y
calcular estos parámetros para determinar la masa y así la longitud
del electrodo (11) con respecto a la masa teórica del electrodo no
dañado en el momento del movimiento.
5. Un método como el de la reivindicación
4, que incluye las etapas de soportar enteramente el electrodo
(11) en el dispositivo (36) resistente a la carga para proporcionar
un parámetro de masa de electrodo (11) de referencia antes de
desplazar el electrodo (11) por medio de la fijación superior (30)
deslizante contra una desviación creciente del dispositivo (36)
resistente a la carga, siendo proporcionadas las fuerzas de soporte
de la masa y de movimiento del electrodo (11) al ordenador como
parámetros de referencia de la longitud del electrodo.
6. Un método como el de la reivindicación
4, que incluye las etapas de realizar primero el deslizamiento
hacia abajo del electrodo a través de la fijación inferior (32)
deslizante soltada a lo largo de una longitud de deslizamiento
establecida y a continuación, por medio de los cilindros deslizantes
(34), realizar un deslizamiento hacia arriba del electrodo (11) a
través de la fijación superior (30) deslizante soltada con una
longitud de carrera equivalente a la del deslizamiento hacia abajo
y calcular los parámetros de masa del electrodo y de presión del
cilindro deslizante durante cada uno de los deslizamientos para
calcular la longitud efectiva del electrodo.
7. Un método como el de la reivindicación
4, que incluye la etapa, durante la extensión del deslizamiento
hacia abajo del electrodo (11) desde el casco (13) en el material
(42) del horno, de realizar dos deslizamientos hacia abajo y un
deslizamiento hacia arriba y calcular los parámetros de masa del
electrodo (11) y presión de cilindro deslizante (34) durante uno de
los deslizamientos hacia abajo y el deslizamiento hacia arriba para
calcular la longitud efectiva del electrodo.
Applications Claiming Priority (2)
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