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ES2382511B1 - Sistema de carga de cátodos de cobre automatizado y procedimiento de utilización - Google Patents

Sistema de carga de cátodos de cobre automatizado y procedimiento de utilización Download PDF

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ES2382511B1 ES201230393A ES201230393A ES2382511B1 ES 2382511 B1 ES2382511 B1 ES 2382511B1 ES 201230393 A ES201230393 A ES 201230393A ES 201230393 A ES201230393 A ES 201230393A ES 2382511 B1 ES2382511 B1 ES 2382511B1
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Abstract

Sistema y método de automatización integral de carga de cátodos de cobre mediante vagonetas, que optimiza el proceso de carga de un alto horno vertical mediante la utilización de un controlador lógico programable que controla el proceso de carga y descarga de la vagoneta y la llegada de la vagoneta a las posiciones de carga y descarga de metal a fundir. El sistema comprende fotocélulas de seguridad.

Description

Sistema de carga de cátodos de cobre automatizado y procedimiento de utilización.
Sector tecnico de la invencion
La invención pertenece al sector de la metalurgia del cobre y más concretamente al sector de los sistemas de alimentación de cátodos de cobre a altos hornos verticales mediante vagonetas que se mueven por raíles.
Antecedentes de la invencion
Son bien conocidos en el sector de la técnica de la fundición de metales en altos hornos verticales los sistemas de alimentación mediante vagonetas, también conocidas en el argot técnico como “skips”. Estas vagonetas se mueven entre una posición de carga del metal a fundir y una posición de descarga del metal a fundir al horno. Los dispositivos de accionamiento de las vagonetas suelen ser motores eléctricos acoplados mediante engranajes a los ejes de las ruedas de las vagonetas o mediante cables que mueven las vagonetas. Los dichos cables son accionados mediante cabrestantes u otros sistemas conocidos accionados a su vez por motores eléctricos.
El recorrido de las vagonetas entre la posición de carga y la posición de descarga puede ser horizontal cuando la posición de carga esta a la misma altura que la posición de descarga o boca del horno, o con una determinada pendiente cuando la posición de carga esta a una altura inferior a la altura correspondiente a la posición de descarga.
El control de las vagonetas, es decir, su puesta en marcha desde la posición de carga o desde la posición de descarga es manual y controlado por un operario.
El proceso de carga de las vagonetas depende del metal a fundir y del estado del mismo, es decir, si se presenta molido o en bloques. La carga puede ser completamente manual, ayudado por dispositivos mecánicos como tolvas, tapices rodantes, grúas o cualquier otro dispositivo.
El proceso de descarga de la vagoneta al alto horno vertical es también controlado y accionado por un operario, existen numerosos dispositivos en el estado de la técnica para realizar la descarga de la vagoneta al alto horno vertical.
Estos sistemas de carga de altos hornos verticales son aplicados a la fundición de cátodos de cobre.
Estos sistemas y procedimientos de carga de metal a fundir exigen la presencia de al menos un operario que controle el sistema de carga y a su vez el nivel de metal en el alto horno vertical con el objetivo de detectar cuando se necesita alimentar el alto horno vertical para mantener un proceso de fundición continuo o cuando se necesita detener el proceso de carga para evitar que la cantidad de metal dentro del horno sobrepase los valores prefijados en su diseño.
Por otra parte, el proceso de carga conlleva situaciones potencialmente peligrosas para el operario.
Descripcion de la invencion
El objeto del sistema de carga de cátodos de cobre automatizado y su procedimiento de utilización tiene como objetivo optimizar la cantidad de metal dentro del alto horno vertical para mejorar el rendimiento del proceso de fundición y el suministro de metal fundido y también reducir la intervención humana en la operación del sistema de carga evitando situaciones potencialmente peligrosas para los operarios.
El sistema de automatización integral de carga de cátodos de cobre en altos hornos verticales comprende una vagoneta que se mueve por uno o varios raíles que tienen instalados sendos limitadores de carrera el primero de ellos situado en la posición de carga y el segundo limitador situado en la posición de descarga.
La invención incorpora en el motor eléctrico encargado de mover la vagoneta por medio de unos cables, un elemento electrónico encargado de controlar su puesta en marcha y parada y la posición de la vagoneta en el trayecto que realiza.
Para facilitar la automatización de la carga de la vagoneta y evitar una sobrecarga de la misma se instala en el extremo fijo de los cables que mueven la vagoneta un limitador de carga.
ES 2 382 511 A1
Fuera del alto horno vertical y enfocado a la boca de llenado del alto horno vertical se dispone un radar que mide el nivel de metal dentro del alto horno vertical, emitiendo y recibiendo ondas electromagnéticas, con el fin de optimizar el rendimiento del proceso y el flujo de cobre fundido en la salida del alto horno vertical.
El sistema de carga comprende elementos de seguridad.
En una realización preferente de la invención el sistema de carga de la vagoneta esta totalmente automatizado mediante cualquiera de los dispositivos conocidos en el estado de la técnica o en manual.
En una realización preferente de la invención los elementos de seguridad comprenden una o más fotocélulas situadas en la posición de carga con la finalidad de que dichas fotocélulas detecten posibles obstáculos que imposibiliten o afecten al movimiento de la vagoneta.
En otra realización preferente de la invención los elementos de seguridad comprenden uno o más elementos electrónicos detectores en posiciones predeterminadas en los raíles, dichos elementos electrónicos detectores detectan el paso de la vagoneta por sus posiciones determinadas y envían una señal al controlador lógico programable, para que dicho controlador lógico programable la compare con la señal de posición de la vagoneta enviada por el elemento electrónico del motor.
Todos los elementos del sistema de automatización integral de carga de cátodos de cobre están conectados y controlados por un controlador lógico programable que recibe y envía las señales adecuadas de acuerdo a su programación interna a los limitadores de carrera, a la fotocélula de seguridad, al limitador de carga, al elemento electrónico instalado en el motor de la vagoneta, al radar, a los elementos electrónicos detectores de posición y a los sistemas de carga de la vagoneta.
El proceso o método de utilización del sistema de carga de cátodos de cobre automatizado tiene las siguientes etapas:
a.
El limitador de carrera situado en la posición de carga de la vagoneta detecta la presencia de la vagoneta en la posición de carga y envía una señal al controlador lógico programable.
b.
El radar envía una señal al controlador lógico programable de que el nivel de cobre dentro del alto horno vertical esta por debajo de un nivel predeterminado.
c.
El controlador lógico programable envía una señal al sistema de carga para que proceda a la carga de cátodos de cobre en la vagoneta.
d.
El sistema de carga envía una señal al controlador lógico programable de que la carga de la vagoneta está realizada.
e.
Las fotocélulas situadas en la posición de carga envían una señal al controlador lógico programable de que no hay obstáculos que impidan o perturben el movimiento de la vagoneta.
f.
El controlador lógico programable envía una señal al elemento electrónico para que mueva la vagoneta hasta la posición de descarga.
g.
El elemento de control del motor envía continuamente señales indicando la posición de la vagoneta en su desplazamiento entre la posición de carga y la posición de descarga.
h.
Cuando uno de los elementos electrónicos detectores detecta el paso de la vagoneta, envía una señal al controlador lógico programable que compara la posición de la vagoneta indicada por el elemento electrónico del motor con la posición indicada por el elemento electrónico detector.
i.
El limitador de carrera situado en la posición de descarga detecta la presencia de la vagoneta y envía una señal al controlador lógico programable.
j.
Transcurrido el tiempo predeterminado para la descarga de la vagoneta, el controlador lógico programable envía una señal al elemento electrónico de control del motor para que mueva la vagoneta desde la posición de descarga a la posición de carga.
k.
El elemento de control del motor envía continuamente señales indicando la posición de la vagoneta en su desplazamiento entre la posición de descarga y la posición de carga.
l.
Cuando uno de los elementos electrónicos detectores detecta el paso de la vagoneta, envía una señal al controlador lógico programable que compara la posición de la vagoneta indicada por el elemento electrónico del motor con la posición indicada por el elemento electrónico detector.
m.
En el caso de que la descarga no se haya realizado o no se haya realizado completamente, el limitador de carga envía una señal al controlador lógico programable para que no envíe la señal para el proceso de carga.
Descripcion de las figuras
La figura 1 muestra un esquema de un sistema de carga de cátodos de cobre automatizado en el cual la posición de carga (2) está a un nivel inferior que la posición de descarga (3).
1.
Alto horno vertical
ES 2 382 511 A1
2.
Posición de carga
3.
Posición de descarga
4.
Boca del horno
5.
Vagoneta
6.
Raíles
7.
Motor eléctrico
8.
Cable
9.
Limitador de carrera
10.
Fotocélulas
11.
Elemento electrónico
12.
Elemento electrónico detector
13.
Limitador de carga
14.
Radar
Reali�acion preferente de la invencion
Los elementos que comprende el sistema de automatización integral de carga de cátodos de cobre anteriormente descritos son ampliamente conocidos en el estado de la técnica, y se pueden acoplar a cualquiera de los sistemas manuales de carga y descarga de cátodos de cobre con los cableados necesarios para la conexión de los diferentes elementos.
Una realización preferente de la invención incorpora una posición de carga (2) de la vagoneta (5) y una posición de descarga (3) de los cátodos de cobre al alto horno vertical (1) por la boca del horno (4). En esta realización la altura de la posición de descarga (3) es superior a la altura de la posición de carga (2).
En la posición de carga (2) se instalan el número de fotocélulas (10) necesarias y en las posiciones adecuadas para detectar obstáculos que puedan impedir la carga de la vagoneta (5), ocasionar su descarrilamiento o ser causa de que los operarios que controlan el proceso sufran accidentes.
Los cátodos de cobre son cargados en la vagoneta (5), fabricada en acero, cuando dicha vagoneta (5) esta situada en la posición de carga (2) mediante un sistema de carga, no mostrado en la figura 1.
El limitador de carga (13) está situado en el extremo fijo superior del cable (8) metálico que mueve la vagoneta (5) cuyo objetivo es no sobrecargar el sistema de tracción y aportar al alto horno vertical (1) la adecuada cantidad de cátodos de cobre para que el proceso de fusión de los mismos tenga el rendimiento previsto y que el suministro de cobre fundido sea continuo y en la cantidad adecuada.
Los raíles en la posición de descarga (3) están diseñados de la manera adecuada para que en dicha posición de descarga la vagoneta quede con su parte superior orientada hacia debajo de tal manera que la descarga de los cátodos sea por gravedad.
La posición de carga (2) y la posición de descarga (3) están unidas por unos raíles (6). La vagoneta (5) es movida entre la posición de carga (2) y la posición de descarga (3), y viceversa, mediante un sistema de cables (8) metálicos accionados por un motor eléctrico (7) que incorpora un elemento electrónico (11) que suministra una señal que indica la posición de la vagoneta durante su traslado y controla la puesta en marcha y la parada de dicho motor eléctrico.
Sendos limitadores de carrera (9) se instalan en la posición de carga (2) y en la posición de descarga (3) con el fin de indicar cuando la vagoneta llega a la posición de carga (2) o a la posición de descarga (3).
Fuera del alto horno vertical (1) y orientado hacia la boca del horno se instala un radar (14) que emite y recibe ondas electromagnéticas para medir el nivel de cobre dentro del alto horno vertical (1).
Así mismo se instalan dos elementos electrónicos detectores (12) de la posición de la vagoneta (5).
Por último un controlador lógico programable que recibe las señales de los elementos anteriormente descritos y emite las correspondientes señales a dichos elementos cuando sea necesario.
ES 2 382 511 A1

Claims (6)

  1. REIvINDICACIoNES
    1.
    Sistema de carga de cátodos de cobre automatizado mediante una vagoneta que se mueve por raíles entre la posición de carga y la posición de descarga, la vagoneta es movida por un sistema de cables de tracción accionado por un motor eléctrico y su correspondiente transmisión, en la posición de carga se ha situado un primer limitador de carrera y en la posición de descarga se ha situado un segundo limitador de carrera, y un sistema de carga de la vagoneta, caracterizado porque comprende un radar situado fuera del alto horno vertical y enfocado a la boca de llenado de dicho alto horno vertical, un limitador de carga de la vagoneta, un elemento electrónico situado en el motor eléctrico, elementos de seguridad y un controlador lógico programable conectado con los limitadores de carrera, el limitador de carga, el elemento electrónico, el radar, los elementos de seguridad y el sistema de carga de la vagoneta.
  2. 2.
    Sistema de carga de cátodos de cobre automatizado según reivindicación 1 caracterizado porque el sistema de carga de la vagoneta es manual o automático.
  3. 3.
    Sistema de carga de cátodos de cobre automatizado según reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque los elementos de seguridad comprenden una o más fotocélulas instaladas en la posición de carga.
  4. 4.
    Sistema de carga de cátodos de cobre automatizado según reivindicaciones 1 – 3 caracterizado porque los elementos de seguridad comprenden uno o más elementos electrónicos detectores situados en posiciones diferentes de los raíles.
  5. 5.
    Procedimiento de utilización de un sistema de carga de cátodos de cobre automatizado según reivindicaciones 1
    – 4 caracterizado porque comprende las siguientes etapas.
    a.
    El limitador de carrera situado en la posición de carga de la vagoneta detecta la presencia de la vagoneta en la posición de carga y envía una señal al controlador lógico programable.
    b.
    El radar envía una señal al controlador lógico programable de que el nivel de cobre dentro del alto horno vertical esta por debajo de un nivel predeterminado.
    c.
    El controlador lógico programable envía una señal al sistema de carga para que proceda a la carga de cátodos de cobre en la vagoneta.
    d.
    El sistema de carga envía una señal al controlador lógico programable de que la carga de la vagoneta está realizada.
    e.
    Las fotocélulas situadas en la posición de carga envían una señal al controlador lógico programable de que no hay obstáculos que impidan o perturben el movimiento de la vagoneta.
    f.
    El controlador lógico programable envía una señal al elemento electrónico para que mueva la vagoneta hasta la posición de descarga.
    g.
    El elemento de control del motor envía continuamente señales indicando la posición de la vagoneta en su desplazamiento entre la posición de carga y la posición de descarga.
    h.
    Cuando uno de los elementos electrónicos detectores detecta el paso de la vagoneta, envía una señal al controlador lógico programable que compara la posición de la vagoneta indicada por el elemento electrónico del motor con la posición indicada por el elemento electrónico detector.
    i.
    El limitador de carrera situado en la posición de descarga detecta la presencia de la vagoneta y envía una señal al controlador lógico programable.
    j.
    Transcurrido el tiempo predeterminado para la descarga de la vagoneta, el controlador lógico programable envía una señal al elemento electrónico de control del motor para que mueva la vagoneta desde la posición de descarga a la posición de carga.
    k.
    El elemento de control del motor envía continuamente señales indicando la posición de la vagoneta en su desplazamiento entre la posición de descarga y la posición de carga.
    l.
    Cuando uno de los elementos electrónicos detectores detecta el paso de la vagoneta, envía una señal al controlador lógico programable que compara la posición de la vagoneta indicada por el elemento electrónico del motor con la posición indicada por el elemento electrónico detector.
    m.
    En el caso de que la descarga no se haya realizado o no se haya realizado completamente, el limitador de carga envía una señal al controlador lógico programable para que no envíe la señal para el proceso de carga.
    ES 2 382 511 A1
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201230393
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 14.03.2012
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    EP 0526664 A1 (SIBAG SCHMID INDUSTRIEBERATUNG) 10/02/1993, todo el documento. 1-5
    A
    JP 62182231 A (MITSUI MINING & SMELTING CO) 10/08/1987, resumen; figuras. 1-5
    A
    CN 1146382 A (YANG JIAQIN) 02/04/1997, resumen; figuras. 1-5
    A
    CN 101020933 A (UNIV BEIJING SCIENCE & TECH) 22/08/2007, resumen; figuras. 1-5
    A
    DE 4027972 A1 (WURTH PAUL SA ET AL.) 14/03/1991, resumen; figuras. 1-5
    A
    JP 63229384 A (KOBE STEEL LTD) 26/09/1988, resumen; figuras. 1-5
    A
    JP 52138405 A (NIPPON STEEL CORP) 18/11/1977, resumen; figuras. 1-5
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 28.05.2012
    Examinador M. P. Prytz González Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201230393
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD
    F27D3/00 (2006.01) F27D3/06 (2006.01) F27D3/12 (2006.01) F27D19/00 (2006.01) F27B1/00 (2006.01) C22B15/02 (2006.01)
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    F27D, F27B, C22B
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados)
    INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201230393
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 28.05.2012
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201230393
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    EP 0526664 A1 (SIBAG SCHMID INDUSTRIEBERATUNG ) 10.02.1993
    D02
    JP 62182231 A (MITSUI MINING & SMELTING CO) 10.08.1987
    D03
    CN 1146382 A (YANG JIAQIN) 02.04.1997
    D04
    CN 101020933 A (UNIV BEIJING SCIENCE & TECH) 22.08.2007
    D05
    DE 4027972 A1 (WURTH PAUL SA et al.) 14.03.1991
    D06
    JP 63229384 A (KOBE STEEL LTD) 26.09.1988
    D07
    JP 52138405 A (NIPPON STEEL CORP) 18.11.1977
  6. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    La presente solicitud de patente hace referencia a un sistema de cátodos de cobre automatizado y a su procedimiento de utilización. Consta la solicitud de 5 reivindicaciones, siendo independientes las reivindicaciones 1 y 5 y las reivindicaciones 2 a 4 dependientes de la reivindicación 1.
    Es propósito de la primera reivindicación un sistema de cátodos de cobre automatizado mediante una vagoneta que se mueve por raíles entre la posición de carga y la posición de descarga. La vagoneta es movida por un sistema de cables de tracción accionado por un motor eléctrico y su correspondiente transmisión. En la posición de carga se ha situado un primer limitador de carrera y en la posición de descarga se ha situado un segundo limitador de carrera, y un sistema de carga de la vagoneta; caracterizado porque comprende un radar situado fuera del alto horno vertical y enfocado a la boca de llenado de dicho alto horno vertical, un limitador de carga de la vagoneta, un elemento electrónico situado en el motor eléctrico, elementos de seguridad y un controlador lógico programable conectado con los limitadores de carrera, el limitador de carga, el elemento electrónico, el radar, los elementos de seguridad y el sistema de carga de la vagoneta.
    La reivindicación 5 hace referencia a un procedimiento de utilización del sistema de carga de cátodos de cobre automatizado como el de la reivindicación 1.
    Los documentos D01 a D07 suponen una representación del estado de la técnica la que pertenece la invención. Ninguno de los documentos citados considerados de modo aislado o en combinación, divulgan un sistema de cátodos de cobre automatizado con las características que se reivindican en la primera reivindicación. Por tal motivo, el objeto inventivo de la reivindicación 1 puede considerarse nuevo y que posee actividad inventiva, en el sentido de los artículos 6 y 8, respectivamente, de la ley 11/1986 de Patentes.
    Al ser nueva y con actividad inventiva la reivindicación 1 también resultan nuevas y con actividad inventiva las reivindicaciones 2 a 4 por ser dependientes de la reivindicación 1, así como la reivindicación 5 por tratarse de un procedimiento basado en el sistema de la reivindicación 1.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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