BRPI0803326A2 - aperfeiÇoamento no dispositivo para mediÇço contÍnua de temperatura de metal lÍquido utilizando processo àptico - Google Patents
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Abstract
APERFEIÇOAMENTO NO DISPOSITIVO PARA MEDIÇçO CONTÍNUA DE TEMPERATURA DE METAL LÍQUIDO UTILIZANDO PROCESSO àPTICO. O dispositivo desenvolvido para fixação do sensor óptico e centralização da cabeça sensora (32) do dispositivo para medição contínua de temperatura de metal líquido, utilizando processo óptico, é constituído de um anel de alinhamento e fixação do sensor (29) com orifícios de passagem de gás de refrigeração e arraste (30) e uma lente de proteção (31) para facilitar a leitura da temperatura no tubo cerâmico (13). As vantagens da realização da medição com este dispositivo são: maior proteção da lente de proteção (31) contra impurezas do ar atmosférico, tais como: umidade, poeira e óleo; melhor alinhamento e fixação da cabeça sensora (32); confiabilidade do ponto de leitura no tubo cerâmico (13); redução do tempo de exposição do operador a altas temperaturas; aumento da segurança operacional; redução do custo operacional; redução do custo de manutenção; maior confiabilidade da medição.
Description
"APERFEIÇOAMENTO NO DISPOSITIVO PARA MEDIÇÃO CONTÍNUA DE TEMPERATURA DE METAL LÍQUIDO UTILIZANDO PROCESSO ÓPTICO"
Como são grandes as dificuldades para se medir as
temperaturas durante os processos que envolvem a manipulação de metais líquidos nos convertedores, nas panelas e nos distribuidores do lingotamento contínuo, são utilizadas várias técnicas para monitoramento dessas temperaturas, como por exemplo, termopares especiais de platina, de ligas de metais nobres ou pirômetro óptico. No caso do processo de solidificação no lingotamento contínuo, onde requer uma medida contínua da temperatura, a fim de se obter um melhor controle operacional das máquinas de lingotamento e qualidade das placas produzidas, faz-se necessário a medição precisa da temperatura de forma contínua.
Os pedidos de patente depositados no INPI sob os números PI-0104773 e PI-0502779-9, referem-se ao método de medição contínua de temperatura em processos de elevada temperatura, utilizado com pirômetro óptico infravermelho que está baseado na emissão de luz por um material qualquer, tendo um sensor para captar esta luz emitida. A luz é transportada através de fibra óptica até um conversor de sinal (óptico para elétrico). Os valores lidos são processados no conversor de sinal, que é uma unidade eletrônica, e utiliza uma equação matemática para fazer os cálculos e fornecer a temperatura. Este sistema consiste basicamente de umdispositivo de medição, um posicionador articulável, um dispositivo de conversão de sinal e um sistema de controle.
O dispositivo de medição se interliga mecanicamente ao posicionador articulável e, eletricamente, ao dispositivo de conversão de sinal.
A unidade óptica, unidade de medição propriamente dita, compreende um sensor óptico, tubo de fixação, mangueira de aço e fibra óptica. Esta leva o sinal do sensor óptico até o dispositivo de conversão de sinal, que o envia, como sinal elétrico, para o sistema de controle.
O tubo de medição é um tubo cerâmico que, mergulhado no metal líquido, funciona como campo luminoso de visão para o sensor óptico.
Para se processar a medição, o sistema é manipulado pelo posicionador articulado, de forma a ficar situado sobre o distribuidor e movimentado até que o tubo cerâmico de medição mergulhe no banho de metal líquido até uma profundidade preestabelecida. O ajuste da distância do sensor óptico à extremidade do tubo de medição imersa no metal líquido, aliado ao perfil interno característico desse tubo de medição e o alinhamento do sensor, fazem com que esse sensor focalize o campo de visão desejado.
Este método mostrou-se mais vantajoso economicamente em relação ao uso do sensor de platina do tipo B (Termopar), porém, apresentou alguns problemas técnicos e operacionais, tais como: deficiência no alinhamento do sensor com otubo cerâmico; refrigeração ideal para a fibra óptica e o sensor sem comprometer a medição; necessidade de redução da sílica presente no interior do tubo cerâmico; variação da pressão do gás que refrigera o sensor e a fibra óptica; interferência na medição durante a variação do nível de aço líquido; fixação e alinhamento do sensor no tubo de aço inox.
A presente invenção tem por objetivo solucionar esses problemas e viabilizar a aplicação de instrumentos ópticos para a medição contínua de temperatura em processos que envolvem elevadas temperaturas, como no caso do lingotamento contínuo. O dispositivo desenvolvido possibilita a adaptação e a proteção tanto para o tubo de medição quanto para o instrumento óptico.
Este dispositivo é ilustrado nas figuras 1 e 2, onde:
1. metal líquido
2. distribuidor
3. dispositivo de medição
4. manipulador articulável
5. sistema de controle
6. braço do manipulador e entrada de gás de refrigeração e arraste
7. fibra óptica
8. conversor óptico de sinal
9. mangueira de aço
10. niple de fixação do sensor óptico
11. tubo de fixação e refrigeração do sensor óptico12. tubo guia para cerâmica de medição
13. tubo cerâmico
14. furos de saída do gás de refrigeração e arraste
15. haste de trava
16. articulações da haste de trava
17. porcas borboleta para fixação da haste
18. tampa de acesso para manutenção
19. termopar para monitoramento da temperatura do sensor óptico
20. base de assentamento do tubo cerâmico
21. controlador de temperatura interna do sensor
22. sinalizador audiovisual
23. indicador local de temperatura contínua
24. controlador lógico programável da máquina de lingotamento
25. estação supervisória
26. computador de processo
27. jaqueta com refrigeração
28. gás de refrigeração e arraste
29. anel de alinhamento e fixação do sensor
30. orifícios de passagem de gás de refrigeração e arraste
31. lente de proteção
32. cabeça sensora
33. conexão34. base de apoio do anel de alinhamento e fixação do sensor.
O dispositivo, para realizar a medição de temperatura, utiliza uma jaqueta com refrigeração (27), sendo esta refrigerada através de um gás de refrigeração e arraste (28), protegendo a cabeça sensora (32). Esta cabeça sensora (32) é conjugada com uma fibra óptica (7) e um conversor óptico de sinal (8) (óptico para elétrico). A cabeça sensora (32) é focada dentro de um tubo cerâmico (13) em alumina grafitada prensada, com capacidade de promover uma rápida condutividade térmica e luminosa, propiciando assim uma leitura precisa da temperatura do metal líquido (1) no distribuidor (2). A vida útil deste tubo cerâmico (13) depende das características do aço em produção. Em média dura 24h, podendo atingir um tempo maior.
Foi desenvolvido um sistema de refrigeração da
fibra óptica (7) e da cabeça sensora (32) com o objetivo também de fazer o arraste das partículas de sílica no interior do tubo cerâmico (13). Foi adaptado à cabeça sensora (32) um anel de alinhamento e fixação do sensor (29), a fim de garantir a centralização da cabeça sensora (32) e o ponto de leitura no tubo cerâmico (13).
Ao longo do anel de alinhamento e fixação do sensor (29), foram feitos orifícios de passagem de gás de refrigeração e arraste (30).
O gás de refrigeração e arraste (28), ao passar pelos orifícios de passagem de gás de refrigeração e arraste (30), forma umacortina de proteção da lente de proteção (31), impedindo que impurezas do ar atmosférico, tais como: umidade, poeira e óleo, venham prejudicar a eficiência da leitura da cabeça sensora (32), mantendo a lente de proteção (31) limpa. A lente de proteção (31), que pode ser de safira,
quartzo ou outro material, tem por finalidade proteger a cabeça sensora (32) contra acidentes operacionais.
O anel de alinhamento e fixação do sensor (29), com orifícios de passagem de gás de refrigeração e arraste (30), tem por finalidade fixar e centralizar a cabeça sensora (32), apoiando-se na base de apoio do anel de alinhamento e fixação do sensor (34).
A cabeça sensora (32) é conectada ao anel de alinhamento e fixação do sensor (29) e este, à lente de proteção (31).
Estando conectados a cabeça sensora (32) no anel de alinhamento e fixação do sensor (29) e este, à lente de proteção (31), o conjunto é posicionado na base de apoio do anel de alinhamento e fixação do sensor (34).
A conexão (33) exerce a função de fixar o anel de alinhamento e fixação do sensor (29) na base de apoio do anel de alinhamento e fixação do sensor (34) e ao tubo de fixação e refrigeração do sensor óptico (11).
O princípio básico de funcionamento da cabeça sensora (32) consiste na leitura da radiação luminosa emitida por um material qualquer. A luz irradiada é lida pela cabeça sensora (32) e 25 transportada através de uma fibra óptica (7) até um conversor ópticode sinal (8), que converte o sinal óptico para elétrico (saída de 4 a 20mA). A cabeça sensora (32) possui dois sensores que fazem as leituras simultaneamente. Os valores lidos são processados no conversor óptico de sinal (8), que é uma unidade eletrônica, e utiliza
uma equação matemática para fazer os cálculos e fornecer a saída de temperatura do processo, que é proporcional à temperatura do tubo cerâmico (13). O resultado dessa equação independe da emissividade do tubo cerâmico (13), dependendo apenas do comprimento de onda gerado no interior do tubo cerâmico (13) aquecido, que é proporcional
à temperatura que ele está submetido.
Nesse sistema, para garantir a continuidade da medição, substitui-se apenas o tubo cerâmico (13) a cada troca do distribuidor (2), não sendo necessário trocar a cabeça sensora (32). Esta substituição é rápida e fácil.
As vantagens da realização da medição com este
dispositivo são: maior proteção e eficiência na limpeza da lente de proteção (31), evitando impurezas do ambiente de medição, tais como: umidade, poeira e óleo; melhor alinhamento e garantia da centralização da cabeça sensora (32); confiabilidade do ponto de
leitura no tubo cerâmico (13); redução do tempo de exposição do operador a altas temperaturas; aumento da segurança operacional; redução do custo operacional; redução do custo de manutenção; maior confiabilidade da medição.
O dispositivo está isento das interferências do
operador no que diz respeito à medição e ao manuseio durante asubstituição do tubo cerâmico (13), pois a cabeça sensora (32) foi montada de tal forma que os impactos externos não causam nenhum dano no momento da troca do tubo cerâmico (13).
Claims (5)
1 ."APERFEIÇOAMENTO NO DISPOSITIVO PARA MEDIÇÃO CONTÍNUA DE TEMPERATURA DE METAL LÍQUIDO UTILIZANDO PROCESSO ÓPTICO", destinado a solucionar problemas e viabilizar a aplicação de instrumentos ópticos para a medição contínua de temperatura em processos de elevada temperatura, caracterizado por ser constituído de um sistema para alinhamento e fixação da cabeça sensora (32), composto de um anel de alinhamento e fixação do sensor (29), contendo orifícios de passagem de gás de refrigeração e arraste (30), conexão (33), um sistema de limpeza e proteção da cabeça sensora (32), e lente de proteção (31).
2. "APERFEIÇOAMENTO NO DISPOSITIVO PARA MEDIÇÃO CONTÍNUA DE TEMPERATURA DEMETAL LÍQUIDO UTILIZANDO PROCESSO ÓPTICO",conforme reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o anel de alinhamento e fixação do sensor (29) é conectado na sua extremidade superior à cabeça sensora (32) e na extremidade inferior apoiado e fixado à base de apoio do anel de alinhamento e fixação do sensor (34).
3. "APERFEIÇOAMENTO NO DISPOSITIVO PARA MEDIÇÃO CONTÍNUA DE TEMPERATURA DE METAL LÍQUIDO UTILIZANDO PROCESSO ÓPTICO",conforme reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o anel de alinhamento e fixação do sensor (29), é composto de orifícios de passagem de gás de refrigeração e arraste (30), distribuídos de forma eqüidistantes.
4 "APERFEIÇOAMENTO NO DISPOSITIVO PARA MEDIÇÃO CONTÍNUA DE TEMPERATURA DE METAL LÍQUIDO UTILIZANDO PROCESSO ÓPTICO",conforme reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a lente de proteção (31) é adaptada na extremidade inferior do anel de alinhamento e fixação do sensor (29).
5 "APERFEIÇOAMENTO NO DISPOSITIVO PARA MEDIÇÃO CONTÍNUA DE TEMPERATURA DEMETAL LÍQUIDO UTILIZANDO PROCESSO ÓPTICO",conforme reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás de refrigeração e arraste (28), ao atravessar os orifícios de passagem de gás de refrigeração e arraste (30), forma uma cortina de proteção na cabeça sensora (32).
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