專利名稱：確定電弧爐中內(nèi)含物的性質的方法
確定電弧爐中內(nèi)含物的性質的方法本發(fā)明涉及一種確定用于熔化爐料(Einsatgut)的電弧爐中內(nèi)含物 性質的方法。在電弧爐中通過引入能量熔化爐料如金屬廢料。例如在生產(chǎn)鋼的電 弧爐中將能量加到爐料中，其中借助于電極產(chǎn)生電弧。優(yōu)選也經(jīng)加入如 至少含部分碳和/或氧的燃料以輸入化學能。和分級金屬廢料和將金屬廢i經(jīng)分類和依加料方案加到電弧爐中。、基于 金屬廢料分類和基于加料方案則就要能判定爐內(nèi)出現(xiàn)的狀況，但該判定 會出現(xiàn)較高的不可靠性和易于出差錯。本發(fā)明的目的是提供一種用于確定電弧爐中內(nèi)含物的性質的改進 方法。本發(fā)明的目的是通過一種確定電弧爐(特別是電力電弧爐)中內(nèi)含 物的性質的方法實現(xiàn)的，該方法中測定電弧爐中的聲學信號。由此和特 別是通過評定所測得的聲學信號可基本準確和可靠地確定該電弧爐(特 別是電力電弧爐)中的內(nèi)含物的性質。通過本發(fā)明的用于確定電弧爐中 內(nèi)含物的性質的改進方法可局部和定量地調(diào)節(jié)對電弧爐(特別是電力電 弧爐)的能量輸入。優(yōu)點是至少可用配置在電弧爐爐容器和/或其它部位上的聲傳感器 測量聲學信號。優(yōu)點是還借助于至少一個電傳感器測定電信號，特別是電流、電壓 和/或能量來確定電弧爐(特別是電力電弧爐)中內(nèi)含物的性質。由此， 特別是通過對由聲測量和電測量得到的測量數(shù)據(jù)的共同判定可獲得關 于電弧爐中內(nèi)含物的性質的基本準確的信息。優(yōu)點是借助于電傳感器可測量電信號，特對電弧爐中至少兩電極間 的電流、電壓和/或能量。優(yōu)點是可確定優(yōu)選至少部分由金屬廢料組成的爐料的性質。優(yōu)點是可將測量值和/或由測量值得到的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，以提 前獲知爐料的塌落。優(yōu)點是可將實際測量值和/或由實際測量值得到的數(shù)據(jù)與測量值和/或與在數(shù)據(jù)庫中存儲的相應數(shù)據(jù)相比較。如此可特別早期獲知電弧爐中 很可能導致爐料塌落和/或導致電極受損的內(nèi)含物的性質。由此可及時克 服這類事件。本發(fā)明的目的是通過運行電弧爐的方法實現(xiàn)的，其中應用借助前述 方法測定的關于電弧爐中內(nèi)含物的性質的信息來控制或調(diào)節(jié)電弧爐。 優(yōu)點是可調(diào)節(jié)電極的能量輸入以避免一個或多個電極破損。 優(yōu)點是可調(diào)節(jié)電極的位置。優(yōu)點是可有目的地不對稱地操作電弧爐，即至少可暫時不對稱地調(diào) 節(jié)該電極的位置和/或對電極的能量輸入。優(yōu)點是可調(diào)節(jié)電弧爐中的化學能輸入。本發(fā)明的目的是通過具有適用于實施前述方法的裝置的設備實現(xiàn) 的，其中該設備具有帶聲傳感器的電弧爐。本發(fā)明的其它優(yōu)點和細節(jié)將在下面根據(jù)實施例及附圖來加以說明。附圖簡介

圖1示意性示出具有爐容器的連接有計算設備的電弧爐，圖2示意性示出爐容器，圖3示出爐容器的扇形段，圖4示意性示出爐容器中傳播聲學信號的實例。圖l示出電弧爐l,其示例性的呈電力電弧爐結構。該電弧爐l具 有多個(所示實施例中為3個)電極3a、 3b、 3c,其位置優(yōu)變化排列， 并至少部分突出于該電弧爐的容器2。在電極3a、 3b、 3c之間或電極3a、 3b、 3c和爐容器2之間優(yōu)選可 流過電流。由此引起在爐容器2中形成電弧6。該電弧6在圖中僅以符 號表示。為測量電信號ES,例如為測量電極3a、 3b、 3c之間的電流配 置有電傳感器4a。圍繞電弧爐1配置有聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t,借助于該聲傳感器測得來自電弧爐1內(nèi)部的聲學信號Nd、 Ne、 Ng(見圖4)。將該聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t的 測量數(shù)據(jù)送入適宜的分析部件U中。視需要也將至少一個電傳感器4a 的測量數(shù)據(jù)送入適宜的分析部件11中。在所示實施例中，聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t圍繞 爐容器2配置。聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t不僅可配置在爐容器2上，還可例如替代地或者附加地配置在未詳細示出的電孤爐 1的蓋上。聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t例如可與爐容器 2連接配置和/或與電弧爐1間接和/或直接連接配置。但特別有利的是聲 傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t直接配置在爐容器2上和/或直 接配置在未詳細示出的電弧爐1的蓋上。優(yōu)選配置與電弧爐1相連的計算設備10。該計算設備10對電弧爐 給出控制信號CS以例如影響該電極3a、 3b、 3c的位置和/或對電極3a、 3b、 3c的能量輸入。為此該計算設備IO具有控制模塊2。該計算設備 10優(yōu)選具有分析裝置11，視需要借助該裝置處理和分析從多個聲傳感 器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t和/或至少一個由傳感器4a傳來的 測量數(shù)據(jù)。通過對聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t的信號求 值以完成固體傳聲分析。如圖2所示，該爐容器2可分成一個或多個角度為ou的扇形段Sn。優(yōu)選這些扇形段Sn具有相同的角度CCn。在另一備選方案中，扇形段Sm和扇形段Sn的角度是不同的。例如可將爐容器2如此分割為扇形段Sn,以使這些扇形段Sn至少近似呈點對稱排列。優(yōu)選是每個扇形段Sn均配置至少一個聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t。在本發(fā)明的示 例性實施方案中，可在一個或多個扇形段Sn不配置聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t。但按本發(fā)明至少配置一個聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t。優(yōu)選配置至少兩個聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t。如圖3所示，角度為ou的扇形段Sn可再分成水平扇形段hs!、hs2、…、 hsn和/或垂直的扇形段VS!、 VS2、…、VSn,以確定該聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t的排列。圖4示意性示出電弧爐1的截面，其中特別是僅示意性示出爐容器 2的內(nèi)含物以及電極3a。在爐容器2中有爐料7，特別是金屬廢料，其 借助于至少一個電極3a熔化成熔體8，特別是熔化成液態(tài)鋼。該爐料7 的熔化特別是如此實現(xiàn)的，即在僅以符號示出的特別是在電極3a和爐 料7或熔體8之間形成的電弧6的作用下向電弧爐1內(nèi)部輸送能量。在 電弧爐1的內(nèi)部可在熔體8上面形成渣9。該爐料7呈多塊狀，并優(yōu)選基本上呈固相存在。電弧爐l的內(nèi)含物 的性質，特別是爐料7的性質主要由爐料7的塊狀(Stiicldgkeit)表征。該爐料7的塊狀例如通過爐料7的長、寬、高、位置、形狀、重量和/ 或密度或形成爐料7的塊表征。爐料7，特別是金屬廢料的塊狀和特別 是位置影響能量向電弧爐1的輸入。該所述的爐料7的特征或特性甚至 該電弧爐1的內(nèi)含物的性質可引發(fā)金屬廢料塌落，該塌落可導致電極破 損和由此可導致電弧爐1的停工。向電弧爐1的能量輸入會由于爐料7 的不均勻性和/或不一致性而波動，因此一個或多個在圖中未詳細示出的 與電極3a、 3b、 3c相連接的爐變壓器的產(chǎn)能(Leistungs傷higkeit)未能 完全利用。借助于本發(fā)明可最大程度地避免爐料7的塌落、電極破損和 爐的停工。通過適當調(diào)節(jié)可較好地利用一個或多個爐變壓器的產(chǎn)能。為此在爐 容器2上，特別是爐容器2的壁上優(yōu)選配置多個聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t以進行固體傳聲測量，其中一些已示例性示于圖1 和4中。為進行固體傳聲測量，該聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t配置在圍繞爐的合適的測量位置上，視需要還可附加配置在爐蓋 上。借助于聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t可進行固體傳聲 分析。同時通過合適的測量方法處理和分析提供的電流信號，即電信號 ES(見圖1)。借助于圖1中所示的分析裝置11用一個或多個用于分析 數(shù)據(jù)的混合系統(tǒng)形式的算法處理優(yōu)選由兩種測量方法(電測量和聲測 量)所提供的信號。特別是通過電極和爐料7或熔體8之間的電弧6產(chǎn)生聲學信號Nd、Ne、 Ng。
一部分聲學信號Ne、 Ne在爐料7，特別是金屬廢料上經(jīng)折射。由此形成折射聲學信號Nd。聲學信號穿過爐料7和/或在其上被折射。兩者可能多次發(fā)生，并且不同的聲學信號Nd、 Ne、 Ng以不同方法發(fā)生。該聲學信號在爐容器2壁(壁、面板和蓋)上，特別是通過爐料7的固 體繼續(xù)傳導。通過關聯(lián)借助于聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t測得的測量數(shù)據(jù)可得出關于爐料7的密度的信息，特別是例如可算出 在何處存在最高或最低的金屬廢料密度。通過分析借助于聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t測得的測量數(shù)據(jù)可獲取關于電弧爐1中爐 料7的塊狀和/或位置的信息。分析時還視需要考慮電信號ES。由于電 信號，特別是由于測出金屬廢料密度就可有目的地不對稱地操作電弧 爐，即可對電極3a、 3b、 3c不對稱地輸入能量和/或可不對稱地改變電 極3a、 3b、 3c的位置。該電極3a、 3b、 3c優(yōu)選呈垂直可移動配置。因此，金屬廢料密度是特別有關的信息，因為較低密度的金屬廢料比較高 密度的金屬廢料更快熔化。在含較低密度的金屬廢料區(qū)例如也可由于不 存在泡沫渣而降低能量輸入。為此在較高密度的金屬廢料區(qū)可增加相應 量的能量輸入?；诮柚诼晜鞲衅?a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t得到的測量 數(shù)據(jù)的分析，其中視需要在分析時還可考慮電信號ES，可調(diào)節(jié)對電弧 爐1的化學能輸入。該化學能輸入影響或引起電弧爐1內(nèi)部的燃燒過程。 對電弧爐1的化學能輸入例如可通過控制在圖中未詳細示出的噴槍和/ 或借助于所謂的"集束射流(Coherent Jets )，，實現(xiàn)。由聲學測量所得的測量數(shù)據(jù)可借助于分析裝置11處理成分析數(shù)據(jù)。 如前所述，該分析數(shù)據(jù)例如可用來使電弧爐1中的能量輸入最佳化。借 助于分析數(shù)據(jù)也可預先推算出可能的金屬廢料的塌落。優(yōu)選也可借助于 電測量得出分析數(shù)據(jù)。測量數(shù)據(jù)和/或分析數(shù)據(jù)可存儲在圖中未詳細示出 的數(shù)據(jù)庫中，并有利地使用電弧爐1的預見性調(diào)節(jié)。在數(shù)據(jù)庫中優(yōu)選存 儲適于電弧爐內(nèi)含物性質的特性數(shù)據(jù)，即下面稱為特征。作為塌落特征 例如可存儲金屬廢料塌落前兆的信號序列。借助于數(shù)據(jù)庫和其中存儲的 特性形成優(yōu)選的自學習體系，借助于該體系可調(diào)節(jié)用于電弧爐，特別是 電極3a、 3b、 3c的能量輸入，以能避免將要發(fā)生的金屬廢料塌落或電 極破損。為固體傳聲分析或配置聲傳感器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t, 該爐容器2如圖2和3中所示，優(yōu)選呈筒形容器是理想的，并分成扇形段Sn。扇形段Sn和水平扇形段或垂直扇形段hSi、 hs2.....hSn或VS、VS2.....VSn的數(shù)目通過準確性的典型值或通過為電弧爐1運行的某可靠性值或為熔體8的某質量所需的準確性來決定。 本發(fā)明所基于的主要設想可綜述如下本發(fā)明涉及用于測定用于熔化爐料7,特別是熔化金屬廢料的電弧 爐l中內(nèi)含物性質的方法，其中分析借助于至少一個，優(yōu)選多個聲傳感 器5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t測定的聲學信號N。 Ng、 Nd,優(yōu)選 組合借助于至少一個電傳感器4a測定的電信號，以避免特別是電極破 損。按照本發(fā)明，可提高電弧爐l的生產(chǎn)率，由此通過相應調(diào)節(jié)電弧爐 1達到較高的比熔化功率并減少停工時間。該比熔化能量通過再分配電 弧爐1中的能量而降低。此外，該電弧爐1中的壁磨損可通過降低電弧7爐1的爐容器2的內(nèi)壁上的輻射能而減少。根據(jù)本發(fā)明也可減少電極耗損。
權利要求
1.一種確定用于熔化爐料(7)的電弧爐(1)中內(nèi)含物性質的方法，其特征在于，測量電弧爐(1)上的聲學信號(Ne、Ng、Nd)。
2. 權利要求l的方法，其中，采用至少一個聲傳感器(5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t)測量該聲學信號(Ne、 Ng、 Nd),所述聲傳感器 設置在電弧爐(1)的爐容器(2)和/或其他部分。
3. 權利要求1或2的方法，其中另外借助于至少一個電傳感器(4a) 測量電信號(ES)以確定電弧爐(1)中內(nèi)含物的性質。
4. 權利要求3的方法，其中，借助于電傳感器(4a)測量電弧爐U) 的至少兩電極(3a、 3b、 3c)之間的電信號(ES )。
5. 上述權利要求之一的方法，用于測定爐料(7)的性質。
6. 上述權利要求之一的方法，為提前獲知爐料(7)的塌落，將測 量值和/或由測量值所得的數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中。
7. 權利要求6的方法，其特征在于，將測量值和/或由測量值所得 的數(shù)據(jù)與存儲在數(shù)據(jù)庫中的測量值和/或數(shù)據(jù)相比較。
8 —種運行電弧爐(i)的方法，其中，采用由上述權利要求之一的方法所測得的關于電弧爐(1)中內(nèi)含物的性質的信息來控制或調(diào)節(jié) 該電弧爐(1 )。
9. 權利要求8的方法，其中，為避免一個或多個電極(3a、 3b、 3c) 的破損，調(diào)節(jié)向電極(3a、 3b、 3c)的能量輸入。
10. 權利要求8或9的方法，其中調(diào)節(jié)電極(3a、 3b、 3c)的位置。
11. 權利要求8-10之一的方法，其中有目的地不對稱操作所述電弧 爐(1 )。
12. 權利要求8-11之一的方法，其中，調(diào)節(jié)向電弧爐(1)的化學能輸入。
13. —種具有適于實施上述權利要求之一方法的裝置的設備，其具 有含聲傳感器(5a、 5b、 5c、 5e、 5g、 5h、 5s、 5t)的電弧爐(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種確定用于熔化爐料(7)(特別是熔化金屬廢料)的電弧爐(1)中內(nèi)含物性質的方法，其中借助至少一個、優(yōu)選多個聲傳感器(5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t)測得的聲學信號(N_e、N_g、N_d)和借助至少一個電傳感器(4a)測得的電學信號的組合被用來評估，以特別用于避免電極破損。
文檔編號C21C5/52GK101228284SQ200680026856
公開日2008年7月23日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權日2005年7月22日
發(fā)明者T·馬特舒拉特 申請人:西門子公司