CH718609A2 - Method and apparatus for measuring the oxidation of a graphite electrode. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé pour mesurer l'oxydation d'une électrode en graphite, comprenant les étapes de capture d'une image d'une électrode en graphite (1) au moyen d'une caméra (2), transfert des données de ladite image de la caméra (2) à un moyen de traitement de données (3), détermination d'au moins un diamètre de l'électrode en graphite (1) à partir desdites données d'image par le moyen de traitement de données (3), calcul d'un paramètre d'oxydation à partir dudit au moins un diamètre de l'électrode en graphite (1) par le moyen de traitement de données (3). L'invention concerne également un appareil pour mesurer l'oxydation d'une électrode en graphite utilisant ledit procédé, l'appareil comprenant une caméra (2) et un moyen de traitement de données (3).The invention relates to a method for measuring the oxidation of a graphite electrode, comprising the steps of capturing an image of a graphite electrode (1) by means of a camera (2), transferring data from said camera image (2) to a data processing means (3), determining at least a diameter of the graphite electrode (1) from said image data by the data processing means ( 3), calculation of an oxidation parameter from said at least one diameter of the graphite electrode (1) by the data processing means (3). The invention also relates to an apparatus for measuring the oxidation of a graphite electrode using said method, the apparatus comprising a camera (2) and a data processing means (3).
Description
[0001] La présente invention concerne un procédé et un appareil pour mesurer l'oxydation d'une électrode en graphite. The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the oxidation of a graphite electrode.
[0002] La consommation des électrodes en graphite constitue l'un des principaux coûts du procédé de fabrication d'acier dans un four à arc électrique. Une électrode en graphite est consommée par deux phénomènes dans le four, à savoir l'oxydation du côté de l'électrode en graphite quand l'électrode est chaude et en contact avec l'atmosphère du four à arc électrique, et la sublimation due aux températures élevées durant la formation d'arc à la pointe de l'électrode en graphite. La sublimation a un lien de causalité avec le courant électrique et est par conséquent liée à la quantité de ferraille fondue. Par contraste, l'oxydation est un effet secondaire du procédé, qui n'a pas de valeur ajoutée et devrait être minimisée. Dans les deux phénomènes, l'électrode en graphite perd de la masse et normalement du monoxyde de carbone est libéré dans une réaction avec l'oxygène dans l'atmosphère du four à arc électrique. The consumption of graphite electrodes is one of the main costs of the steel manufacturing process in an electric arc furnace. A graphite electrode is consumed by two phenomena in the furnace, namely oxidation on the side of the graphite electrode when the electrode is hot and in contact with the atmosphere of the electric arc furnace, and sublimation due to high temperatures during arcing at the tip of the graphite electrode. Sublimation has a causal link with electric current and is therefore related to the amount of melted scrap metal. In contrast, oxidation is a side effect of the process, which has no added value and should be minimized. In both phenomena, the graphite electrode loses mass and normally carbon monoxide is released in a reaction with oxygen in the atmosphere of the electric arc furnace.
[0003] Un critère pour remplacer une électrode en graphite consommée à cause de l'oxydation peut être un diamètre mesuré de la pointe en graphite qui est inférieur à un diamètre prédéterminé. [0003] A criterion for replacing a graphite electrode consumed due to oxidation may be a measured diameter of the graphite tip which is less than a predetermined diameter.
[0004] Un procédé couramment utilisé pour mesurer l'oxydation latérale d'électrodes en graphite dans un four à arc électrique comprend une mesure mécanique du diamètre de la pointe des électrodes. Ceci requiert de refroidir les électrodes. Pour refroidir les électrodes, il faut les retirer du four, ce qui conduit à une perte de temps. [0004] A method commonly used to measure the lateral oxidation of graphite electrodes in an electric arc furnace comprises a mechanical measurement of the diameter of the tip of the electrodes. This requires cooling the electrodes. To cool the electrodes, they must be removed from the oven, which leads to a loss of time.
[0005] Un objet de cette invention consiste à mettre à disposition un procédé pratique et rapide pour mesurer l'oxydation d'électrodes en graphite. [0005] An object of this invention is to provide a convenient and rapid method for measuring the oxidation of graphite electrodes.
[0006] Les objets de l'invention ont été atteints par la mise à disposition d'un procédé pour mesurer l'oxydation d'électrodes en graphite conformément à la revendication indépendante 1. The objects of the invention have been achieved by providing a method for measuring the oxidation of graphite electrodes according to independent claim 1.
[0007] Les revendications dépendantes énumèrent diverses caractéristiques avantageuses de l'invention. The dependent claims list various advantageous features of the invention.
[0008] Il est divulgué ici un procédé pour mesurer l'oxydation d'une électrode en graphite, comprenant les étapes de capture d'une image d'une électrode en graphite au moyen d'une caméra, transfert des données de ladite image de ladite caméra à un moyen de traitement de données, détermination d'au moins un diamètre de l'électrode en graphite à partir desdites données d'image par le moyen de traitement de données, calcul d'un paramètre d'oxydation à partir dudit au moins un diamètre de l'électrode en graphite par le moyen de traitement de données.[0008] Disclosed herein is a method for measuring the oxidation of a graphite electrode, comprising the steps of capture of an image of a graphite electrode by means of a camera, transfer of data of said image from said camera to a data processing means, determining at least one diameter of the graphite electrode from said image data by the data processing means, calculating an oxidation parameter from said at least one diameter of the graphite electrode by the data processing means.
[0009] Dans un mode de réalisation avantageux, l'au moins un diamètre de l'électrode en graphite est un diamètre de pointe D2 et un diamètre de base D1, et le paramètre d'oxydation est le rapport du diamètre de pointe au diamètre de base D2/D1. [0009] In an advantageous embodiment, the at least one diameter of the graphite electrode is a tip diameter D2 and a base diameter D1, and the oxidation parameter is the ratio of the tip diameter to the diameter base D2/D1.
[0010] Dans un mode de réalisation avantageux, l'au moins un diamètre est une pluralité de diamètres, et le paramètre d'oxydation est la quantité de graphite de l'électrode en graphite perdue par oxydation. [0010] In an advantageous embodiment, the at least one diameter is a plurality of diameters, and the oxidation parameter is the quantity of graphite of the graphite electrode lost by oxidation.
[0011] Dans un mode de réalisation avantageux, l'étape de calcul du paramètre d'oxydation comprend la multiplication de chacun parmi la pluralité de diamètres par un facteur de conversion. [0011] In an advantageous embodiment, the step of calculating the oxidation parameter comprises multiplying each of the plurality of diameters by a conversion factor.
[0012] Dans un mode de réalisation avantageux, la température ou la distribution de température de l'électrode en graphite est mesurée au moyen d'un capteur de température et l'étape de calcul du paramètre d'oxydation comprend la compensation de la dilatation thermique de l'électrode en graphite. [0012] In an advantageous embodiment, the temperature or the temperature distribution of the graphite electrode is measured by means of a temperature sensor and the step of calculating the oxidation parameter includes compensating for the expansion temperature of the graphite electrode.
[0013] Il est également divulgué ici un appareil pour mesurer l'oxydation d'une électrode en graphite, l'appareil comprenant une caméra (2) et un moyen de traitement de données (3), lequel appareil est configuré pour effectuer les étapes de : capture d'une image d'une électrode en graphite au moyen d'une caméra, transfert des données de ladite image de la caméra à un moyen de traitement de données, détermination d'au moins un diamètre de l'électrode en graphite à partir desdites données d'image par le moyen de traitement de données, calcul d'un paramètre d'oxydation à partir dudit au moins un diamètre de l'électrode en graphite par le moyen de traitement de données.Also disclosed herein is an apparatus for measuring the oxidation of a graphite electrode, the apparatus comprising a camera (2) and data processing means (3), which apparatus is configured to perform the steps of : capture of an image of a graphite electrode by means of a camera, transfer of data from said camera image to a data processing means, determining at least one diameter of the graphite electrode from said image data by the data processing means, calculating an oxidation parameter from said at least one diameter of the graphite electrode by the data processing means.
[0014] Dans un mode de réalisation avantageux, l'appareil comprend un capteur de température. Le capteur de température est de préférence une caméra thermique. [0014] In an advantageous embodiment, the apparatus comprises a temperature sensor. The temperature sensor is preferably a thermal camera.
[0015] Dans un mode de réalisation avantageux, l'appareil comprend un dispositif de mesure de distance. Le dispositif de mesure de distance est de préférence un télémètre à laser et une surface de référence fixée à l'électrode en graphite. [0015] In an advantageous embodiment, the apparatus comprises a distance measuring device. The distance measuring device is preferably a laser range finder and a reference surface attached to the graphite electrode.
[0016] D'autres objets et caractéristiques avantageuses de l'invention apparaîtront de façon évidente à partir des revendications, à partir de la description détaillée, et à partir des dessins annexés, dans lesquels : La Figure 1 est une vue schématique d'une électrode en graphite ; La Figure 2 est une vue schématique d'un appareil pour mesurer l'oxydation d'électrodes en graphite conformément à un mode de réalisation de l'invention.Other advantageous objects and features of the invention will become apparent from the claims, from the detailed description, and from the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a schematic view of a graphite electrode; Figure 2 is a schematic view of an apparatus for measuring the oxidation of graphite electrodes in accordance with one embodiment of the invention.
[0017] En référence aux figures, un appareil pour mesurer l'oxydation d'une électrode en graphite 1 conformément à des modes de réalisation de l'invention comprend une caméra 2 et un moyen de traitement de données 3. La caméra 2 est configurée pour capturer une image d'une électrode en graphite 1 et pour fournir des données de ladite image. Le moyen de traitement de données 3 est configuré pour recevoir les données d'une image d'une électrode en graphite provenant de la caméra 2 et pour calculer un paramètre d'oxydation à partir desdites données d'image. [0017] With reference to the figures, an apparatus for measuring the oxidation of a graphite electrode 1 in accordance with embodiments of the invention comprises a camera 2 and a data processing means 3. The camera 2 is configured to capture an image of a graphite electrode 1 and to provide data of said image. The data processing means 3 is configured to receive data of an image of a graphite electrode coming from the camera 2 and to calculate an oxidation parameter from said image data.
[0018] L'effet de l'oxydation de paroi latérale d'une électrode en graphite 1 est représenté schématiquement sur la Figure 1. Une électrode en graphite 1 comprend une pointe 1a et une base 1 b espacée de la pointe 1a. Durant le fonctionnement d'un four à arc électrique, un arc électrique se forme entre la pointe de l'électrode en graphite 1 et la ferraille ou l'acier fondu. L'électrode en graphite 1 est principalement oxydée au niveau de la paroi latérale de la pointe 1a parce que la température au niveau de la pointe 1a est supérieure à celle au niveau de la base 1b. Ceci conduit à une forme conique de la pointe 1a de l'électrode en graphite 1 à cause de l'oxydation. La forme initiale 1c de l'électrode en graphite 1 est typiquement un cylindre circulaire droit. The effect of side wall oxidation of a graphite electrode 1 is shown schematically in Figure 1. A graphite electrode 1 comprises a tip 1a and a base 1b spaced from the tip 1a. During the operation of an electric arc furnace, an electric arc forms between the tip of the graphite electrode 1 and the molten scrap or steel. The graphite electrode 1 is mainly oxidized at the side wall of the tip 1a because the temperature at the tip 1a is higher than that at the base 1b. This leads to a conical shape of the tip 1a of the graphite electrode 1 due to oxidation. The initial shape 1c of the graphite electrode 1 is typically a right circular cylinder.
[0019] Un paramètre d'oxydation peut être défini par le rapport du diamètre de la pointe oxydée au diamètre initial de la pointe. Comme le diamètre de la base 1b ne change pas significativement du fait de l'oxydation, un paramètre d'oxydation peut en variante être défini par le rapport du diamètre de pointe mesuré D2 au diamètre de base mesuré D1. [0019] An oxidation parameter can be defined by the ratio of the diameter of the oxidized tip to the initial diameter of the tip. Since the diameter of the base 1b does not change significantly due to oxidation, an oxidation parameter can alternatively be defined by the ratio of the measured tip diameter D2 to the measured base diameter D1.
[0020] L'appareil pour mesurer l'oxydation d'une électrode en graphite comprend éventuellement en outre un moyen pour mesurer la distance R entre la caméra 2 et l'électrode en graphite 1, par exemple un dispositif de mesure de distance 4 tel qu'un télémètre à laser et une surface de référence 5 fixée à l'électrode en graphite 1. [0020] The apparatus for measuring the oxidation of a graphite electrode optionally further comprises means for measuring the distance R between the camera 2 and the graphite electrode 1, for example a distance measuring device 4 such a laser range finder and a reference surface 5 attached to the graphite electrode 1.
[0021] L'appareil pour mesurer l'oxydation d'une électrode en graphite comprend éventuellement en outre un capteur de température 6 pour mesurer la température de l'électrode en graphite 1 ou pour mesurer la température dans le four à arc électrique, de préférence le capteur de température est une caméra thermique pour mesurer la distribution de température de l'électrode en graphite 1. [0021] The apparatus for measuring the oxidation of a graphite electrode optionally further comprises a temperature sensor 6 for measuring the temperature of the graphite electrode 1 or for measuring the temperature in the electric arc furnace, preferably the temperature sensor is a thermal camera to measure the temperature distribution of the graphite electrode 1.
[0022] Un procédé pour mesurer l'oxydation d'une électrode en graphite conformément à des modes de réalisation de l'invention comprend les étapes de capture d'une image d'une électrode en graphite 1 au moyen d'une caméra 2, transfert des données de ladite image de la caméra 2 à un moyen de traitement de données 3, détermination d'au moins un diamètre de l'électrode en graphite 1 à partir desdites données d'image par le moyen de traitement de données 3, calcul d'un paramètre d'oxydation à partir dudit au moins un diamètre de l'électrode en graphite par le moyen de traitement de données 3.A method for measuring the oxidation of a graphite electrode in accordance with embodiments of the invention comprises the steps of capture of an image of a graphite electrode 1 by means of a camera 2, transfer of the data of said image from the camera 2 to a data processing means 3, determination of at least one diameter of the graphite electrode 1 from said image data by the data processing means 3, calculation of an oxidation parameter from said at least one diameter of the graphite electrode by the data processing means 3.
[0023] L'étape de détermination d'au moins un diamètre de l'électrode en graphite à partir desdites données d'image est réalisée par utilisation d'une analyse d'image conventionnelle connue dans la technique. La forme de l'électrode en graphite 1, y compris le diamètre au niveau de la pointe D2 et le diamètre au niveau de la base D1, peut être déterminée si le contraste de l'image entre l'électrode en graphite et l'arrièreplan est suffisamment important. Les conditions pour capturer l'image (éclairage, arrièreplan de l'image, etc.) sont choisies pour assurer une analyse d'image fiable. [0023] The step of determining at least one diameter of the graphite electrode from said image data is performed using conventional image analysis known in the art. The shape of the graphite electrode 1, including the diameter at the tip D2 and the diameter at the base D1, can be determined if the image contrast between the graphite electrode and the background is important enough. The conditions for capturing the image (lighting, image background, etc.) are chosen to ensure reliable image analysis.
[0024] Dans un mode de réalisation de l'invention, le diamètre de pointe D2 et le diamètre de base D1 sont déterminés à partir des données d'image par le moyen de traitement de données 3 et, ensuite, un paramètre d'oxydation défini par le rapport du diamètre de pointe au diamètre de base D2/D1 est calculé par le moyen de traitement de données 3. Dans ce cas, le diamètre de pointe D2 et le diamètre de base D1 peuvent être exprimés par le nombre de pixels et n'ont pas besoin d'être convertis en millimètres pour le calcul du paramètre d'oxydation parce que le facteur de conversion s'annule dans le rapport. Durant le fonctionnement ou immédiatement après, la pointe a une température supérieure à celle de la base et par conséquent un coefficient de dilatation thermique différent. Cet effet peut être compensé par une mesure de la distribution de température de l'électrode en graphite par une caméra thermique et une multiplication du rapport D2/D1 par un facteur de correction obtenu par la distribution de température mesurée. En variante, l'image de l'électrode en graphite 1 est prise à une température prédéfinie de l'électrode en graphite 1, par exemple après un temps prédéfini après l'ouverture de la voûte du four à arc électrique. Dans ce cas, la dilatation thermique n'est pas compensée dans le calcul du paramètre d'oxydation, mais elle est identique pour chaque mesure. In one embodiment of the invention, the tip diameter D2 and the base diameter D1 are determined from the image data by the data processing means 3 and then an oxidation parameter defined by the ratio of the tip diameter to the base diameter D2/D1 is calculated by the data processing means 3. In this case, the tip diameter D2 and the base diameter D1 can be expressed by the number of pixels and do not need to be converted to millimeters for the calculation of the oxidation parameter because the conversion factor cancels out in the ratio. During operation or immediately afterwards, the tip has a higher temperature than the base and therefore a different coefficient of thermal expansion. This effect can be compensated by measuring the temperature distribution of the graphite electrode by a thermal camera and multiplying the D2/D1 ratio by a correction factor obtained by the measured temperature distribution. As a variant, the image of the graphite electrode 1 is taken at a predefined temperature of the graphite electrode 1, for example after a predefined time after the opening of the vault of the electric arc furnace. In this case, the thermal expansion is not compensated in the calculation of the oxidation parameter, but it is identical for each measurement.
[0025] Dans un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un diamètre de l'électrode en graphite obtenu à partir desdites données d'image par le moyen de traitement de données 3, exprimé en nombre de pixels, est converti en millimètres, et un paramètre d'oxydation obtenu à partir dudit au moins un diamètre de l'électrode en graphite exprimé en millimètres est calculé par le moyen de traitement de données 3. Par exemple, la masse ou le volume absolu de graphite perdu par l'oxydation est calculé à partir de la forme de l'électrode en graphite ou à partir d'une pluralité de diamètres à différentes positions le long d'un axe de l'électrode en graphite. Le facteur de conversion du nombre de pixels en millimètres dépend des caractéristiques de la caméra 2 ainsi que de la distance R entre la caméra 2 et l'électrode en graphite 1. L'effet de la dilatation thermique de l'électrode en graphite 1 peut être compensé par l'utilisation d'une température ou d'une distribution de température mesurée de l'électrode en graphite 1 ou du four. In one embodiment of the invention, the at least one diameter of the graphite electrode obtained from said image data by the data processing means 3, expressed in number of pixels, is converted in millimeters, and an oxidation parameter obtained from said at least one diameter of the graphite electrode expressed in millimeters is calculated by the data processing means 3. For example, the mass or the absolute volume of graphite lost by oxidation is calculated from the shape of the graphite electrode or from a plurality of diameters at different positions along an axis of the graphite electrode. The conversion factor from the number of pixels to millimeters depends on the characteristics of the camera 2 as well as the distance R between the camera 2 and the graphite electrode 1. The effect of the thermal expansion of the graphite electrode 1 can be compensated by the use of a measured temperature or temperature distribution of the graphite electrode 1 or the furnace.
Liste des références utiliséesList of references used
[0026] électrode en graphite 1 pointe 1a base 1b forme initiale 1c caméra 2 moyen de traitement de données 3 dispositif de mesure de distance 4 surface de référence 5 capteur de température 6 diamètre de base (diamètre initial de la pointe) D1 diamètre de la pointe oxydée D2 distance R[0026] graphite electrode 1 tip 1a base 1b initial shape 1c camera 2 data processing means 3 distance measuring device 4 reference surface 5 temperature sensor 6 base diameter (initial diameter of the tip) D1 diameter of the oxidized tip D2 distance R
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