CN101228284A - 确定电弧炉中内含物的性质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种确定用于熔化炉料(7)(特别是熔化金属废料)的电弧炉(1)中内含物性质的方法，其中借助至少一个、优选多个声传感器(5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t)测得的声学信号(Ne、Ng、Nd)和借助至少一个电传感器(4a)测得的电学信号的组合被用来评估，以特别用于避免电极破损。

Description

确定电弧炉中内含物的性质的方法
本发明涉及一种确定用于熔化炉料(Einsatgut)的电弧炉中内含物性质的方法。
在电弧炉中通过引入能量熔化炉料如金属废料。例如在生产钢的电弧炉中将能量加到炉料中，其中借助于电极产生电弧。优选也经加入如至少含部分碳和/或氧的燃料以输入化学能。
在电弧炉中进行的过程与电弧炉中的内含物的性质有关。已知分类和分级金属废料和将金属废料经分类和依加料方案加到电弧炉中。基于金属废料分类和基于加料方案则就要能判定炉内出现的状况，但该判定会出现较高的不可靠性和易于出差错。
本发明的目的是提供一种用于确定电弧炉中内含物的性质的改进方法。
本发明的目的是通过一种确定电弧炉(特别是电力电弧炉)中内含物的性质的方法实现的，该方法中测定电弧炉中的声学信号。由此和特别是通过评定所测得的声学信号可基本准确和可靠地确定该电弧炉(特别是电力电弧炉)中的内含物的性质。通过本发明的用于确定电弧炉中内含物的性质的改进方法可局部和定量地调节对电弧炉(特别是电力电弧炉)的能量输入。
优点是至少可用配置在电弧炉炉容器和/或其它部位上的声传感器测量声学信号。
优点是还借助于至少一个电传感器测定电信号，特别是电流、电压和/或能量来确定电弧炉(特别是电力电弧炉)中内含物的性质。由此，特别是通过对由声测量和电测量得到的测量数据的共同判定可获得关于电弧炉中内含物的性质的基本准确的信息。
优点是借助于电传感器可测量电信号，特别电弧炉中至少两电极间的电流、电压和/或能量。
优点是可确定优选至少部分由金属废料组成的炉料的性质。
优点是可将测量值和/或由测量值得到的数据存储在数据库中，以提前获知炉料的塌落。
优点是可将实际测量值和/或由实际测量值得到的数据与测量值和/或与在数据库中存储的相应数据相比较。如此可特别早期获知电弧炉中很可能导致炉料塌落和/或导致电极受损的内含物的性质。由此可及时克服这类事件。
本发明的目的是通过运行电弧炉的方法实现的，其中应用借助前述方法测定的关于电弧炉中内含物的性质的信息来控制或调节电弧炉。
优点是可调节电极的能量输入以避免一个或多个电极破损。
优点是可调节电极的位置。
优点是可有目的地不对称地操作电弧炉，即至少可暂时不对称地调节该电极的位置和/或对电极的能量输入。
优点是可调节电弧炉中的化学能输入。
本发明的目的是通过具有适用于实施前述方法的装置的设备实现的，其中该设备具有带声传感器的电弧炉。
本发明的其它优点和细节将在下面根据实施例及附图来加以说明。
附图简介
图1示意性示出具有炉容器的连接有计算设备的电弧炉，
图2示意性示出炉容器，
图3示出炉容器的扇形段，
图4示意性示出炉容器中传播声学信号的实例。
图1示出电弧炉1，其示例性的呈电力电弧炉结构。该电弧炉1具有多个(所示实施例中为3个)电极3a、3b、3c，其位置优变化排列，并至少部分突出于该电弧炉的容器2。
在电极3a、3b、3c之间或电极3a、3b、3c和炉容器2之间优选可流过电流。由此引起在炉容器2中形成电弧6。该电弧6在图中仅以符号表示。为测量电信号ES，例如为测量电极3a、3b、3c之间的电流配置有电传感器4a。围绕电弧炉1配置有声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t，借助于该声传感器测得来自电弧炉1内部的声学信号Nd、Ne、Ng(见图4)。将该声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t的测量数据送入适宜的分析部件11中。视需要也将至少一个电传感器4a的测量数据送入适宜的分析部件11中。
在所示实施例中，声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t围绕炉容器2配置。声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t不仅可配置在炉容器2上，还可例如替代地或者附加地配置在未详细示出的电弧炉1的盖上。声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t例如可与炉容器2连接配置和/或与电弧炉1间接和/或直接连接配置。但特别有利的是声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t直接配置在炉容器2上和/或直接配置在未详细示出的电弧炉1的盖上。
优选配置与电弧炉1相连的计算设备10。该计算设备10对电弧炉给出控制信号CS以例如影响该电极3a、3b、3c的位置和/或对电极3a、3b、3c的能量输入。为此该计算设备10具有控制模块12。该计算设备10优选具有分析装置11，视需要借助该装置处理和分析从多个声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t和/或至少一个由传感器4a传来的测量数据。通过对声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t的信号求值以完成固体传声分析。
如图2所示，该炉容器2可分成一个或多个角度为αn的扇形段Sn。优选这些扇形段Sn具有相同的角度αn。在另一备选方案中，扇形段Sm和扇形段Sn的角度是不同的。例如可将炉容器2如此分割为扇形段Sn，以使这些扇形段Sn至少近似呈点对称排列。优选是每个扇形段Sn均配置至少一个声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t。在本发明的示例性实施方案中，可在一个或多个扇形段Sn不配置声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t。但按本发明至少配置一个声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t。优选配置至少两个声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t。
如图3所示，角度为αn的扇形段Sn可再分成水平扇形段hs1、hs2、...、hsn和/或垂直的扇形段vs1、vs2、...、vsn，以确定该声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t的排列。
图4示意性示出电弧炉1的截面，其中特别是仅示意性示出炉容器2的内含物以及电极3a。在炉容器2中有炉料7，特别是金属废料，其借助于至少一个电极3a熔化成熔体8，特别是熔化成液态钢。该炉料7的熔化特别是如此实现的，即在仅以符号示出的特别是在电极3a和炉料7或熔体8之间形成的电弧6的作用下向电弧炉1内部输送能量。在电弧炉1的内部可在熔体8上面形成渣9。
该炉料7呈多块状，并优选基本上呈固相存在。电弧炉1的内含物的性质，特别是炉料7的性质主要由炉料7的块状(Stückigkeit)表征。该炉料7的块状例如通过炉料7的长、宽、高、位置、形状、重量和/或密度或形成炉料7的块表征。炉料7，特别是金属废料的块状和特别是位置影响能量向电弧炉1的输入。该所述的炉料7的特征或特性甚至该电弧炉1的内含物的性质可引发金属废料塌落，该塌落可导致电极破损和由此可导致电弧炉1的停工。向电弧炉1的能量输入会由于炉料7的不均匀性和/或不一致性而波动，因此一个或多个在图中未详细示出的与电极3a、3b、3c相连接的炉变压器的产能(Leistungsfhigkeit)未能完全利用。借助于本发明可最大程度地避免炉料7的塌落、电极破损和炉的停工。
通过适当调节可较好地利用一个或多个炉变压器的产能。为此在炉容器2上，特别是炉容器2的壁上优选配置多个声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t以进行固体传声测量，其中一些已示例性示于图1和4中。为进行固体传声测量，该声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t配置在围绕炉的合适的测量位置上，视需要还可附加配置在炉盖上。借助于声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t可进行固体传声分析。同时通过合适的测量方法处理和分析提供的电流信号，即电信号ES(见图1)。借助于图1中所示的分析装置11用一个或多个用于分析数据的混合系统形式的算法处理优选由两种测量方法(电测量和声测量)所提供的信号。
特别是通过电极和炉料7或熔体8之间的电弧6产生声学信号Nd、Ne、Ng。一部分声学信号Ne、Ne在炉料7，特别是金属废料上经折射。由此形成折射声学信号Nd。声学信号穿过炉料7和/或在其上被折射。两者可能多次发生，并且不同的声学信号Nd、Ne、Ng以不同方法发生。该声学信号在炉容器2壁(壁、面板和盖)上，特别是通过炉料7的固体继续传导。通过关联借助于声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t测得的测量数据可得出关于炉料7的密度的信息，特别是例如可算出在何处存在最高或最低的金属废料密度。通过分析借助于声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t测得的测量数据可获取关于电弧炉1中炉料7的块状和/或位置的信息。分析时还视需要考虑电信号ES。由于电信号，特别是由于测出金属废料密度就可有目的地不对称地操作电弧炉，即可对电极3a、3b、3c不对称地输入能量和/或可不对称地改变电极3a、3b、3c的位置。该电极3a、3b、3c优选呈垂直可移动配置。因此，金属废料密度是特别有关的信息，因为较低密度的金属废料比较高密度的金属废料更快熔化。在含较低密度的金属废料区例如也可由于不存在泡沫渣而降低能量输入。为此在较高密度的金属废料区可增加相应量的能量输入。
基于借助于声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t得到的测量数据的分析，其中视需要在分析时还可考虑电信号ES，可调节对电弧炉1的化学能输入。该化学能输入影响或引起电弧炉1内部的燃烧过程。对电弧炉1的化学能输入例如可通过控制在图中未详细示出的喷枪和/或借助于所谓的“集束射流(Coherent Jets)”实现。
由声学测量所得的测量数据可借助于分析装置11处理成分析数据。如前所述，该分析数据例如可用来使电弧炉1中的能量输入最佳化。借助于分析数据也可预先推算出可能的金属废料的塌落。优选也可借助于电测量得出分析数据。测量数据和/或分析数据可存储在图中未详细示出的数据库中，并有利地使用电弧炉1的预见性调节。在数据库中优选存储适于电弧炉内含物性质的特性数据，即下面称为特征。作为塌落特征例如可存储金属废料塌落前兆的信号序列。借助于数据库和其中存储的特性形成优选的自学习体系，借助于该体系可调节用于电弧炉，特别是电极3a、3b、3c的能量输入，以能避免将要发生的金属废料塌落或电极破损。
为固体传声分析或配置声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t，该炉容器2如图2和3中所示，优选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hs1、hs2、...、hsn或vs1、vs2、...、vsn的数目通过准确性的典型值或通过为电弧炉1运行的某可靠性值或为熔体8的某质量所需的准确性来决定。
本发明所基于的主要设想可综述如下：
本发明涉及用于测定用于熔化炉料7，特别是熔化金属废料的电弧炉1中内含物性质的方法，其中分析借助于至少一个，优选多个声传感器5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t测定的声学信号Ne、Ng、Nd，优选组合借助于至少一个电传感器4a测定的电信号，以避免特别是电极破损。按照本发明，可提高电弧炉1的生产率，由此通过相应调节电弧炉1达到较高的比熔化功率并减少停工时间。该比熔化能量通过再分配电弧炉1中的能量而降低。此外，该电弧炉1中的壁磨损可通过降低电弧炉1的炉容器2的内壁上的辐射能而减少。根据本发明也可减少电极耗损。

Claims (13)

1.一种确定用于熔化炉料(7)的电弧炉(1)中内含物性质的方法，其特征在于，测量电弧炉(1)上的声学信号(Ne、Ng、Nd)。
2.权利要求1的方法，其中，采用至少一个声传感器(5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t)测量该声学信号(Ne、Ng、Nd)，所述声传感器设置在电弧炉(1)的炉容器(2)和/或其他部分。
3.权利要求1或2的方法，其中另外借助于至少一个电传感器(4a)测量电信号(ES)以确定电弧炉(1)中内含物的性质。
4.权利要求3的方法，其中，借助于电传感器(4a)测量电弧炉(1)的至少两电极(3a、3b、3c)之间的电信号(ES)。
5.上述权利要求之一的方法，用于测定炉料(7)的性质。
6.上述权利要求之一的方法，为提前获知炉料(7)的塌落，将测量值和/或由测量值所得的数据存储于数据库中。
7.权利要求6的方法，其特征在于，将测量值和/或由测量值所得的数据与存储在数据库中的测量值和/或数据相比较。
8.一种运行电弧炉(1)的方法，其中，采用由上述权利要求之一的方法所测得的关于电弧炉(1)中内含物的性质的信息来控制或调节该电弧炉(1)。
9.权利要求8的方法，其中，为避免一个或多个电极(3a、3b、3c)的破损，调节向电极(3a、3b、3c)的能量输入。
10.权利要求8或9的方法，其中调节电极(3a、3b、3c)的位置。
11.权利要求8-10之一的方法，其中有目的地不对称操作所述电弧炉(1)。
12.权利要求8-11之一的方法，其中，调节向电弧炉(1)的化学能输入。
13.一种具有适于实施上述权利要求之一方法的装置的设备，其具有含声传感器(5a、5b、5c、5e、5g、5h、5s、5t)的电弧炉(1)。
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