CN102972093B - 用于在电极上进行长度测量的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于测量电极（14）的长度或者确定电极（14）的消耗横截面（17）在电炉（10）中的位置的方法和设备，其中借助于雷达进行测量，使得借助于波导连接装置（21）将雷达发射/接收装置（22）连接到设置在电极（14）上的，在电极（14）的消耗方向（19）上从电极（14）的末端横截面（18）延伸至电极（14）的消耗横截面（17）的波导（20）上，并且测量在发射雷达信号和接收由波导的在电极（14）的消耗横截面（17）中的非连续部位通过反射产生的回波之间的时间差。

Description

用于在电极上进行长度测量的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于测量电极的长度或者确定电极消耗横截面在电炉中的位置的方法，其中借助于雷达进行测量，使得借助于波导连接装置将雷达发射/接收装置连接到设置在电极上的、在电极的消耗方向上从电极的末端横截面延伸至电极的消耗横截面的波导上，所述波导构成为波导管或者波导通道，并且测量在发射雷达信号和接收由波导的在电极的消耗横截面中的非连续部位通过反射产生的回波之间的时间差。此外，本发明涉及一种用于执行该方法的设备。
背景技术
在所谓的“电炉”中，在炉容器中借助由于在电极和金属或者熔融物之间的电弧的形成而变得自由的热能来熔化金属。在该方法中，连续地消耗电极，使得必须相反于消耗方向补充电极以用于调整在电极的通过消耗横截面所限定的端部和要熔化的金属或者熔融物之间的期望的间距。
为了能够在整个熔化过程期间达到尽可能恒定的条件，这取决于：尽可能恒定地或者限定地保持所述间距，使得应该根据与电极消耗一致的可能性来补充电极。为此必要的是，确定电极的长度或者消耗横截面相对于熔融物表面的相对位置。这原则上与是否根据相应的熔化方法而将消耗横截面设置在熔池之上或者浸入到熔池中无关。
已经已知不同的方法用于确定电极长度或者电极的消耗横截面距熔融物表面的间距。因此，例如从US4,843,234中已知，借助于设置在电极上或者设置在电极中的光导装置通过将电极长度确定为长度差来计算电极的长度。为了实现足够的精度在US4,843,234中推荐，使用两个彼此分离的光导装置，所述光导装置需要测量装置的相应复杂的整体结构。为此，在已知的方法中需要特殊的措施以便在电炉中保护光导体免受极端的温度。
EP1181841B1公开一种方法，其中在电极提升系统上借助于对参考长度的测量来确定电极顶部和熔融物表面之间的间距。除此之外，与电极长度无关地确定电极顶部或者说电极的消耗横截面在熔融物表面之上的位置，为了计算间距而在考虑校正值的情况下需要后续的差值计算，所述校正值从两个测量之间的电极消耗中得出。因此从EP1181841B1中已知的方法在原位既不可能测量电极的长度也不可能确定电极顶部与熔融物表面之间的间距。
发明内容
因此，本发明基于下述目的，提出一种方法或者设备，所述方法或者设备以尽可能低的耗费实现在原位测量电极长度或者确定电极的消耗横截面的位置。
所述目的通过一种根据本发明的方法或者一种根据本发明的设备来实现。
在根据本发明的方法中，借助于雷达进行测量，使得借助于波导连接装置将雷达发射/接收装置连接到设置在电极上的，在电极的消耗方向上从电极的末端横截面延伸至电极的消耗横截面的波导上，所述波导构造为波导管或波导通道，并且测量在发射雷达信号和接收由波导的在电极的消耗横截面中的非连续部位通过反射产生的回波之间的时间差。
根据本发明的方法实现在电炉连续运行期间借助于设置在电极上的波导进行持久测量。因为波导的端部由于电极熔损而连续地位于消耗横截面中或者在波导于电极块之外延伸的情况下位于消耗横截面的高度上，所以确保，波导的端部能够认为是消耗横截面的位置的准确的参考值进而在已知电极的上端部的位置情况下能够确定电极的当前长度。
在此，应用沿着电极延伸的波导管或者在电极之内延伸的波导管作为波导。只要波导构造或者设置在电极之内，那么波导也就能够通过在电极之内以电极材料本身构成的通道来形成，所述通道具有适合于传播雷达波的通道壁。波导的设置在消耗横截面中的或者在消耗横截面的高度上的端部形成产生用作为雷达波的电磁波的相应的回波的非连续部位或者不均质部位，所述回波在雷达发射/接收装置的接收部件中被检测。
在方法的尤其优选的变型形式中，改变波导连接装置的长度以调节在与电极无关地定位的雷达发射/接收装置和电极的末端横截面之间的空间间距。不同于这种情况，当雷达发射/接收装置贴近末端横截面进而波导连接装置能够构成为在其纵向延伸方面不可变化的连接件时，波导连接装置的长度可变的构造实现雷达发射/接收装置相对于电极的末端横截面的任意的相对定位。因此也可能的是，将雷达发射/接收装置在炉腔之外设置在尤其在热负荷方面受保护的位置中并且应用波导连接装置以跨过在雷达发射/接收装置的例如相对于炉壁固定限定的位置和电极的末端横截面之间的间距。在此尤其有利的是，波导连接装置由在尺寸和关于材料方面与波导一致的管形成。
尤其在当在电炉中应用具有划分成区段的结构的自焙电极以熔化材料时的情况下，有利的是，相应于为了替代在消耗横截面中消耗的电极块而借助电极部分段在末端横截面上构造电极来改变波导有效长度。
与是否在设置在电极块中的波导中或者在波导通道中进行雷达波的传播无关地，证实为有利的是，波导在电炉运行期间用冲洗介质加载，以便防止可能在波导之内构成不期望的非连续部位的材料侵入到波导中，其中所述波导通道的通道壁通过电极块形成。为了在波导中构成指向消耗横截面的流，证实为尤其有利的是，波导加载有冲洗气体。
根据本发明的设备具有雷达发射/接收装置、设置在电极上的波导管和用于将波导管与雷达发射/接收装置连接的波导连接装置，其中波导管从电极的末端横截面沿电极的消耗方向延伸至电极的消耗横截面。
在一个优选的实施形式中，波导连接装置具有可变的长度以用于建立在与电极无关地定位的雷达发射/接收装置和电极的末端横截面之间的波导连接部。
特别地，对于在自焙电极上应用该设备而有利的是，波导连接部构成在波导连接装置和波导管之间，波导管的上部的轴向端部相对于波导连接装置的下部的轴向端部轴向可移动地容纳在所述波导连接部中，以便能够匹配电极的上部的轴向端部的由于电极结构而变化的位置。
尤其有利的是，波导连接部构成为滑动套筒以形成轴向可移动性，使得波导连接装置的端部和波导管的端部接合地设置。由此可能的是，实现长度可变性，该长度可变性尽可能小地影响在电极的消耗横截面和雷达发射/接收装置之间的雷达波的传播特性。
为了与在电极块的结构方面的中断无关地确保在波导中雷达波的统一构成的传播或者提供用于在电极中传递电磁波的可复现的条件，有利的是，波导通过延伸优选穿过电极块的波导管来形成。
尤其在当应在自焙电极上进行测量的情况下，有利的是，波导管由波导区段组成，所述波导区段借助于至少一个区段连接器彼此连接。在此，各个波导区段在其长度方面能够如此确定尺寸，使得分别将波导区段与自焙电极的电极部分段相关联。
在波导管由波导区段组成的情况下有利的是，区段连接器具有横截面适配器用于在两个波导区段之间的过渡区域中构成连续的内径，以便因此在波导管的影响雷达波传播的几何形状方面不会出现非连续性。
尤其有利的是，波导管具有包含基本上石墨的原材料，所述原材料一方面良好地适合于传播雷达波并且另一方面具有尤其高的温度抗性或者耐热性。
特别地，除石墨之外，原材料能够具有金属的或者矿物的部分以影响密度或者传导性。
如果波导管设有浸渗部或者覆层，那么可能的是，抑制在电极熔损时液化的电极材料侵入到波导管中，进而抑制对波导特性的损害。
附图说明
下面，在参考附图阐明在此应用的装置的优选实施例情况下详细阐明该方法的优选变型形式。其示出：
图1示出装配有自焙电极的电炉的示意图；
图2示出具有连接在其上的长度测量装置的自焙电极的放大图；
图3示出图2中示出的自焙电极的放大局部图，该自焙电极具有设置在电极的末端横截面上的波导连接装置并且在波导区段之间的区段连接器；
图4示出波导连接装置的部分段的放大图；
图5示出区段连接器的放大图。
具体实施方式
图1示出具有炉容器11的电炉10，在所述炉容器中容纳由熔化的金属制成的熔池12。在熔池12上方存在容纳在电极引入装置13中的在此构成为自焙电极的电极14，所述电极的下部的消耗端部15浸入到熔池12中，使得在池表面16和形成电极的下部顶端横截面的消耗横截面17之间构成距熔融物表面(池表面16)的熔化间距t，所述熔化间距位于炉基准点O之上的高度H中。在此处示出的实施例的情况下，电极14在电极引入装置13上方具有末端横截面18。
在末端横截面18和消耗横截面17之间，波导管20在电极14的由于电极熔损引起的持续的消耗的方向上(消耗方向19)延伸。借助于波导连接装置21将雷达发射/接收装置22连接到波导管20上，所述雷达发射/接收装置在当前的情况下在电炉10的炉室23之外静止地固定在电炉10的外壁24上。
在当前的情况下构成为自焙电极的电极14由多个电极部分段25组成，所述电极部分段分别具有确定外部形状的钢环26，该钢环带有容纳于其中的碳膏27。在电炉10运行期间，电极14在原位由部分段25组成，使得以如在电极14的消耗端部15上的部分段25熔损的量来将新的部分段25装到最上的部分段25的相应的末端横截面18上。因为相应于在电极14的消耗端部15上的电极熔损来相反于消耗方向19进行电极14的再输送，所以末端横截面18的位置基本上在相当于部分段25的高度h的区域内变化，使得末端横截面18因此大约以量h向上和向下移动。
在再输送电极14的过程中，相应重新装到末端横截面18上的部分段25到达到极靴28的区域中，经由极靴将电流导入到电极14中，所述电流引起烘烤碳膏27并且用于在电极14的消耗横截面17上产生在此没有示出的电弧，所述电弧导致电极14的消耗。
在图2和3中示出具有其上连接的雷达发射/接收装置22的电极14。如图2显然的是，在波导管20的波导端部29位于消耗横截面17的平面中的前提下，静止的、即与电极14无关地设置的雷达发射/接收装置22的借助于雷达测量确定的测量值相当于消耗横截面17相对于雷达发射/接收装置22的相对位置。因此，在已知波导连接装置21的长度的情况下，能够直接地确定电极的长度L或者消耗横截面17的位置。在已知消耗横截面17的位置的情况下，能够在考虑熔融物表面(池表面16)的已知位置的情况下以最简单的方式和方法确定熔化间距t(也见图1)。
图4示出在图3中示出的波导连接装置21和波导管20之间的在末端横截面18的区域中的过渡部的放大图。如图4所示，在波导连接装置21和波导管20之间构成波导连接部29，使得将波导连接装置21的自由端部30可伸缩地插入到波导管的相邻的自由端部31中并且在此波导连接部29构成为滑动套筒。
由于波导连接装置21的借助滑动套筒29实现的伸缩长度T1能够以伸缩长度T改变雷达发射/接收装置22相对于末端横截面18的间距。如果伸缩长度T大致相当于电极14的部分段25的高度h，那么因此尽管雷达发射/接收装置22的静止的设置能够将在雷达发射/接收装置22和波导管20在电极14的末端横截面18中的端部31之间的波导接触保持。
图5示出如图3中示出的分别设置在波导管20的两个波导区段32、33之间以用于连续地连接波导区段32、33的区段连接器34。如图5详细地示出，区段连接器34基本上包括具有与波导区段32、33一致的内径d的横截面适配器35。横截面适配器35与波导区段32、33的连接分别经由管螺旋件36来实现。

Claims (15)

1.用于测量电极(14)的长度或者确定所述电极的消耗横截面在电炉(10)中的位置的方法，其中借助于雷达进行测量，使得借助于波导连接装置(21)将雷达发射/接收装置(22)连接到设置在所述电极上的、在所述电极的消耗方向(19)上从所述电极的末端横截面(18)延伸至所述电极的消耗横截面(17)的波导(20)上，其中所述波导构成为波导管或者波导通道，并且测量在发射所述雷达信号和接收由所述波导的在所述电极的所述消耗横截面中的非连续部位通过反射产生的回波之间的时间差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，改变所述波导连接装置(21)的长度用于调节在与所述电极(14)无关地定位的雷达发射/接收装置(22)和所述电极的所述末端横截面(18)之间的空间间距。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，相应于为了替代在所述消耗横截面(17)中消耗的电极块而借助电极部分段(25)在所述末端横截面(18)上构造所述电极(14)来改变所述波导(20)的有效长度。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在电炉运行期间，借助冲洗介质指向所述消耗横截面(17)地穿流所述波导(20)。
5.用于测量电极(14)的长度或者确定所述电极在电炉(10)中的位置的设备，该设备具有雷达发射/接收装置(22)、设置在所述电极上的波导(20)和波导连接装置(21)，其中所述波导从所述电极的末端横截面(18)沿所述电极的消耗方向(19)延伸至所述电极的消耗横截面(17)，并且所述波导连接装置用于将所述雷达发射/接收装置连接到所述波导在所述电极的所述末端横截面上的端部上。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述波导连接装置(21)具有可变的长度，所述波导连接装置用于将与所述电极(14)无关地定位的雷达发射/接收装置(22)与所述电极的所述末端横截面(18)连接。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，在所述波导连接装置(21)和所述波导(20)之间构成有波导连接部(29)，所述波导的上部的轴向端部相对于所述波导连接装置的下部的轴向端部可轴向移动地容纳在所述波导连接部中。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述波导连接部(29)构成为滑动套筒，使得所述波导连接装置(21)的端部(30)和所述波导(20)的端部(31)以接合的方式设置。
9.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述波导(20)由波导区段(32，33)组成，所述波导区段借助至少一个区段连接器(34)相互连接。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述区段连接器(34)具有横截面适配器(35)用于在两个波导区段(32，33)之间的过渡区域中构成连续的内径d。
11.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述波导(20)具有包含石墨的原材料。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，除石墨之外，所述原材料具有作为重要组分的金属成分。
13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，除石墨之外，所述原材料具有作为重要组分的矿物成分。
14.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述波导(20)设有浸渗部。
15.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述波导(20)设有覆层。
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