DE112020004945T5 - A system for predicting the lengths of electrodes of a smelting reduction furnace and for adjusting and controlling them automatically - Google Patents

A system for predicting the lengths of electrodes of a smelting reduction furnace and for adjusting and controlling them automatically Download PDF

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Abstract

Die Erfindung stellt eine Verfahren für das Vorhersagen einer Länge einer jeden aus einer Vielzahl von Elektroden in einem Schmelz-Reduktionsofen und für das Ausführen einer Einstellung der Länge einer Elektrode auf der Basis der vorhergesagten Länge zur Verfügung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: in einen Prozessor, der ein Programm ausführt, das einen Künstliche-Intelligenz-Algorithmus enthält, ein Datensatz eingegeben wird, der eine Messung der Länge einer jeden Elektrode („die gemessene Länge“) und Informationen über eines oder mehrere der folgenden Elemente, die in einem Zusammenhang mit der gemessenen Länge stehen, enthält: die Temperatur eines Herdes des Ofens, die Temperatur einer Seitenwand eines Ofens, die elektrische Energieversorgung der Elektroden, die Geschwindigkeit, mit der sich die Elektrode durch einen Halter einer jeden Elektrode bewegt, und die vertikale Position des Halters; in den Prozessor Daten von einem oder mehreren der folgenden Elemente eingegeben werden: einem ersten Temperatursensor für das Messen der Temperatur des Herdes, einem zweiten Temperatursensor für das Messen der Temperatur in der Seitenwand, einer Leistungsmessvorrichtung für das Messen der elektrischen Energieversorgung der Elektroden, einem Rutschmesser für das Messen der Geschwindigkeit, mit der sich die Elektrode durch den Halter bewegt, und einem Positionssensor für das Messen der vertikalen Position des Halters; von dem Prozessor eine Schätzung der Länge einer jeden Elektrode („die geschätzte Länge“) auf der Basis des Datensatzes und der Daten erhalten wird, und die Länge einer Elektrode auf der Basis der geschätzten Länge einer jeden Elektrode dadurch eingestellt wird, dass die Geschwindigkeit, mit der sich die Elektrode durch den Halter bewegt, geändert wird oder dass die vertikale Position des Halters geändert wird.

Figure DE112020004945T5_0000
The invention provides a method for predicting a length of each of a plurality of electrodes in a smelting reduction furnace and for making an adjustment of the length of an electrode based on the predicted length, the method comprising the steps of: a data set is input to a processor running a program containing an artificial intelligence algorithm that includes a measurement of the length of each electrode (“the measured length”) and information about one or more of the following items set out in related to the measured length includes: the temperature of a hearth of the furnace, the temperature of a side wall of a furnace, the electric power supply of the electrodes, the speed at which the electrode moves through a holder of each electrode, and the vertical position of the holder; the processor is fed with data from one or more of the following: a first temperature sensor for measuring the temperature of the hearth, a second temperature sensor for measuring the temperature in the side wall, a power measuring device for measuring the electrical energy supply to the electrodes, a slide meter for measuring the speed at which the electrode moves through the holder and a position sensor for measuring the vertical position of the holder; obtaining from the processor an estimate of the length of each electrode ("the estimated length") based on the data set and data, and adjusting the length of an electrode based on the estimated length of each electrode by speed, with which the electrode moves through the holder is changed or that the vertical position of the holder is changed.
Figure DE112020004945T5_0000

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für das Vorhersagen der Länge von Elektroden von Schmelz-Reduktionsofen- (SAF-)Elektroden und für deren automatisches Einstellen und Steuern, sowie ein System, das dieses Verfahren anwendet.The invention relates to a method for predicting the length of electrodes of smelting reduction furnace (SAF) electrodes and for adjusting and controlling them automatically, and a system using this method.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Ein SAF weist typischerweise eine Vielzahl von Elektroden, normalerweise drei oder sechs, auf, die konzentrisch in einem Mantel montiert sind und sich unabhängig voneinander vertikal nach oben und unten bewegen können, und zwar mit Hilfe eines entsprechenden Elektroden-Positionierungsmechanismus. Dieser vertikale Positionierungsparameter ist eine Funktion des elektrischen Stromflusses im Inneren des Ofens, wobei jede Elektrode so gesteuert wird, dass sie sich in Abhängigkeit von dem Stromwert nach oben oder unten bewegt.A SAF typically has a plurality of electrodes, usually three or six, mounted concentrically in a shell and independently moveable vertically up and down by means of an appropriate electrode positioning mechanism. This vertical positioning parameter is a function of the electrical current flow inside the furnace, with each electrode being controlled to move up or down depending on the current value.

Jede Elektrode wird von den Ofentransformatoren über eine Starkstromleitung, die an einer Kontaktklemme an der Elektrode endet, mit elektrischer Energie versorgt.Electrical power is supplied to each electrode from the furnace transformers via a power line terminating at a contact clip on the electrode.

Zusätzlich zu der Elektroden-Positionierung kann die Länge der Elektrodenspitze (die als die Länge der Elektrode von der Kontaktklemme bis zu der Elektrodenspitze definiert ist und hier im Folgenden als „Elektrodenlänge“ bezeichnet wird) mit Hilfe eines hydraulischen oder elektrischen Elektroden-Rutschmechanismus erhöht werden.In addition to electrode positioning, the length of the electrode tip (which is defined as the length of the electrode from the contact clip to the electrode tip and hereinafter referred to as "electrode length") can be increased using a hydraulic or electric electrode slip mechanism.

Die Elektrodenlänge und, was noch wichtiger ist, die Gleichmäßigkeit dieser Länge oder die äquidistante Tiefe der Elektrodenspitzen über die Elektroden hinweg ist einer der wichtigsten Parameter für den optimalen Betrieb des Ofens unter dem Gesichtspunkt eines Energie- und Materialverlusts. Die Gleichmäßigkeit der Elektrodenlängen stellt eine im Wesentlichen ebene Reaktionszone im Inneren des Ofens zur Verfügung, wodurch die Energieeffizienz und die Materialproduktivität maximiert werden.The electrode length and, more importantly, the uniformity of this length or the equidistant depth of the electrode tips across the electrodes is one of the most important parameters for the optimal operation of the furnace from the point of view of energy and material loss. The uniformity of electrode lengths provides a substantially planar reaction zone inside the furnace, thereby maximizing energy efficiency and material productivity.

Diese Gleichmäßigkeit ist schwer aufrechtzuerhalten, da sich die Länge jeder Elektrode im Verhältnis zu den anderen Elektroden ändert, und zwar als Ergebnis:

  • • einer unterschiedlichen Verbrauchsrate im Inneren des Ofens aufgrund der Pastenqualität jeder Elektrode oder einer Varianz in der Zusammensetzung (Kohlenstoffbilanz) des Möllers, der die jeweilige Elektrode umgibt;
  • • einer unterschiedlichen Leistungszufuhr zu jeder Elektrode;
  • • einer unterschiedlichen Ausstoßrate des Möllers in den Ofen hinein, die zu einer ungleichmäßigen Ansammlung von Möller um die Elektroden herum führt; oder
  • • einer unterschiedlichen Rutschgeschwindigkeit.
This uniformity is difficult to maintain as the length of each electrode changes relative to the other electrodes, as a result:
  • • a different rate of consumption inside the furnace due to the paste quality of each electrode or a variance in the composition (carbon balance) of the burden surrounding each electrode;
  • • a different power delivery to each electrode;
  • • a differential discharge rate of burden into the furnace, resulting in uneven accumulation of burden around the electrodes; or
  • • a different sliding speed.

Eine kontinuierliche direkte Messung der Elektrodenlängen für das Bestimmen des Ausmaßes dieser Elektrodenlängen-Ungleichmäßigkeit ist praktisch unmöglich, nicht nur aus dem Grund, dass die Elektroden in einer Umgebung mit extremen Temperaturen betrieben werden, sondern auch, weil die Elektrodenspitze in den Ofenmöller eingetaucht ist.Continuous direct measurement of electrode lengths to determine the extent of this electrode length non-uniformity is practically impossible, not only because the electrodes operate in an extreme temperature environment, but also because the electrode tip is immersed in the furnace burden.

Ein Verfahren für das Bestimmen der Elektrodenlänge besteht darin, dass das Elektrodengewicht mit Wägezellen gemessen wird. Dieses Verfahren wird durch die Tatsache komplizierter gemacht, dass zahlreiche Kräfte auf die Elektrode einwirken, einschließlich der Kräfte, die durch den Druckring und die Kontaktschuhe, die Reibung der Dachdichtung und die direkte Belastung, die durch den Möller in dem Ofen auf die Elektrodenspitze ausgeübt werden, verursacht werden. Da diese Kräfte nicht konstant sind, wird jede Berechnung der Elektrodenlänge, die dieses Verfahren anwendet, ungenau sein.One method for determining electrode length is by measuring the electrode weight with load cells. This procedure is complicated by the fact that there are numerous forces acting on the electrode, including the forces exerted by the pressure ring and contact shoes, the friction of the roof seal, and the direct load exerted on the electrode tip by the burden in the furnace , caused. Because these forces are not constant, any calculation of electrode length using this method will be inaccurate.

Ein anderes Verfahren wendet mathematische Modelle an, in die Strom- und Spannungsmessungen eingegeben werden, um eine Schätzung der Elektrodenlänge zur Verfügung zu stellen. Jedoch ist ein Schmelzvorgang sowohl durch mehrphasige Reaktionen und komplexe chemische Prozesse als auch durch schlecht definierte Impuls-, Wärme- und Stoff-Übertragungsphänomene gekennzeichnet. Dies macht die Entwicklung von genauen mathematischen Modellen zu einer großen Herausforderung.Another method applies mathematical models into which current and voltage measurements are input to provide an estimate of electrode length. However, melting is characterized by multiphasic reactions and complex chemical processes as well as ill-defined momentum, heat, and mass transfer phenomena. This makes the development of accurate mathematical models a major challenge.

Aus diesem Grund kann die Echtzeit-Kenntnis der Elektrodenlänge in einem Schmelz-Reduktionsofen, der der wichtigste Parameter für eine optimale Leistung ist, derzeit nicht kontinuierlich und genau übermittelt werden.For this reason, real-time knowledge of the electrode length in a smelting reduction furnace, which is the most important parameter for optimal performance, cannot currently be transmitted continuously and accurately.

Die vorliegende Erfindung löst das vorgenannte Problem zumindest teilweise.The present invention at least partially solves the above problem.

ZUSAMMANFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Erfindung stellt ein Verfahren für das Vorhersagen einer Länge einer jeden aus einer Vielzahl von Elektroden in einem Schmelz-Reduktionsofen und für das Ausführen einer Einstellung der Länge einer Elektrode auf der Basis der vorhergesagten Länge zur Verfügung, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass

  1. (a) in einen Prozessor, der ein Programm ausführt, das einen Künstliche-Intelligenz-Algorithmus enthält, ein Datensatz eingegeben wird, der eine Messung der Länge einer jeden Elektrode („die gemessene Länge“) und Informationen über eines oder mehrere der folgenden Elemente, die in einem Zusammenhang mit der gemessenen Länge stehen, enthält: die Temperatur eines Herdes des Ofens, die Temperatur einer Seitenwand eines Ofens, die elektrische Energieversorgung der Elektroden, die Geschwindigkeit, mit der sich die Elektrode durch einen Halter einer jeden Elektrode bewegt, und die vertikale Position des Halters;
  2. (b) in den Prozessor Daten von einem oder mehreren der folgenden Elemente eingegeben werden:
    • einem ersten Temperatursensor für das Messen der Temperatur des Herdes, einem zweiten Temperatursensor für das Messen der Temperatur in der Seitenwand, einer Leistungsmessvorrichtung für das Messen der elektrischen Energieversorgung der Elektroden, einem Rutschmesser für das Messen der Geschwindigkeit, mit der sich die Elektrode durch den Halter bewegt, und einem Positionssensor für das Messen der vertikalen Position des Halters;
  3. (c) von dem Prozessor eine Schätzung der Länge einer jeden Elektrode („die geschätzte Länge“) auf der Basis des Datensatzes und der Daten erhalten wird, und
  4. (d) die Länge einer Elektrode auf der Basis der geschätzten Länge einer jeden Elektrode dadurch eingestellt wird, dass die Geschwindigkeit, mit der sich die Elektrode durch den Halter bewegt, geändert wird oder dass die vertikale Position des Halters geändert wird.
The invention provides a method for predicting a length of each of a plurality of electrodes in a smelting reduction furnace and for making adjustment of the length of an electrode based on the predicted length, the method comprising the steps of
  1. (a) a data set is input to a processor running a program containing an artificial intelligence algorithm that includes a measurement of the length of each electrode (“the measured length”) and information about one or more of the following related to the measured length includes: the temperature of a hearth of the furnace, the temperature of a side wall of a furnace, the electric power supply of the electrodes, the speed at which the electrode moves through a holder of each electrode, and the vertical position of the holder;
  2. (b) the processor is inputted with data from one or more of the following:
    • a first temperature sensor for measuring the temperature of the hearth, a second temperature sensor for measuring the temperature in the side wall, a power meter for measuring the electrical power supply to the electrodes, a slip meter for measuring the speed at which the electrode moves through the holder moved, and a position sensor for measuring the vertical position of the holder;
  3. (c) an estimate of the length of each electrode (“the Estimated Length”) is obtained from the processor based on the data set and the data, and
  4. (d) the length of an electrode is adjusted based on the estimated length of each electrode by changing the speed at which the electrode moves through the holder or by changing the vertical position of the holder.

Der Datensatz kann ein historischer gestapelter Datensatz sein. Bei den Daten kann es sich um einen aktuellen Datenstrom handeln.The data set can be a historical stacked data set. The data can be a current data stream.

Das Verfahren umfasst die zusätzlichen Schritte, dass die chemische Zusammensetzung eines Batches von Erzmaterial (Füllgut) analysiert wird, die in den Ofen gespeist werden wird, und dass die Ergebnisse der Analyse gleichzeitig mit dem Daten, die sich auf den Batch von Füllgut beziehen, wenn sie in dem Ofen verarbeitet oder geschmolzen wird, in den Prozessor eingeben werden.The method includes the additional steps of analyzing the chemical composition of a batch of ore material (filler) that will be fed into the furnace and having the results of the analysis concurrent with the data relating to the batch of filler when being processed or melted in the furnace can be input into the processor.

Genauer gesagt umfasst das Verfahren den Schritt, dass zumindest der Kohlenstoffgehalt des Batches von Füllgut, der in den Ofen hinein gespeist werden wird, analysiert wird und dass die Ergebnisse der Analyse des Kohlenstoffgehaltes gleichzeitig mit den Daten, die sich auf den Batch von Füllgut beziehen, wenn sie in dem Ofen verarbeitet oder geschmolzen wird, in den Prozessor eingespeist werden.More specifically, the method comprises the step of analyzing at least the carbon content of the batch of charge that will be fed into the furnace and that the results of the analysis of the carbon content are communicated simultaneously with the data relating to the batch of charge when processed or melted in the furnace, fed to the processor.

Darüber hinaus können der Datensatz und die Daten Informationen über den Ofen enthalten, die sich auf die Leistung, mit der der Ofen betrieben wird, die Temperatur des Abgases, die chemische Zusammensetzung des Abgases, die chemische Zusammensetzung der Schlacke, der Metalllegierung und des Füllgutes beziehen.In addition, the record and data may contain information about the furnace related to the power at which the furnace is operated, the temperature of the off-gas, the chemical composition of the off-gas, the chemical composition of the slag, the metal alloy and the charge .

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird des Weiteren an Hand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

  • 1 einen Schmelz-Reduktionsofen diagrammatisch darstellt, auf den das Verfahren der Erfindung angewendet wird; und
  • 2 ein Flussdiagramm ist, das das Verfahren der Erfindung darstellt.
The invention will be further described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
  • 1 diagrammatically depicts a smelting reduction furnace to which the method of the invention is applied; and
  • 2 Figure 12 is a flow chart depicting the method of the invention.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Die 1 stellt ein Schmelz-Reduktionsofen- (SAF-)System 10 dar, auf das das Verfahren der Erfindung angewendet wird.the 1 Figure 13 illustrates a smelting reduction furnace (SAF) system 10 to which the method of the invention is applied.

Das System umfasst einen SAF 11, der eine Vielzahl von Elektroden aufweist, die in den Abbildungen jeweils mit 12A und 12B dargestellt sind (die dritte Elektrode aus der Vielzahl ist nicht dargestellt). Jede dieser Elektroden ist eine typische Verbundstoff- oder Graphit-Elektrode vom Söderberg-Typ, die nicht weiter beschrieben werden muss. Die Elektroden sind vertikal in einem radialen Feld angebracht, wobei sich ein unterer Teil 14 in einen Ofen 16 hinein erstreckt. Der untere Teil endet in einer Spitze 16.The system includes an SAF 11 having a plurality of electrodes shown in the figures at 12A and 12B, respectively (the third electrode of the plurality is not shown). Each of these electrodes is a typical composite or graphite Soderberg-type electrode, which need not be further described. The electrodes are mounted vertically in a radial array with a lower portion 14 extending into a furnace 16 . The lower part ends in a point 16.

Der Ofen 17 ist durch einen Herd 18, eine Seitenwand 20 und eine wassergekühlte Haube 22 gebildet. Der Herd und die Seitenwand weisen eine feuerfest Auskleidung auf. Ein Bad 24 befindet sich im Inneren des Ofens. Das Bad setzt sich aus einer Anzahl von Schichten zusammen, die einen oberen festen oder halbfesten Ofenmöller 26 und eine untere flüssige Schicht aus geschmolzenem Metall und Schlacke 28 umfasst. Die untere Schicht 28 wird in regelmäßigen Abständen durch eine Abstichöffnung 30 abgestochen.The furnace 17 is formed by a hearth 18, a side wall 20 and a water-cooled hood 22. The hearth and side wall have a refractory lining. A bath 24 is inside the furnace. The bath is composed of a number of layers including an upper solid or semi-solid furnace burden 26 and a lower liquid layer of molten metal and slag 28 . The lower layer 28 is tapped through a tapping opening 30 at regular intervals.

Wenn das Erz in dem Möller erschmolzen ist und die untere flüssige Schicht abgestochen wird, dann wird der Möller mit einem Füllgut 31 (Erz, Reduktionsmittel, Flussmittel) nachgefüllt, das durch ein Speisesystem 32 über Füllgut-Eingangsrutschen 34 zugeführt wird.When the ore in the burden has been melted and the lower liquid layer is tapped off, the burden is refilled with a charge 31 (ore, reductant, flux) fed by a feed system 32 via charge entry chutes 34 .

Das gasförmige Nebenprodukt des Schmelzprozesses wird über eine Abgasleitung 36 aus dem Ofen 16 abgeführt.The gaseous by-product of the melting process is vented from the furnace 16 via an off-gas line 36 .

Jede Elektrode wird aus einer elektrischen Energiequelle 40 mit elektrischer Energie versorgt. Die Quelle ist mit der jeweiligen Elektrode über eine Starkstromleitung, die an einem Kontaktschuh 42 endet, verbunden. Der Kontaktschuh 42 wird von einer Kontaktklemme 44 umschlossen, die den Kontaktschuh 42 in einen elektrischen Kontakt mit der Elektrode klemmt.Each electrode is supplied with electrical energy from an electrical energy source 40 . The source is connected to the respective electrode by a power line terminating at a contact shoe 42 . The contact shoe 42 is encircled by a contact clamp 44 which clamps the contact shoe 42 into electrical contact with the electrode.

Um die Erläuterungen, die folgen, zu erleichtern, wird sich auf eine einzelne Elektrode bezogen.To facilitate the explanations that follow, reference will be made to a single electrode.

Ein Elektroden-Rutschmechanismus 46 (ESM) ist mit der Elektrode 12 in Eingriff gebracht, um die Elektrode 12 vertikal in der Schwebe zu halten, wobei er die Haube 22 durchdringt und die Spitze 16 innerhalb des Möllers 26 positioniert. Der Mechanismus weist einen unteren und einen oberen Klemmring (48A und 48B) und ein hydraulisches Stellglied 50 auf. Das Stellglied 50 bewirkt, dass die Klemmringe ihren Klemmgriff an der Elektrode zusammendrücken oder lösen.An electrode slip mechanism 46 (ESM) engages the electrode 12 to levitate the electrode 12 vertically, penetrating the hood 22 and positioning the tip 16 within the burden 26 . The mechanism includes lower and upper clamp rings (48A and 48B) and a hydraulic actuator 50 . The actuator 50 causes the clamping rings to compress or release their clamping grip on the electrode.

Ein weiteres Stellglied, der Elektroden-Positionierungsmechanismus (EPM) 52, ist mit der Elektrode 12 in Eingriff gebracht, um die Elektrode 12 innerhalb eines endlichen bestimmten vertikalen Bereichs vertikal nach oben oder unten zu bewegen. Der EPM weist eine Hebeplattform 54 auf, die fest mit dem ESM verbunden ist, sowie ein Paar von zusammenwirkenden hydraulischen Hebezeugen 56, die in entsprechenden Aufhängungsarmen 58 angeordnet sind, die eine Verbindung zwischen einem oberen Boden 60 des Ofengehäuses (nicht dargestellt) und der Hebeplattform herstellen.Another actuator, the electrode positioning mechanism (EPM) 52, is engaged with the electrode 12 to move the electrode 12 vertically up or down within a finite predetermined vertical range. The EPM includes a lift platform 54 rigidly connected to the ESM and a pair of cooperating hydraulic jacks 56 mounted in respective suspension arms 58 that provide a connection between an upper floor 60 of the furnace housing (not shown) and the lift platform manufacture.

Der Parameter, der durch das erfindungsgemäße Verfahren, wie es unten beschrieben ist, geschätzt und gesteuert wird, ist eine Länge der Elektrode, die ein Teil der Elektrode von einer Unterkante 62 der Kontaktklemme bis zu der Spitze 16 ist und in der 1 mit X („Elektrodenlänge“) bezeichnet ist.The parameter that is estimated and controlled by the inventive method, as described below, is a length of the electrode, which is a portion of the electrode from a bottom edge 62 of the contact clip to the tip 16 and in which 1 is denoted by X (“electrode length”).

Die Elektrodenlänge wird durch Ändern der Geschwindigkeit operativ gesteuert, mit der es der ESM der Elektrode erlaubt, relativ zu ihm zu rutschen. Die Rutschgeschwindigkeit ist eine Variable der Klemmkraft, die durch den ESM auf die Elektrode ausgeübt wird. Das Einstellen der Rutschgeschwindigkeit durch Betätigen der Klemmringe stellt die Geschwindigkeit ein, mit der die Elektrode in den Ofen hinein gespeist wird. Die Rutschgeschwindigkeit wird zusammen mit den Faktoren, die oben in dem Hintergrund beschrieben worden sind, die Elektrodenlänge ändern.Electrode length is operationally controlled by changing the speed at which the ESM allows the electrode to slide relative to it. The slip rate is a variable of the clamping force applied to the lead by the ESM. Adjusting the slide speed by operating the clamp rings adjusts the speed at which the electrode is fed into the furnace. Slip speed, along with the factors described in the background above, will change the electrode length.

Um die Elektrodenlänge für jede Elektrode abzuschätzen, wird in einem Versuch, um zu gewährleisten, dass diese Länge aus den oben erläuterten Gründen im Wesentlichen einheitlich ist, das erfindungsgemäße Verfahren angewandt.To estimate the electrode length for each electrode, the method of the invention is used in an attempt to ensure that this length is substantially uniform for the reasons explained above.

Eine Vielzahl von Sensoren ist erforderlich, um Informationen über Betriebsparameter in Übereinstimmung mit dem Verfahren, wie es unten beschrieben ist, zu empfangen und zu übermitteln. Zu diesem Zweck ist das Ofensystem 10 ausgestattet mit: einer Vielzahl von Thermoelementen (64.1, 64.2, 64.3 ...), die im Inneren der feuerfesten Schicht sowohl des Herdes 18 als auch der Seitenwand 20 angeordnet sind; einem Thermoelement 66, das mit einem Transformator 67 der elektrischen Energiequelle 40 verknüpft ist; einem Thermoelement 68 und einem Abgas-Analysator 70, der mit der Abgasleitung 36 verknüpft ist; einem Leistungsmessmittel 72, wie beispielsweise einem Spannungswandler, einem Stromwandler oder einem Kilowattstundenzähler, das elektrisch mit der Energiequelle verknüpft ist; einem Elektroden-Positionssensor 74 für das Messen der relativen Position der Hebeplattform 54 des EPM 52; und ein kodierter Rutschmesser 86, der mit dem ESM 46 verknüpft ist.A variety of sensors are required to receive and transmit information about operating parameters in accordance with the method as described below. To this end, the furnace system 10 is equipped with: a plurality of thermocouples (64.1, 64.2, 64.3...) placed inside the refractory layer of both the hearth 18 and the side wall 20; a thermocouple 66 associated with a transformer 67 of electrical power source 40; a thermocouple 68 and exhaust gas analyzer 70 associated with the exhaust line 36; a power measuring means 72, such as a voltage converter, a current converter or a kilowatt-hour meter, electrically linked to the energy source; an electrode position sensor 74 for measuring the relative position of the elevation platform 54 of the EPM 52; and a coded slip meter 86 associated with the ESM 46.

Jeder dieser Sensoren ist mit einem Prozessor 76 verbunden oder steht in Kommunikation mit ihm (siehe die 2), der ein Programm ausführt, das einen Künstliche-Intelligenz- (KI-)Algorithmus enthält. Der Prozessor 76 kommuniziert seinerseits sowohl mit dem ESM 46 als auch mit dem EPM 52.Each of these sensors is connected to or in communication with a processor 76 (see the 2 ) that runs a program containing an artificial intelligence (AI) algorithm. The processor 76, in turn, communicates with both the ESM 46 and the EPM 52.

Ein Schritt des maschinellen Lernens geht den Echtzeit-Vorhersage- und -ReaktionsSchritten voraus. In diesem vorausgehenden Schritt wird eine Reihe historischer Datensätze aus den Betriebsparameter des Ofensystems 10 zusammengestellt, die umfassen: Temperatur (zumindest in dem Herd 18 und in der Seitenwand 20, aber auch vor Allem in dem Transformator, in der Abgasleitung; Position der Hebeplattform (Halters) 54; Leistungszufuhr, die von der Energieversorgung 40 geliefert wird; chemische Zusammensetzung des Abgases; chemische Analyse des zugeführten Erzmaterials (Füllgutes), des abgestochenen Metalls und der Schlacke; und die Rutschgeschwindigkeit der Elektroden. In Hinblick auf die letztere kann diese als eine Alternativ zu der Bestimmung mit Hilfe des Rutschmessers 86 auch manuell gemessen werden.A machine learning step precedes the real-time prediction and response steps. In this preliminary step, a series of historical data sets is compiled from the operating parameters of the furnace system 10, including: temperature (at least in the hearth 18 and in the side wall 20, but also notably in the transformer, in the flue; position of the lifting platform (holder ) 54; power input provided by the power supply 40; chemical composition of the exhaust gas; chemical analysis of the input ore material (charge), the tapped metal and the slag; and the slide speed of the electrodes. With regard to the latter, this can be used as an alternative can also be measured manually for the determination with the help of the slip meter 86 .

Mit jedem Datensatz ist eine tatsächliche Messung der jeweiligen Elektrode 12 verknüpft, wobei die Messung nach einem in der Technik bekannten Einschmelzprozess durchgeführt wird. Die Datensätze und die zugehörigen Messungen werden in einer historischen Datenbank 78 gespeichert und dem Prozessor (76.1) zugeführt, um den Kl-Algorithmus dadurch zu „trainieren“, dass Informationen, die aus den Betriebsparametern abgeleitet sind, mit Elektrodenlängen verknüpft werden,Associated with each data set is an actual measurement of the respective electrode 12, the measurement being made using a fusing process known in the art. The data sets and the associated measurements are stored in a historical database 78 and fed to the processor (76.1) in order to "train" the KI algorithm by linking information derived from the operating parameters to electrode lengths,

Sobald der Algorithmus trainiert ist, können durch den Prozessor (76.2) Echtzeit-Prozess-Datenströme von einem oder mehreren der Sensoren (64, 66, 68, 70, 72 und 74) empfangen werden, um es dem Prozessor zu ermöglichen, dass er eine vorhersagende Berechnung der Länge der Elektroden 14 zu jedem bestimmten Zeitpunkt durchführt.Once the algorithm is trained, real-time process data streams can be received by the processor (76.2) from one or more of the sensors (64, 66, 68, 70, 72 and 74) to enable the processor to performs a predictive calculation of the length of the electrodes 14 at any given point in time.

Eine Ergänzung zu diesen Echtzeit-Datenströmen ist die Dateneingabe, die daraus abgeleitet werden, dass eine chemische Analyse des Erzes, des Metalls und der Schlacke durchgeführt wird. Diese Schritte sind in der 2 mit jeweils 80, 82 und 84 bezeichnet. Die chemische Analyse, die an dem Erz, dem Metall und der Schlacke (Füllgut 31) durchgeführt wird, wird mit einem Datumsstempel versehen. Dieser Schritt wird angewendet, damit gewährleistet wird, dass die chemischen Daten gleichzeitig mit dem Empfang der Echtzeit-Datenströme, die aus der Verarbeitung des Erzbatches, zu dem die chemischen Daten gehören, hervorgehen, in den Prozessor eingegeben werden. Darüber hinaus werden auch manuell berechnete Daten, die sich auf eine Rutschgeschwindigkeit 86 beziehen, in den Prozessor 76 zusammen mit den zeitgleichen Echtzeit-Datenströmen und den chemischen Daten eingegeben.Complementing these real-time data streams is the data input derived from performing chemical analysis of the ore, metal and slag. These steps are in the 2 designated 80, 82 and 84, respectively. The chemical analysis performed on the ore, metal and slag (fill 31) is date stamped. This step is used to ensure that the chemical data is input into the processor concurrently with the receipt of the real-time data streams resulting from the processing of the ore batch to which the chemical data belongs. In addition, manually calculated data relating to slip velocity 86 is also input to processor 76 along with the real-time, concurrent data streams and chemical data.

Der Prozessor, auf dem der Kl-Algorithmus läuft, ist in der Lage, eine genaue Vorhersage der Länge der Elektroden 88 auszugeben. Diese Vorhersage-Berechnung wird zunehmend um so genauer, je mehr Informationen die historische Datenbank enthält.The processor running the KI algorithm is able to output an accurate prediction of the length of the electrodes 88 . This prediction calculation becomes progressively more accurate as more information is contained in the historical database.

Der Erfinder führte einen Versuch durch, um die Genauigkeit der Vorhersage-Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu den tatsächlichen Elektrodenlängen zu ermitteln. Vor dem Versuch wurden neun Monate von tatsächlichen Daten dazu verwendet, um den Kl-Algorithmus zu trainieren und zu testen. Bei der Durchführung des Versuchs wurden in dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei Monate von Daten ohne eine verknüpfte gemessene Elektrodenlänge verwendet, um die Elektrodenlängen für die drei Elektroden 12 des Ofensystems 10 vorherzusagen (siehe die Zeilen „Vorhergesagte Länge“). Im Anschluss daran wurden diese vorhergesagten Längen mit den tatsächlich gemessenen Längen verglichen (siehe die Zeilen „Tatsächlich gemessene Länge“). Die tatsächlichen gemessenen Längen sind nie in das Kl-Modell eingegeben worden, um die Integrität der Ergebnisse zu gewährleisten. In der folgenden Tabelle 1 sind die Ergebnisse des Tests tabellarisch dargestellt. Tabelle 1 Monat 1 Monat 2 Tatsächlich gemessene Länge - Elektrode 1 2300 m 3000 m Vorhergesagte Länge - Elektrode 1 2345 m 2985 m Tatsächlich gemessene Länge - Elektrode 2 3000 m 3000 m Vorhergesagte Länge - Elektrode 2 3053 m 2945 m Tatsächlich gemessene Länge - Elektrode 3 3100 m 2100 m Vorhergesagte Länge - Elektrode 3 3053 m 2092 m The inventor conducted an experiment to determine the accuracy of the prediction results of the method of the invention compared to the actual electrode lengths. Prior to the trial, nine months of actual data were used to train and test the KI algorithm. In conducting the experiment, the method of the present invention used two months of data without an associated measured electrode length to predict the electrode lengths for the three electrodes 12 of the furnace system 10 (see the "Predicted Length" rows). Subsequently, these predicted lengths were compared to the actually measured lengths (see the rows "Actually measured length"). The actual measured lengths were never entered into the Kl model to ensure the integrity of the results. Table 1 below tabulates the results of the test. Table 1 month 1 month 2 Actual Measured Length - Electrode 1 2300m 3000m Predicted Length - Lead 1 2345 m 2985 m Actual Measured Length - Electrode 2 3000m 3000m Predicted Length - Electrode 2 3053 m 2945 m Actual Measured Length - Electrode 3 3100m 2100m Predicted Length - Electrode 3 3053 m 2092 m

Die Ergebnisse haben gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren sehr genau ist, um die Länge der Elektroden mit einer maximalen Abweichung (zwischen der vorhergesagten und der tatsächlichen Länge) von nur 1,96 % vorherzusagen.The results have shown that the method of the invention is very accurate in predicting the length of the electrodes with a maximum deviation (between the predicted and actual length) of only 1.96%.

Da die Genauigkeit der Ausgabe gesichert ist, kann auf die vorhergesagten Elektrodenlängen hin dadurch abhelfend gehandelt werden, dass der ESM 46 und / oder der EPM 52 betätigt werden, um die Elektrodenspitzen jeder Elektrode 14 im Wesentlichen in einer planen Orientierung auszurichten. Dies kann automatisch (wie es in der 2 dargestellt ist, wobei der Prozessor den ESM und / oder den EPM automatisch betätigt) oder durch einen menschlichen Bediener erzielt werden,Since the accuracy of the output is assured, the predicted electrode lengths can be remedied by operating the ESM 46 and/or the EPM 52 to align the electrode tips of each electrode 14 in a substantially planar orientation. This can be done automatically (as described in the 2 shown with the processor automatically operating the ESM and/or the EPM) or achieved by a human operator,

Claims (4)

Ein Verfahren für das Vorhersagen einer Länge einer jeden aus einer Vielzahl von Elektroden in einem Schmelz-Reduktionsofen und für das Ausführen einer Einstellung der Länge einer Elektrode auf der Basis der vorhergesagten Länge, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass - in einen Prozessor, der ein Programm ausführt, das einen Künstliche-Intelligenz-Algorithmus enthält, ein Datensatz eingegeben wird, der eine Messung der Länge einer jeden Elektrode und Informationen über eines oder mehrere der folgenden Elemente, die in einem Zusammenhang mit der gemessenen Länge stehen, enthält: die Temperatur eines Herdes des Ofens, die Temperatur einer Seitenwand eines Ofens, die elektrische Energieversorgung der Elektroden, die Geschwindigkeit, mit der sich die Elektrode durch einen Halter einer jeden Elektrode bewegt, und die vertikale Position des Halters; - in den Prozessor Daten von einem oder mehreren der folgenden Elemente eingegeben werden: einem ersten Temperatursensor für das Messen der Temperatur des Herdes, einem zweiten Temperatursensor für das Messen der Temperatur in der Seitenwand, einer Leistungsmessvorrichtung für das Messen der elektrischen Energieversorgung der Elektroden, einem Rutschmesser für das Messen der Geschwindigkeit, mit der sich die Elektrode durch den Halter bewegt, und einem Positionssensor für das Messen der vertikalen Position des Halters; - von dem Prozessor eine Schätzung der Länge einer jeden Elektrode auf der Basis des Datensatzes und der Daten erhalten wird, und - die Länge einer Elektrode auf der Basis der geschätzten Länge einer jeden Elektrode dadurch eingestellt wird, dass die Geschwindigkeit, mit der sich die Elektrode durch den Halter bewegt, geändert wird oder dass die vertikale Position des Halters geändert wird.A method for predicting a length of each of a plurality of electrodes in a smelting reduction furnace and for making an adjustment of the length of an electrode based on the predicted length, the method comprising the steps of - entering into a processor running a program containing an artificial intelligence algorithm a data set containing a measurement of the length of each electrode and information on one or more of the following items related to the measured length includes: the temperature of a hearth of the furnace, the temperature of a side wall of a furnace, the electric power supply of the electrodes, the speed at which the electrode moves through a holder of each electrode, and the vertical position of the holder; - inputting into the processor data from one or more of the following elements: a first temperature sensor for measuring the temperature of the hearth, a second temperature sensor for measuring the temperature in the side wall, a power measuring device for measuring the electrical energy supply to the electrodes, a slip meter for measuring the speed at which the electrode moves through the holder and a position sensor for measuring the vertical position of the holder; - obtaining from the processor an estimate of the length of each electrode based on the data set and the data, and - the length of an electrode is adjusted based on the estimated length of each electrode by changing the speed at which the electrode moves through the holder or by changing the vertical position of the holder. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das die zusätzlichen Schritte umfasst, dass die chemische Zusammensetzung eines Batches von Füllgut analysiert wird, die in den Ofen gespeist werden wird, und dass die Ergebnisse der Analyse gleichzeitig mit dem Daten, die sich auf den Batch von Füllgut beziehen, wenn sie in dem Ofen verarbeitet oder geschmolzen wird, in den Prozessor eingeben werden.A procedure according to claim 1 , which comprises the additional steps of analyzing the chemical composition of a batch of charge that will be fed into the furnace and of analyzing the results of the analysis simultaneously with the data relating to the batch of charge when they are in the Furnace processed or melted can be input into the processor. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei zumindest der Kohlenstoffgehalt des Batches von Füllgut analysiert wird und die Ergebnisse gleichzeitig mit den Daten, die sich auf den Batch von Füllgut beziehen, wenn sie in dem Ofen verarbeitet oder geschmolzen wird, in den Prozessor eingespeist werden.A procedure according to claim 2 wherein at least the carbon content of the batch of charge is analyzed and the results are fed to the processor simultaneously with the data relating to the batch of charge as it is processed in the furnace or melted. Ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Datensatz und die Daten Informationen über die Temperatur des Abgases, die chemische Zusammensetzung des Abgases und die chemische Zusammensetzung der Schlacke, der Metalllegierung und des Füllgutes enthalten.A method according to one of Claims 1 until 3 , wherein the data set and the data contain information about the temperature of the off-gas, the chemical composition of the off-gas and the chemical composition of the slag, the metal alloy and the filling material.
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