EP2982922A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Rückhalteeinheit einer Schachtanordnung eines Schmelzofens - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Rückhalteeinheit einer Schachtanordnung eines Schmelzofens Download PDF

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EP2982922A1
EP2982922A1 EP14180287.6A EP14180287A EP2982922A1 EP 2982922 A1 EP2982922 A1 EP 2982922A1 EP 14180287 A EP14180287 A EP 14180287A EP 2982922 A1 EP2982922 A1 EP 2982922A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
charging material
shaft arrangement
measuring device
unit
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14180287.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Dorndorf
Alexander Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Austria GmbH filed Critical Primetals Technologies Austria GmbH
Priority to EP14180287.6A priority Critical patent/EP2982922A1/de
Publication of EP2982922A1 publication Critical patent/EP2982922A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D13/00—Apparatus for preheating charges; Arrangements for preheating charges
    • F27D13/002—Preheating scrap
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/006—Automatically controlling the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/008—Composition or distribution of the charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories or equipment, e.g. dust-collectors, specially adapted for hearth-type furnaces
    • F27B3/18—Arrangements of devices for charging
    • F27B3/183—Charging of arc furnaces vertically through the roof, e.g. in three points

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling a retaining unit of a shaft arrangement of a melting furnace, wherein the retaining unit is set up for the temporary fixing of a charging material in the shaft arrangement.
  • the invention further relates to a melting furnace with such a device and to a method for controlling a retaining unit of a shaft arrangement of a melting furnace, wherein the retaining unit is adapted for the temporary fixing of a charging material in the shaft arrangement.
  • the Chargiergutvor lockerr described therein comprises a shaft assembly having a retaining unit with a finger-shaped retention structure.
  • the retaining structure is pivotable about a horizontal axis in the region of a shaft wall of the shaft arrangement.
  • a retaining position can be selected, in which the charging material rests on the fingers and is retained in the shaft arrangement.
  • a release position can be selected in which the charging material can pass unhindered through the shaft arrangement into the furnace chamber of the melting furnace.
  • hot gases from the furnace chamber of the melting furnace flow through the fingers and the charging material positioned thereon in order to preheat the latter before introduction into the furnace space and thus to reduce the amount of energy required to melt the charging material.
  • the activation of the retaining unit has hitherto usually been controlled so that the charging material has been released from the retaining chamber after a certain time in which hot gases have flowed through it from the furnace chamber and charged into the furnace chamber of the melting furnace.
  • the previous approach does not take into account what condition the charge has, for example, in terms of a size of the parts, in particular the scrap pieces that make up the batch, an existing batch density, etc. This causes the heating of the charge, the start temperature is known, different speeds so that charging into the furnace could or should be done sooner or later than the specified time.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for controlling a retaining unit of a shaft arrangement of a melting furnace, with which a preheating time of the charging material can be optimized. It is another object of the invention to provide a furnace equipped with such a device.
  • the object is achieved for the device for controlling a retaining unit of a shaft arrangement of a melting furnace, wherein the retaining unit is arranged for temporarily fixing a charging material in the shaft arrangement, characterized in that the shaft assembly has at least one measuring device for analyzing at least one state of the charging material and that at least one , is provided with the at least one measuring device connected control device, which is connected to an activation unit for activating the retaining unit.
  • the object is achieved for the melting furnace with a furnace chamber and a furnace assembly connected to the shaft assembly, which has a retaining unit for temporary fixation of a charge in the shaft assembly, characterized in that the Melting furnace further comprises a device according to the invention.
  • the object is furthermore achieved for the method for controlling a retaining unit of a shaft arrangement of a melting furnace, wherein the retaining unit is arranged for temporarily fixing a charging material in the shaft arrangement, in that an analysis of at least one state of the charging material is carried out by means of at least one measuring device on the shaft arrangement in that measured values obtained in the analysis are transmitted to a control device connected to the measuring device, and in that the control device controls an activation unit for activating the retaining unit as a function of the measured values.
  • the device according to the invention and the method according to the invention make it possible to release the charging material into the furnace chamber of a melting furnace precisely with the desired and always the same degree of preheating, irrespective of the nature of the charging material respectively in the shaft arrangement.
  • different batches of batch goods to be preheated one after the other in the shaft arrangement can be charged with almost the same preheating with regard to the current initial state of these batches with the shortest possible time of fixing in the shaft arrangement.
  • different long preheating times are set. This significantly increases the productivity of the inventive melting furnace and the effectiveness of the melting process.
  • the planning successive melting is easier to estimate in terms of their time required for the preheating and the duration of the subsequent melting process and thus optimally perform the control or regulation of the furnace operation.
  • the at least one measuring device is preferably set up, a temperature of the charging material and / or a charging material density of the one fixed in the shaft arrangement Chargierguts to analyze. Furthermore or alternatively, the at least one measuring device is preferably configured to analyze an electrical conductivity of the charge material fixed in the shaft arrangement. Furthermore, magnetic or other properties of the charging material can also be analyzed.
  • the at least one measuring device comprises at least one receiver, in particular a structure-borne noise sensor.
  • This is preferably installed on the shaft arrangement in such a way that, in particular, structure-borne noise emanating from the melting furnace can be detected and evaluated.
  • the at least one measuring device further comprises at least one emitter, in particular a sounder. If the existing structure-borne noise is not sufficient for a measurement, the sounder emits a sound signal that can be detected and evaluated by the structure-borne sound sensor.
  • each emitter and one receiver each are arranged on opposite sides of the shaft arrangement.
  • the e.g. a sound signal from a sound generator is passed through the charging material in the shaft arrangement and changes in the state of the charging material can be tracked.
  • the at least one measuring device preferably has at least one temperature sensor and / or at least one conductivity sensor and / or at least one induction coil and / or at least one Helmholtz coil. Changes in the temperature of the charging material during the preheating of the electrical resistance or the magnetic properties of the charge changes, so this can be detected and tracked with such a measuring device.
  • the at least one measuring device preferably has at least one optical sensor, in particular an infrared camera.
  • the optical sensor is preferably arranged above the charging material temporarily fixed in the shaft arrangement. This is particularly preferred in the case of the use of an infrared camera.
  • the measured values obtained by means of the measuring device (s) are assigned by means of the control device at least one actual value for the state of the charging material and in the case that the at least one actual value reaches or exceeds a target value, the activation unit of the retaining unit controlled such that the temporary fixation of the charging material is terminated in the shaft arrangement.
  • the charging material is charged in the desired preheating in the furnace chamber of the furnace.
  • the actual value is preferably formed by an actual temperature value and / or an actual charge material density and / or an electrical actual conductivity.
  • the actual value may further be a quantity derived from one or more of these values. If, for example, a desired setpoint temperature or average setpoint temperature in the charging material or a desired charge density or average desired charge density, etc. is reached, the retention unit is activated and the preheated charge material is charged into the furnace chamber of the melting furnace.
  • the charging material is predominantly formed by scrap for use of the device or the method.
  • the charging material temporarily fixed in the shaft arrangement is generally heated by hot gases from the furnace chamber, which arise during the melting of a batch of charging material previously charged into the furnace chamber.
  • part of the energy introduced into the melting furnace can be used to preheat the charging material.
  • the primary energy consumption of the furnace can thus be reduced.
  • hot gases which originate from other plants or heating or production processes can be introduced into the shaft arrangement for preheating the charging material.
  • FIG. 1 shows a device 1 for controlling a retaining unit 3a, 3b of a shaft assembly 3 of a melting furnace 2 with a furnace chamber 2a.
  • the retaining unit 3a, 3b serves for the temporary fixation of a charging material 7 (indicated here by dotted lines) in the shaft arrangement 3.
  • the retaining unit 3a, 3b comprises two mutually facing curved finger systems 30a, 30b, which each follow their curvature into the shaft arrangement 3 can be moved in and out of it (see arrows).
  • the restraint unit 3a, 3b shown in a position in which the batch 7 in the shaft assembly 3 is retained.
  • Hot gases 9 originating in the furnace chamber 2a are conducted through the shaft arrangement 3 and heat the charge material 7 charged from above into the shaft arrangement 3.
  • the shaft arrangement 3 has a measuring device for analyzing the state of the charging material 7, wherein the measuring device here consists of an emitter 6 in the form of a sounder 6a and a receiver 5 in the form of a structure-borne sound sensor 5a, which are mounted on opposite sides of the shaft assembly 3 ,
  • the sounder 6a emits a sound signal, which passes through the shaft assembly 3 and is collected by the structure-borne sound sensor 5a.
  • the sound signal is changed on its way.
  • the measuring device is connected to a control device 8, to which the detected measured values are transmitted.
  • a control device 8 In the control device 8, an assignment of the measured values to a temperature of the charging material 7 and / or a charging material density is carried out.
  • a correlation scheme is stored in the control device 8, which includes a correlation between possible structure-borne noise measurement values and the temperature and / or the charge material density.
  • the control device 8 determines actual values for the temperature of the charging material 7 and / or the charge material density. These actual values are compared with setpoint values for the temperature and / or charge density, which are stored in the control device 8.
  • control device 8 activates an activation unit 31a, 31b of the retaining unit 3a, 3b.
  • the two finger systems 30a, 30b move out of the shaft arrangement 3 in the opposite direction and clear the way for the heated charging material 7 in the direction of the furnace space 2a.
  • FIG. 2 shows an illustration of the measuring principle FIG. 1 ,
  • the different states of the charge material 7 in the shaft arrangement 3 are analyzed with regard to density and temperature.
  • the emitted by the emitter 6 sound propagates in the solid or Chargiergut 7 in the form of a longitudinal wave and is detected by the receiver 5.
  • the speed of sound c Fl in solids depends on the density p, the Poisson number ⁇ and the modulus of elasticity E of the solid or charge material 7.
  • Corresponding guide values such as correlation data and setpoint values, which correlate the detected measured values of the structure-borne sound analysis with a density or temperature change, are stored in the control device 8. These guideline values describe the optimum state or the optimum preheating state of the charging material 7 in the shaft arrangement 3.
  • the optimum state represents the most suitable state before the direct charging of the charging material 7 from the finger system 30a, 30b (cf. FIG. 1 If the actual values are undershot with respect to the desired state or desired value of the temperature T, an extension of the preheating time is initiated and the charging material 7 is held longer by the finger system 30a, 30b in order to achieve the optimum preheating state.
  • the charging material 7 is already heated beyond the optimum preheating state. Immediate charging into the furnace chamber 2a is then necessary and promptly initiated by actuation of the finger system 30a, 30b. This results in different load preheating times for each batch of charging material 7, but the finger system 30a, 30b always releases a uniformly and sufficiently high temperature charging material 7 into the furnace chamber 2a.
  • the furnace operator receives a suitable instrument for setting the preheating degree of the charging material 7 in the shaft arrangement 3 in spite of varying charging material densities and qualities in a manner that is reliable in terms of operation and process. As a result, an energy-optimized operation of the melting furnace 2 is possible.
  • FIG. 3 shows a further shaft assembly 3 as seen from the front.
  • a measuring device 4 in the form of an optical sensor, in particular an infrared camera
  • another six measuring devices 4a to 4f are present, each comprising an emitter 6 and a receiver 5.
  • the emitters 6 are formed by sound generator and the receiver 5 by structure-borne sound sensors.
  • an average value is formed in the control device 8, and this, as above, too FIG. 1 described, further processed.
  • the signals of the infrared camera are forwarded to the control device 8, which provide a current temperature distribution in the region of an upward boundary surface of the charging material 7. This allows detection of temperature differences in the shaft assembly 3.
  • FIG. 4 shows the shaft assembly 3 from FIG. 3 seen from the side. Same reference numerals as in FIG. 3 identify similar elements.
  • the individual fingers of the finger system 30b can be seen, which show a passage of the hot gases 9 out of the oven space 2a (see FIG FIG. 1 ) in the shaft assembly 3 allow.
  • FIGS. 1 to 4 show schematically arrangements that can be realized at any time with other measuring devices and other geometries of manhole assemblies.
  • the design of the retaining unit can be selected within wide limits.
  • a retaining unit can also be realized by a pivotable or displaceable grid, by folding finger systems, by magnet systems and the like.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Steuerung einer Rückhalteeinheit (3a, 3b) einer Schachtanordnung (3) eines Schmelzofens (2), wobei die Rückhalteeinheit (3a, 3b) zur temporären Fixierung eines Chargierguts (7) in der Schachtanordnung (3) eingerichtet ist, wobei die Schachtanordnung (3) mindestens eine Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) zur Analyse mindestens eines Zustandes des Chargierguts (7) aufweist und wobei mindestens eine, mit der mindestens einen Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) verbundene Steuereinrichtung (8) vorhanden ist, die mit einer Aktivierungseinheit (31a, 31b) zur Aktivierung der Rückhalteeinheit (3a, 3b) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer Rückhalteeinheit einer Schachtanordnung eines Schmelzofens, wobei die Rückhalteeinheit zur temporären Fixierung eines Chargierguts in der Schachtanordnung eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Schmelzofen mit einer derartigen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Rückhalteeinheit einer Schachtanordnung eines Schmelzofens, wobei die Rückhalteeinheit zur temporären Fixierung eines Chargierguts in der Schachtanordnung eingerichtet ist.
  • Derartiges ist aus der DE 19807590 A1 bekannt. Der dort beschriebene Chargiergutvorwärmer umfasst eine Schachtanordnung, die eine Rückhalteeinheit mit einer fingerförmigen Rückhaltestruktur aufweist. Die Rückhaltestruktur ist um eine horizontale Achse im Bereich einer Schachtwand der Schachtanordnung schwenkbar. Dadurch ist einerseits eine Rückhalteposition wählbar, in der das Chargiergut auf den Fingern aufliegt und in der Schachtanordnung zurückgehalten wird. Andererseits ist eine Freigabeposition wählbar, in der das Chargiergut durch die Schachtanordnung hindurch ungehindert in den Ofenraum des Schmelzofens gelangen kann. In der Rückhalteposition durchströmen heiße Gase aus dem Ofenraum des Schmelzofens die Finger und das darauf positionierte Chargiergut, um dieses vor dem Einbringen in den Ofenraum vorzuwärmen und damit die zum Einschmelzen des Chargierguts erforderliche Energiemenge zu reduzieren.
  • Weiterhin sind aus der FR 2681937 A3 Rückhalteeinheiten für Chargiergut an einer Schachtanordnung bekannt, die das Chargiergut durch ein Magnetfeld temporär in der Schachtanordnung fixieren.
  • Dabei wurde die Aktivierung der Rückhalteeinheit bisher in der Regel so gesteuert, dass das Chargiergut nach einer bestimmten Zeit, in der es von heißen Gasen aus dem Ofenraum durchströmt wurde, von der Rückhalteeinheit freigegeben und in den Ofenraum des Schmelzofens chargiert wurde.
  • Die bisherige Vorgehensweise berücksichtigt dabei nicht, welche Beschaffenheit das Chargiergut aufweist, beispielsweise hinsichtlich einer Größe der Teile, insbesondere der Schrottstücke, aus denen sich das Chargiergut zusammensetzt, einer vorhandenen Chargiergutdichte usw. Dadurch erfolgt die Erwärmung des Chargierguts, dessen Anfangstemperatur bekannt ist, unterschiedlich schnell, so dass eine Chargierung in den Schmelzofen früher oder auch später als zum festgelegten Zeitpunkt erfolgen könnte oder sollte.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Rückhalteeinheit einer Schachtanordnung eines Schmelzofens anzugeben, womit sich eine Vorwärmzeit des Chargierguts optimieren lässt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine mit einer derartigen Vorrichtung ausgestatteten Schmelzofen bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird für die Vorrichtung zur Steuerung einer Rückhalteeinheit einer Schachtanordnung eines Schmelzofens, wobei die Rückhalteeinheit zur temporären Fixierung eines Chargierguts in der Schachtanordnung eingerichtet ist, dadurch gelöst, dass die Schachtanordnung mindestens eine Messeinrichtung zur Analyse mindestens eines Zustandes des Chargierguts aufweist und dass mindestens eine, mit der mindestens einen Messeinrichtung verbundene Steuereinrichtung vorhanden ist, die mit einer Aktivierungseinheit zur Aktivierung der Rückhalteeinheit verbunden ist.
  • Die Aufgabe wird für den Schmelzofen mit einem Ofenraum und einer mit dem Ofenraum verbundenen Schachtanordnung, die eine Rückhalteeinheit zur temporären Fixierung eines Chargierguts in der Schachtanordnung aufweist, dadurch gelöst, dass der Schmelzofen weiterhin eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
  • Die Aufgabe wird weiterhin für das Verfahren zur Steuerung einer Rückhalteeinheit einer Schachtanordnung eines Schmelzofens, wobei die Rückhalteeinheit zur temporären Fixierung eines Chargierguts in der Schachtanordnung eingerichtet ist, dadurch gelöst, dass mittels mindestens einer Messeinrichtung an der Schachtanordnung eine Analyse mindestens eines Zustandes des Chargierguts durchgeführt wird, dass bei der Analyse erhaltene Messwerte an eine mit der Messeinrichtung verbundene Steuereinrichtung übermittelt werden, und dass die Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Messwerte eine Aktivierungseinheit zur Aktivierung der Rückhalteeinheit steuert.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen eine Freigabe des Chargierguts in den Ofenraum eines Schmelzofens genau mit dem gewünschten und immer gleichen Vorwärmgrad, unabhängig von der Beschaffenheit des sich jeweils in der Schachtanordnung befindenden Chargierguts. So können unterschiedliche, nacheinander in der Schachtanordnung vorzuwärmende Chargen an Chargiergut mit nahezu gleicher Vorwärmung hinsichtlich des aktuellen Ausgangszustands dieser Chargen bei kürzest möglicher Zeit der Fixierung in der Schachtanordnung chargiert werden. Dabei werden je nach Beschaffenheit einer Charge unterschiedliche lange Vorwärmzeiten eingestellt. Dies erhöht die Produktivität des erfindungsgemäßen Schmelzofens und die Effektivität des Einschmelzprozesses signifikant. Die Planung nacheinander folgender Schmelzen ist hinsichtlich ihres benötigten Zeitbedarfs für die Vorwärmung und die Dauer des nachfolgenden Einschmelzvorgangs leichter abschätzbar und damit die Steuerung bzw. Regelung des Schmelzofenbetriebs optimal durchzuführen.
  • Die mindestens eine Messeinrichtung ist dabei bevorzugt eingerichtet, eine Temperatur des Chargierguts und/oder eine Chargiergutdichte des in der Schachtanordnung fixierten Chargierguts zu analysieren. Weiterhin oder alternativ ist die mindestens eine Messeinrichtung bevorzugt dazu eingerichtet, eine elektrische Leitfähigkeit des in der Schachtanordnung fixierten Chargierguts zu analysieren. Weiterhin können auch magnetische oder andere Eigenschaften des Chargierguts analysiert werden.
  • Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine Messeinrichtung mindestens einen Empfänger, insbesondere einen Körperschallsensor, umfasst. Dieser ist bevorzugt derart an der Schachtanordnung installiert, dass insbesondere vom Schmelzofen ausgehender Körperschall erfasst und ausgewertet werden kann.
  • Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine Messeinrichtung weiterhin mindestens einen Emitter, insbesondere einen Schallgeber, umfasst. Sofern der vorhandene Körperschall für eine Messung nicht ausreichend ist, sendet der Schallgeber ein Schallsignal aus, das vom Körperschallsensor erfasst und ausgewertet werden kann.
  • Bevorzugt sind dabei je ein Emitter und je ein Empfänger an gegenüberliegenden Seiten der Schachtanordnung angeordnet. Dadurch wird das z.B. ein Schallsignal eines Schallgebers durch das Chargiergut in der Schachtanordnung hindurch geleitet und Änderungen im Zustand des Chargierguts können verfolgt werden.
  • Bevorzugt weist die mindestens eine Messeinrichtung mindestens einen Temperatursensor und/oder mindestens einen Leitfähigkeitssensor und/oder mindestens eine Induktionsspule und/oder mindestens eine Helmholtz-Spule auf. Ändert sich bei einer Erhöhung der Temperatur des Chargierguts während des Vorwärmens der elektrische Widerstand oder die magnetischen Eigenschaften des Chargierguts, so kann dies mit einer derartigen Messeinrichtung erfasst und verfolgt werden.
  • Weiterhin weist die mindestens eine Messeinrichtung bevorzugt mindestens einen optischen Sensor, insbesondere eine Infrarotkamera, auf.
  • Durch solche Messeinrichtungen lassen sich insbesondere Aussagen hinsichtlich einer aktuellen Temperatur bzw. einer Änderung einer Kühlmitteltemperatur in Wandabschnitten der Schachtanordnung und/oder einer Chargiergutdichte gewinnen. Wandabschnitte der Schachtanordnung sind nämlich üblicherweise aktiv gekühlt, indem ein Kühlmittel durch diese hindurch geleitet wird.
  • Der optische Sensor ist dabei vorzugsweise oberhalb des temporär in der Schachtanordnung fixierten Chargierguts angeordnet. Dies ist insbesondere im Falle des Einsatzes einer Infrarotkamera bevorzugt.
  • Die mittels der Messeinrichtung(en) erhaltenen Messwerte werden mittels der Steuereinrichtung mindestens einem Istwert für den Zustand des Chargierguts zugeordnet und im Fall, dass der mindestens eine Istwert einen Sollwert erreicht oder überschreitet, die Aktivierungseinheit der Rückhalteeinheit derart gesteuert, dass die temporäre Fixierung des Chargierguts in der Schachtanordnung beendet wird. Das Chargiergut wird in der gewünschten Vorwärmung in den Ofenraum des Schmelzofens chargiert.
  • Der Istwert wird dabei bevorzugt durch einen Ist-Temperaturwert und/oder eine Ist-Chargiergutdichte und/oder eine elektrische Ist-Leitfähigkeit gebildet.
  • Der Istwert kann weiterhin eine Größe sein, die aus einem oder mehreren dieser Werte abgeleitet ist. Wird beispielsweise eine gewünschte Solltemperatur oder auch mittlere Solltemperatur im Chargiergut oder eine Soll-Chargiergutdichte oder mittlere Soll-Chargiergutdichte usw. erreicht, wird die Rückhalteeinheit aktiviert und das vorgewärmte Chargiergut in den Ofenraum des Schmelzofens chargiert.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn für einen Einsatz der Vorrichtung oder des Verfahrens das Chargiergut überwiegend durch Schrott gebildet ist/wird.
  • Das temporär in der Schachtanordnung fixierte Chargiergut wird in der Regel durch heiße Gase aus dem Ofenraum erwärmt, die beim Einschmelzen einer zuvor bereits in den Ofenraum chargierten Charge an Chargiergut entstehen. Dadurch lässt sich ein Teil der in den Schmelzofen eingebrachte Energie zur Vorwärmung des Chargierguts nutzen. Der primäre Energieverbrauch des Schmelzofens lässt sich damit senken. Es können aber alternativ oder zusätzlich auch heiße Gase, die aus anderen Anlagen oder Heiz- oder Fertigungsprozessen stammen, zur Vorwärmung des Chargierguts in die Schachtanordnung eingeleitet werden.
  • Die Figuren 1 bis 4 sollen eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren beispielhaft erläutern. So zeigt:
    • FIG 1
    eine Vorrichtung zur Steuerung einer Rückhalteeinheit einer Schachtanordnung eines Schmelzofens;
    FIG 2
    eine Darstellung des Messprinzips zu FIG 1;
    FIG 3
    eine weitere die Schachtanordnung; und
    FIG 4
    die Schachtanordnung aus FIG 3 von der Seite gesehen.
  • FIG 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Steuerung einer Rückhalteeinheit 3a, 3b einer Schachtanordnung 3 eines Schmelzofens 2 mit einem Ofenraum 2a. Die Rückhalteeinheit 3a, 3b dient zur temporären Fixierung eines Chargierguts 7 (hier angedeutet durch punktierte Linien) in der Schachtanordnung 3. Dazu umfasst die Rückhalteeinheit 3a, 3b zwei zueinander zeigende, gebogene Fingersysteme 30a, 30b, die jeweils ihrer Krümmung folgend in die Schachtanordnung 3 hineinfahrbar und aus dieser herausfahrbar sind (siehe Pfeile). In FIG 1 ist das Rückhalteeinheit 3a, 3b in einer Position gezeigt, in der das Chargiergut 7 in der Schachtanordnung 3 zurückgehalten wird. Aus dem Ofenraum 2a stammende, heiße Gase 9 werden durch die Schachtanordnung 3 geleitet und erwärmen das von oben in die Schachtanordnung 3 chargierte Chargiergut 7. Die abgekühlten Gase 9' werden, nachdem diese das Chargiergut 7 durchströmt haben, aus der Schachtanordnung 3 abgeführt. Die Schachtanordnung 3 weist hier eine Messeinrichtung zur Analyse des Zustandes des Chargierguts 7 auf, wobei die Messeinrichtung sich hier aus einem Emitter 6 in Form eines Schallgebers 6a und einem Empfänger 5 in Form eines Körperschallsensors 5a zusammensetzt, die an gegenüberliegenden Seiten der Schachtanordnung 3 angebracht sind. Der Schallgeber 6a sendet ein Schallsignal aus, das die Schachtanordnung 3 durchläuft und vom Körperschallsensor 5a aufgefangen wird. Je nach Zustand des Chargierguts 7 wird das Schallsignal auf seinem Weg verändert. Die Messeinrichtung ist mit einer Steuereinrichtung 8 verbunden, an welche die erfassten Messwerte übermittelt werden. Es erfolgt in der Steuereinrichtung 8 eine Zuordnung der Messwerte zu einer Temperatur des Chargierguts 7 und/oder einer Chargiergutdichte. Dazu ist in der Steuereinrichtung 8 ein Korrelationsschema hinterlegt, das eine Korrelation zwischen möglichen Körperschallmesswerten und der Temperatur und/oder der Chargiergutdichte beinhaltet. Mit Hilfe dieses Korrelationsschemas ermittelt die Steuereinrichtung 8 Istwerte für die Temperatur des Chargierguts 7 und/oder die Chargiergutdichte. Diese Istwerte werden mit Sollwerten für die Temperatur und/oder Chargiergutdichte verglichen, die in der Steuereinrichtng 8 hinterlegt sind. Überschreitet der/die Istwert(e) den/die Sollwert(e), so aktiviert die Steuereinrichtung 8 eine Aktivierungseinheit 31a, 31b der Rückhalteeinheit 3a, 3b. Die beiden Fingersysteme 30a, 30b bewegen sich in entgegen gesetzter Richtung aus der Schachtanordnung 3 heraus und geben den Weg für das erwärmte Chargiergut 7 in Richtung Ofenraum 2a frei.
  • FIG 2 zeigt eine Darstellung des Messprinzips zu FIG 1.
  • Basierend auf einer Messung des Körperschalls mittels des Körperschallsensors 5a bzw. des Empfängers 5 werden die unterschiedlichen Zustände des Chargierguts 7 in der Schachtanordnung 3 hinsichtlich Dichte und Temperatur analysiert. Der vom Emitter 6 ausgesendete Schall breitet sich im Festkörper bzw. Chargiergut 7 in Form einer Longitudinalwelle aus und wird vom Empfänger 5 erfasst.
  • Für Longitudinalwellen hängt die Schallgeschwindigkeit cFl in Festkörpern von der Dichte p, der Poissonzahl µ und dem Elastizitätsmodul E des Festkörpers bzw. des Chargierguts 7 ab.
  • Es gilt dabei:
    • CFl = CFestkörper, longitudinal C Festkörper , longitudinal = E ⁢ 1 - μ ρ ⁢ 1 - μ - 2 ⁢ μ 2
      Figure imgb0001
      wobei μ , E = f T
      Figure imgb0002
      mit
      cFl
      Schallgeschwindigkeit im Festkörper (longitudinal)
      E
      Elastizitätsmodul des Festkörpers
      ρ
      Dichte des Festkörpers
      µ
      Poissonzahl des Festkörpers
      T
      Temperatur des Festkörpers
  • Wird zu einem ersten Zeitpunkt eine Messung der Schallgeschwindigkeit c1 durchgeführt, kann diese mit einer ersten Temperatur T1 des Chargierguts 7 korreliert werden.
  • Wird zu einem zweiten Zeitpunkt eine Messung der Schallgeschwindigkeit c2 durchgeführt, kann diese mit einer zweiten Temperatur T2 des Chargierguts 7 korreliert werden. Ein Vergleich der gemessenen Schallgeschwindigkeiten c1 und c2 lässt Rückschlüsse auf die Änderung der Temperatur des Chargierguts 7 zu, die zwischen den beiden Messungen stattgefunden hat, sowie auf die aktuell vorliegende Temperatur T des Chargierguts 7.
  • In der Steuereinrichtung 8 sind entsprechende Richtwerte, wie Korrelationsdaten und Soll-Werte, hinterlegt, die die detektierten Messwerte der Körperschallanalyse mit einer Dichte- bzw. Temperaturänderung korrelieren. Diese Richtwerte beschreiben den optimalen Zustand bzw. den optimalen Vorwärmzustand des Chargierguts 7 in der Schachtanordnung 3. Der optimale Zustand stellt den geeignetsten Zustand vor dem unmittelbaren Chargieren des Chargierguts 7 vom Fingersystem 30a, 30b (vergleiche FIG 1) in den Ofenraum 2a dar. Bei einer Unterschreitung der Istwerte im Hinblick auf den Sollzustand oder Sollwert der Temperatur T wird eine Verlängerung der Vorwärmzeit veranlasst und das Chargiergut 7 länger durch das Fingersystem 30a, 30b gehalten, um den optimalen Vorwärmzustand zu erreichen.
  • Bei einer theoretischen Überschreitung der Istwerte im Hinblick auf den Sollzustand oder Sollwert der Temperatur T ist das Chargiergut 7 bereits über den optimalen Vorwärmzustand hinaus erwärmt. Ein sofortiges Chargieren in den Ofenraum 2a ist dann notwendig und wird durch Betätigen des Fingersystems 30a, 30b umgehend veranlasst. Damit ergeben sich für jede Charge an Chargiergut 7 unterschiedliche Vorwärmzeiten, wobei das Fingersystem 30a, 30 b aber immer ein gleichmäßig und ausreichend hoch temperiertes Chargiergut 7 in den Ofenraum 2a freigibt. Durch die Messeinrichtung erhält der Ofenbetreiber ein geeignetes Instrument, den Vorwärmgrad des Chargierguts 7 in der Schachtanordnung 3 trotz variierender Chargiergutdichten und -qualitäten betriebs- und prozesssicher einzustellen. Dadurch wird ein energieoptimierter Betrieb des Schmelzofens 2 möglich.
  • FIG 3 zeigt eine weitere Schachtanordnung 3 gemäß von vorne gesehen. Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Hier sind neben einer Messeinrichtung 4 in Form eines optischen Sensors, insbesondere einer Infrarotkamera, weitere sechs Messeinrichtungen 4a bis 4f vorhanden, die jeweils einen Emitter 6 und einen Empfänger 5 umfassen. Die Emitter 6 sind dabei durch Schallgeber und die Empfänger 5 durch Körperschallsensoren gebildet. Aus den Messwerten der einzelnen Messeinrichtungen 4a bis 4f wird in der Steuereinrichtung 8 ein Mittelwert gebildet und dieser, wie oben zu FIG 1 beschrieben, weiterverarbeitet. Weiterhin werden die Signale der Infrarotkamera an die Steuereinrichtung 8 weitergeleitet, die eine aktuelle Temperaturverteilung im Bereich einer nach oben gerichteten Grenzfläche des Chargierguts 7 liefern. Dies ermöglicht eine Erkennung von Temperaturunterschieden in der Schachtanordnung 3.
  • FIG 4 zeigt die Schachtanordnung 3 aus FIG 3 von der Seite gesehen. Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 3 kennzeichnen gleiche Elemente. Dabei sind die einzelnen Finger des Fingersystems 30b erkennbar, die einen Durchlass der heißen Gase 9 aus dem Ofenraum 2a (vergleiche FIG 1) in die Schachtanordnung 3 erlauben.
  • Die Figuren 1 bis 4 zeigen dabei schematisch Anordnungen, die jederzeit auch mit anderen Messeinrichtungen und anderen Geometrieen von Schachtanordnungen realisierbar sind. Auch die Bauart der Rückhalteeinheit ist in weiten Grenzen wählbar. So kann eine Rückhalteeinheit auch durch einen schwenkbaren oder verschiebbaren Gitterrost, durch klappbare Fingersysteme, durch Magnetsysteme und dergleichen realisiert werden.

Claims (15)

  1. Vorrichtung (1) zur Steuerung einer Rückhalteeinheit (3a, 3b) einer Schachtanordnung (3) eines Schmelzofens (2), wobei die Rückhalteeinheit (3a, 3b) zur temporären Fixierung eines Chargierguts (7) in der Schachtanordnung (3) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schachtanordnung (3) mindestens eine Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) zur Analyse mindestens eines Zustandes des Chargierguts (7) aufweist und dass mindestens eine, mit der mindestens einen Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) verbundene Steuereinrichtung (8) vorhanden ist, die mit einer Aktivierungseinheit (31a, 31b) zur Aktivierung der Rückhalteeinheit (3a, 3b) verbunden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) eingerichtet ist, eine Temperatur des Chargierguts (7) und/oder eine Chargiergutdichte des in der Schachtanordnung (3) fixierten Chargierguts (7) zu analysieren.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) eingerichtet ist, eine elektrische Leitfähigkeit des in der Schachtanordnung (3) fixierten Chargierguts (7) zu analysieren.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) mindestens einen Empfänger (5), insbesondere einen Körperschallsensor (5a), umfasst.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) weiterhin mindestens einen Emitter (6), insbesondere einen Schallgeber (6a), umfasst.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein je ein Empfänger (5) und je ein Emitter (6) an gegenüberliegenden Seiten der Schachtanordnung angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) mindestens einen Temperatursensor und/oder mindestens einen Leitfähigkeitssensor aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) mindestens einen optischen Sensor, insbesondere eine Infrarotkamera, aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor oberhalb des temporär in der Schachtanordnung (3) fixierten Chargierguts (7) angeordnet ist.
  10. Schmelzofen (2) mit einem Ofenraum (2a) und einer mit dem Ofenraum (2a) verbundenen Schachtanordnung (3), die eine Rückhalteeinheit (3a, 3b) zur temporären Fixierung eines Chargierguts (7) in der Schachtanordnung (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzofen (2) weiterhin eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
  11. Verfahren zur Steuerung einer Rückhalteeinheit (3a, 3b) einer Schachtanordnung (3) eines Schmelzofens (2), wobei die Rückhalteeinheit (3a, 3b) zur temporären Fixierung eines Chargierguts (7) in der Schachtanordnung (3) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) an der Schachtanordnung (3) eine Analyse mindestens eines Zustandes des Chargierguts (7) durchgeführt wird, dass bei der Analyse erhaltene Messwerte an eine mit der Messeinrichtung (4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f) verbundene Steuereinrichtung (8) übermittelt werden, und dass die Steuereinrichtung (8) in Abhängigkeit der Messwerte eine Aktivierungseinheit (31a, 31b) zur Aktivierung der Rückhalteeinheit (3a, 3b) steuert.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte mittels der Steuereinrichtung (8) mindestens einem Istwert für den Zustand des Chargierguts (7) zugeordnet werden und dass im Fall, dass der mindestens eine Istwert einen Sollwert erreicht oder überschreitet, die Aktivierungseinheit (31a, 31b) der Rückhalteeinheit (3a, 3b) derart gesteuert wird, dass die temporäre Fixierung des Chargierguts (7) in der Schachtanordnung (3) beendet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert durch einen Ist-Temperaturwert und/oder eine Ist-Chargiergutdichte und/oder eine elektrische Ist-Leitfähigkeit gebildet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Chargiergut (7) überwiegend durch Schrott gebildet wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass das temporär in der Schachtanordnung (3) fixierte Chargiergut (7) durch Gase (9) aus dem Ofenraum (2) erwärmt wird.
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FR2681937A3 (en) 1991-09-30 1993-04-02 Irsid Device for continuously loading metallic products in loose form into a metallurgical furnace and metallurgical furnace equipped with a loading device
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