JP2009534627A - 結合バーナおよび炉内への酸素吹き込みノズルのダイナミック制御装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
−上記のような結合バーナが存在する場合、一定時間中バーナで予熱を行って金属スクラップ内に十分な空洞を形成し、次いで、単に、バーナの動作と同時またはそうでなく、酸素ノズルを超音波ジェットで始動させる方式。
−酸素ノズルだけが存在する場合は、最初に減速作動(流量)状態でこの酸素ノズルを用いて金属スクラップ内に十分な空洞を形成し、空洞が形成されたら、結合バーナを使用した場合の上記の対応する段階と同様に、好適には全開作動状態でノズルを用いる。
ノズルの軸線上に配置される開口部を介して、金属スクラップに照準を合わせてレーザパルス入射ビームを送るステップと、
金属スクラップによる反射ビームを検知して、その光学経路をノズル内で入射ビームの光学経路に部分的に重ねるステップと、
ノズルの端部と金属スクラップとの距離を、照射時間の測定、すなわちそれぞれ送信されたレーザパルスと受信されたレーザパルスとの間で経過する時間間隔を測定することにより導くステップと、
流量もしくは圧力および/またはノズルによる酸素吹き込みのための移行時、および場合によってはバーナの供給レベルにおける支燃性ガスと燃料の比、および/またはバーナの出力および/またはバーナの動作時間を、測定された距離の値を調整パラメータとして用いることによって、好適には閉ループの調整により調節するステップとを特徴とする。
図1は、本発明による装置を含む結合バーナを備えた製鋼炉の概略的な垂直断面図を示す。
−レーザパルスビームは、ノズルまたは結合バーナの中央開口部を介して屑鉄に照準を合わせる。
−反射光は、適切なセンサにより検知される。
−上記の距離(D)は、送信パルスと受信パルスとを隔てる時間間隔に基づいた「照射時間」の計算により導かれる。考慮すべき速度は光の速度であり、高周波検知電子手段が必要である。
炉内の溶融金属浴との間の距離のダイナミック制御装置を開示している。照射時間方法に
よる距離測定は、炉の外部でノズルの他端に配置された装置を介して無接点で実施される
。この装置は、パルスレーザ等の光源と、上記金属浴により反射されるビームをキャッチ
する検知器とを備えている。この明細書は、羽口内で入射ビームと反射ビームを分離する
問題を論じていない。
同様に、ドイツ特許出願第2045602A1号明細書は、酸素ノズルの端部と溶融浴
の表面との間の距離を自動制御するためのレーダーシステムを記載している。炉の外部に
配置された発生器が、ノズルを介して溶融浴の表面に電磁パルス信号を送り、その後、反
射信号がノズルを通って受光器まで戻る。送信と反射との間に経過する時間によりノズル
と溶融浴との距離を計算することができる。
米国特許第B6440355号明細書では、保護溝内に引き込み可能で、酸素転炉内の
酸素ノズルの取扱システムに結合された光学測定装置を記載している。この測定装置は、
スラグ表面等の炉内のターゲットゾーンに入射ビームを送り、反射ビームを受光および検
知し、2つのビームの比較によりターゲットゾーンが置かれている距離を決定可能な、光
学レーザヘッドを含む。この装置の唯一の目的は、酸素ノズルのヘッドとスラグとを隔て
る距離を適正に調節できるようにすることにある。
ーク炉内で、気体または液体燃料、あるいは酸素を含む加圧ガスまたは固体材料の吹き込
みノズルのダイナミック制御装置に関し、場合によっては前記バーナが、ノズルの一端部
に配置された開口部により、それ自体が金属スクラップの装填物を載せられた溶融金属浴
の上で、使用時に火炎を発し、前記装置は、ノズルの一端部と前記端部の正面に配置され
た固体金属スクラップからなるターゲットとの間の距離を推定するために、炉の外部に配
置された無接点測定手段を含んでおり、前記無接点測定手段は、前記ターゲットに向かっ
て入射ビームを発する光源と、ターゲットにより反射されるビームをキャッチする検知器
とを含んでおり、入射ビームおよび反射ビームが双方とも、前記ノズルの軸線上に配置さ
れた羽口の内部断面を通るようにされており、前記装置が、羽口内の入射ビームおよび反
射ビームの直径を30mm未満に低減するための手段を含むことを特徴とする。
備えた電気アーク炉用の酸素吹き込みノズルに関する。
上記のダイナミック制御装置を備え、使用時にバーナがノズルの端部に配置された開口部
から火炎を送るようにされた、電気アーク炉用の酸素吹き込みノズルに関する。
Claims (26)
- 冶金炉、好適には製鋼用の電気アーク炉内で、必要に応じて気体燃料または液体燃料のバーナ(8)に組み合わされた、酸素を含む加圧ガスまたは固体材料の吹き込みノズル(9)のダイナミック制御装置であって、場合によっては前記バーナ(8)が、ノズル(9)の一端部(8’)に配置された開口部により、それ自体が金属スクラップの装填物(5)を載せられた溶融金属浴(3)の上で、使用時に火炎(10)を発し、前記装置が、ノズル(9)の一端部(8’)と前記端部(8’)の正面に配置された固体金属スクラップ(5)から構成されたターゲットとの間の距離(D)を推定するために、炉の外部に配置された無接点測定手段を含んでおり、前記無接点測定手段が、前記ターゲット(5)に向かって入射ビーム(16)を発する光源(14)と、ターゲット(5)により反射されるビーム(17)をキャッチする検知器(15)とを含んでおり、入射ビーム(16)および反射ビーム(17)が双方とも、前記ノズル(9)の軸線上に配置された羽口の内部断面を通るようにされていることを特徴とする装置。
- ノズル(9)の端部(8’)と固体金属スクラップ(5)との間の距離(D)の測定手段が、ノズル(9)の内部または後部に配置された、光学距離センサタイプの検知ヘッド(13)を含んでおり、この検知ヘッドが、ノズル(9)の軸線上に配置された羽口を介して金属スクラップ(5)に照準を合わせて入射ビーム(16)を送る好適にはパルス式のレーザ(14)と、金属スクラップ(5)により反射されるレーザビーム(17)をこの同じ羽口を介して受け取ることが可能な光検知器(15)とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 羽口内の入射ビーム(16)および反射ビーム(17)の直径を30mm未満、好適には20mm未満に低減するための手段を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- 入射ビーム(16)および反射ビーム(17)が、ノズルの軸線に平行であり、ノズルの内径未満の直径を有するチューブ(18)により画定されることを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 入射ビーム(16)および反射ビーム(17)が、ノズルの内部で少なくとも部分的に重ねられることを特徴とする請求項3に記載の装置。
- ノズルの軸に対して45°傾斜したビームスプリッタ(21)を含んでおり、光源(14)が、前記ノズルの軸に対して垂直な軸に沿って前記ビームスプリッタに発光し、検知器(15)が、前記ノズルの軸に沿って反射ビーム(17)を受光することを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 入射ビーム(16)および反射ビーム(17)が、直径方向の隔壁(22)により羽口内で画定され、光源(14)がノズルの軸に対して垂直な軸に沿って、前記ノズルの軸に対して45°傾斜した第1のミラー(23A)に入射ビーム(16)を送り、受光器(15)が、ノズルの軸の垂直軸に沿って、前記ノズルの軸に対して45°傾斜した第2のミラー(23B)で反射ビーム(17)を受光することを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 入射ビーム(16)および反射ビーム(17)が、直径方向の隔壁(22)により羽口内で画定され、光源(14)が入射ビーム(16)を送り、受光器(15)が、2個の屈折プリズム(24A、24B)によりノズルの軸に対してそれぞれ斜めの軸に沿って反射ビーム(17)を受光することを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 光源(14)が、ノズルの軸で入射ビーム(16)を送り、この入射ビームが、羽口の内部断面より小さい断面のチューブ(18)内に閉じ込められており、反射ビーム(17)が、前記チューブ(18)の外で羽口を通過することを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 反射ビーム(17)が、ノズルの軸線外にある検知器(15)にミラー(25)により屈折されることを特徴とする請求項9に記載の装置。
- 光源(14)が、後部で閉じられたチューブ(18)内に封入されており、反射ビーム(17)が、ノズルの軸線上で検知器(15)により受光されることを特徴とする請求項9に記載の装置。
- 検知ヘッド(13)が、好適には1500°Cに達しうる高温にされるターゲットで距離測定を実施するように、および/または火炎を有する環境もしくは光学軌道で前記測定を実施するように構成されていることを特徴とする請求項2から11のいずれか一項に記載の装置。
- 前記検知ヘッド(13)が、冷却手段を備えていることを特徴とする請求項2から12のいずれか一項に記載の装置。
- レーザ(14)が、赤外線で発光する半導体レーザダイオードであり、少なくとも一つのコリメータレンズと、フィルタ、好適には干渉フィルタとを備えて、炉の固有の放射線に関連する地の雑音を除去または緩和することを特徴とする請求項2から13のいずれか一項に記載の装置。
- 光検知器(15)が、干渉フィルタを備えた少なくとも一つの受光レンズと、高周波電子検知システムに結合される少なくとも一つのフォトダイオードとを含むことを特徴とする請求項2から14のいずれか一項に記載の装置。
- フォトダイオードが、光ファイバにより高周波電子検知システムに結合されていることを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 検知ヘッド(13)が、好適には、前記ノズル(9)の位置で採取された加圧酸素による掃引保護手段を備えた保護窓(19)と、好適には光源(14)および検知器(15)に共通で、妨害赤外線を除去もしくは減衰するフィルタとを含むことを特徴とする請求項2から16のいずれか一項に記載の装置。
- 検知ヘッド(13)が5メートルまで及ぶ距離を測定できるように構成されていることを特徴とする請求項2から17のいずれか一項に記載の装置。
- さらに、検知ヘッド(13)と高周波電子手段とにより測定される距離(D)に応じて、ノズル(9)の酸素流量または圧力、ノズル(9)による酸素吹き込みの始動の瞬間、および場合によっては、バーナ(8)の供給レベルにおける支燃性ガスと燃料との比および/またはバーナの出力および/またはバーナの動作時間を、リアルタイムで調節するための調整手段を含むことを特徴とする請求項2から18のいずれか一項に記載の装置。
- 前記調整手段が、閉ループの調整手段であることを特徴とする請求項19に記載の装置。
- ノズル(9)の端部(8’)と固体金属スクラップ(5)との間の距離(D)の測定手段が、ノズル(9)の内部または後部に配置された、ラジオ波またはマイクロ波を用いるレーダーシステムを含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- ノズル(9)およびバーナ(8)が結合されていて同心であることを特徴とする請求項1から21のいずれか一項に記載の装置。
- ノズル(9)およびバーナ(8)が炉内で物理的に分離されていることを特徴とする請求項1から21のいずれか一項に記載の装置。
- 先行請求項のいずれか一項に記載のダイナミック制御装置を装備された電気アーク炉用の酸素・燃料油バーナ(8)に場合によっては結合された酸素吹き込みノズル(9)。
- 請求項2から20のいずれか一項に記載の光学検知ヘッド装置(13)により、場合によっては酸素・燃料油バーナ(8)に結合される酸素吹き込みノズル(9)を備えた電気アーク炉内に形成される、燃焼のダイナミック制御方法であって、
ノズル(9)の軸線上に配置される開口部(8’)を介して金属スクラップ(5)に照準を合わせてレーザパルス入射ビームを送るステップと、
金属スクラップ(5)による反射ビームを検知して、その光学経路をノズル(9)内の入射ビームの光学経路に部分的に重ねるステップと、
ノズル(9)の端部と金属スクラップ(5)との距離(D)を、照射時間の測定、すなわちそれぞれ送信されたレーザパルスと受信されたレーザパルスとの間に経過する時間間隔を測定することにより導くステップと、
ノズル(9)による酸素吹き込みのための流量もしくは圧力および/または移行の瞬間、および場合によっては、バーナ(8)の供給レベルにおける支燃性ガスと燃料との比、および/またはバーナ(8)の出力および/またはバーナ(8)の動作時間を、測定された距離(D)の値を調整パラメータとして用いることによって、好適には閉ループの調整により調節するステップとを特徴とする方法。 - 酸素吹き込みノズル(9)の作動の前に、バーナ(8)による予熱ステップが行われ、測定された距離(D)の値について双方の場合に調整が実施されることを特徴とする請求項25に記載の方法。
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