JP2012516938A - 電気アーク炉の一酸化炭素排出量を制御するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気アーク炉の排ガス中の一酸化炭素含有量の均一化を可能とする方法および装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、炉殻とこの炉殻の少なくとも３つの区域内の発泡スラグの高さを固体伝播音測定に基づいて特定するための機構と炉殻内への酸素供給を制御するための少なくとも１つの第１機器（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）と炉殻内への炭素導入を制御するための少なくとも１つの第２機器（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）とを有する電気アーク炉の一酸化炭素排出量を制御するための方法および装置に関するもので、発泡スラグの高さが、前記の３つの区域のそれぞれにおいて特定され、電気アーク炉の排ガス中の一酸化炭素含有量に関係付けられ、かつその際に炭素導入および／または酸素供給が前記の３つの区域の少なくとも１つにおいて最大値よりも下に保たれるように制御される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、炉殻と、この炉殻の少なくとも３つの区域内の発泡スラグの高さを固体伝播音測定に基づいて特定するための機構と、炉殻内への酸素供給を制御するための少なくとも１つの第１機器と、炉殻内への炭素導入を制御するための少なくとも１つの第２機器とを有する電気アーク炉の操業中に、その電気アーク炉の一酸化炭素排出量を制御するための方法および装置に関する。

電気アーク炉内でスクラップを溶かし込んで鋼を製造する際には、一般に、形成される金属溶湯上に発泡スラグが生じる。これは、溶湯還元のために炉殻内に炭素が添加され、かつ溶湯脱炭のために炉殻内に酸素が添加されることに起因する。炭素の導入は、炭装入、すなわち直径数ミリメートル乃至数センチメートルの範囲内の塊状炭をスクラップと一緒に添加することによって、または炉殻内の金属溶湯および／またはスラグの表面に炭素を付加的に吹き込むことによって、行うことができる。必要な炭素の一部は、しばしばスクラップそれ自体によっても持ち込まれる。装入されたスクラップは、最後に炉殻内で融解された形で存在し、場合によってはそこに存在する装入炭が溶かし込みプロセスの過程で溶湯中に溶ける。その溶湯中に溶けて存在する炭素は、炉殻内に注入される酸素用の反応相手として利用することができる。その際に一酸化炭素（ＣＯ）と二酸化炭素（ＣＯ₂）が生成し、これらが金属溶湯の表面上に発泡スラグを形成することになる。

スクラップの溶解後に大量の炭素が溶湯中に溶けて存在するので、酸素注入時、有意なレベルをしばしば上まわる大量の発泡スラグが形成される。それゆえに、炉殻内に生じる発泡スラグの高さが通常監視される。

特許文献１には、電気アーク炉内で金属溶湯を製造するための方法が記載されており、そこでは発泡スラグの高さはレベル測定を介して特定される。

電気アーク炉殻内の発泡スラグの高さを特定するための、他の機構が、特許文献２に記載されている。そこでは、炉殻の少なくとも３つの区域内の発泡スラグの高さ特定が、固体伝播音測定に基づいて行われる。

公知の測定システムに基づいて発泡スラグの高さを制御するために付加的に吹き込まれる炭素の量と注入酸素量とを制御するための機器は、既に提供されており、それらの機器は、過剰発泡時には、付加的に吹き込まれる炭素の量を最小限に減らして酸素添加量を適合させる。

発泡スラグ形成の開始時および形成段階中に、電気アーク炉の排ガス中に一定時間に亘って過剰量の一酸化炭素が含まれており、この一酸化炭素が、一酸化炭素ピークまたは一酸化炭素隆起部となって現れて、十分に再燃焼させることができないことが判明した。排ガス再燃焼設備から再び排出される一酸化炭素は、煙突を介して環境中に達する。

排ガス中の一酸化炭素含有量、そしてさらに二酸化炭素含有量は、過去において一部では、電気アーク炉後および／または排ガス再燃焼設備後に排ガスダクト内でのガスセンサによる測定に基づいて測定されていた。しかし、その測定箇所においては排ガスの温度が高く、また粉塵成分が多いので、そのような測定は誤差を伴うものとなり、また使用される測定機器の寿命が短くなる。さらに、排ガスダクト内での測定であるゆえに、炉殻内での一酸化炭素の発生は一定の時間遅延を以てはじめて把握されるので、制御介入が遅れる結果となる。このことから、短期的には過剰量の一酸化炭素が排ガス中に含まれるようになり、その一酸化炭素を十分に再燃焼させることができなくなる。排ガス再燃焼設備から再び排出される一酸化炭素もまた、煙突を介して環境中に達する。

欧州特許出願公開第０６３７６３４号明細書 独国特許発明第１０２００５０３４４０９号明細書

従って、本発明の課題は、電気アーク炉の排ガス中の一酸化炭素含有量の均一化を可能とする方法および装置を提供することにある。

一酸化炭素排出量を制御する方法に関する課題は、炉殻と、その炉殻の少なくとも３つの区域内の発泡スラグの高さを固体伝播音測定に基づいて特定するための機構と、炉殻内への酸素供給を制御するための少なくとも１つの第１機器と、炉殻内への炭素導入を制御するための少なくとも１つの第２機器とを有する電気アーク炉における、一酸化炭素排出量を制御するための方法において、少なくとも３つの区域のそれぞれにおける発泡スラグの高さを特定し、かつ電気アーク炉の排ガス中の一酸化炭素含有量に関係付けることによって、および、発泡スラグの高さが最大値よりも下に保たれるように少なくとも３つの区域の少なくとも１つにおける炭素導入および／または酸素供給を制御することによって、解決される。

一酸化炭素排出量を制御する装置に関する課題は、炉殻と、この炉殻の少なくとも３つの区域内の発泡スラグの高さを固体伝播音測定に基づいて特定するための機構とを含む電気アーク炉の一酸化炭素排出量を制御するための装置であって、その装置が炉殻内への酸素供給を制御するための少なくとも１つの第１機器と、炉殻内への炭素導入を制御するための少なくとも１つの第２機器と、少なくとも３つの区域のそれぞれにおける発泡スラグの高さ測定値を把握するための少なくとも１つの演算ユニットとを含むものにおいて、その少なくとも１つの演算ユニットがさらに、前述の測定値を電気アーク炉の排ガス中の一酸化炭素含有量に関係付け、前述の測定値を発泡スラグの高さ最大値と比較し、かつその最大値を上まわるときには少なくとも１つの前述の第１機器および／または少なくとも１つの前述の第２機器に対して少なくとも１つの制御信号を出力するように構成されていることによって、解決される。

本発明に係る方法および装置は、電気アーク炉の排ガス中の一酸化炭素含有量の均一化を可能とする。電気アーク炉内の発泡スラグの高さが、形成される一酸化炭素および二酸化炭素の量の尺度となることのゆえに、発泡スラグの高さ測定を電気アーク炉の一酸化炭素排出量の制御に直接利用する可能性が得られる。炉殻の少なくとも３つの区域内の発泡スラグの高さ特定を、固体伝播音測定に基づいて極めて迅速かつ正確に行うことが可能となるので、少なくとも１つの第１機器および／または少なくとも１つの第２機器の制御を、極めて迅速に、さしたる時間遅延なしに、遂行することができる。

排ガス中の一酸化炭素含有量の均一化が達成されるので、通常電気アーク炉の下流側に設けられる排ガス再燃焼設備内で排ガス中に含まれた一酸化炭素の完全またはほぼ完全な再燃焼は達成することができる。煙突を介して環境中に飛散する一酸化炭素成分は、ゼロもしくは殆どゼロに減らされ、あるいは少なくとも大幅に低減される。有害物質による環境負荷が著しく低下する。

さらに、導入すべき炭素量および／または供給すべき酸素量を減らして、その費用を節約することができる。

炉殻の少なくとも３つの区域内の発泡スラグの高さを固体伝播音測定に基づいて特定する点に関しては、ここで利用する測定法を詳細に述べた特許文献２を参照されたい。

ここで、最大値は、その時間中に１つの値に固定的に調整しておくことができるし、所定の複数のステップを通過させる、もしくは実際の条件に動的に適合させるようにすることもできる。

本発明に係る方法および本発明に係る装置の有利な諸構成を以下に明示する。

さらに、発泡スラグの高さは、所定の最小値よりも上に保たれるようにするのが好ましい。発泡スラグの最低量は、溶湯内への最適エネルギー導入と溶湯表面からの放熱減少とを保証する。それゆえに、従来は、既に発泡スラグの高さ最低値に達したならば、炉殻内への炭素導入を制御するための少なくとも１つの第２機器は、それへの炭素導入が最少となるように制御されていた。発泡スラグの高さ最小値および最大値を維持すると、排ガス中の一酸化炭素含有量がさらに均一化し、場合によって設けられている排ガス再燃焼設備が一層効率的に利用されることになる。

本装置の少なくとも１つの演算ユニットは特に、発泡スラグの高さ測定値を、発泡スラグの高さ最小値と比較して、それが最小値を下まわるときには、少なくとも１つの第１機器および／または少なくとも１つの第２機器に対して少なくとも１つの制御信号を出力するように構成されている。

電気アーク炉の少なくとも３つの区域のそれぞれに好ましくは少なくとも１つの第１機器が付設され得るようになっているか、または付設されており、少なくとも３つの区域のそれぞれに対する酸素供給は個別に制御され得るようになっているか、または制御されている。このようにして、発泡スラグの局所的過剰発泡には、その領域内で酸素添加を減らすことによって、適切に対応した制御を行うことができる。これとは逆に、発泡スラグの高さが過度に低いと、酸素添加量が高くなり、それに起因して、泡形成が活発化されることになる。

その酸素を炉殻内に導入するのに適した材料として実証されたのは、純酸素、空気、水蒸気、またはそれらの組み合わせである。酸化鉄を、好ましくは鉄鉱石の態様で、酸素供給体として添加することも可能であると想定される。

さらに、少なくとも３つの区域のそれぞれに少なくとも１つの第２機器が付設され得るようになっているか、または付設されており、少なくとも３つの区域のそれぞれに対する炭素導入は個別に制御され得るようになっているか、または付設されている。このようにして、発泡スラグの局所的過剰発泡には、その領域内で炭素導入を減らすことによって適切に対処して、その制御を遂行することができる。ことは逆に、発泡スラグ高さが過度に低いと、炭素導入が高められ、それに起因して泡形成が活発化されることとなる。この場合の炭素導入は、脈動的に行うようにすることが望ましい。

炭素を吹込みによって炉殻内に導入するのに適した材料として実証されたのは各種の炭、コークス、木材、炭化鉄、直接還元鉄、高温ブリケット鉄、鉱石、フィルターダスト、酸化皮膜、乾燥粉砕汚泥、石灰、石灰石、ドロマイト、蛍石等のスラグ形成剤であり、その導入は、粉砕もしくは粉末の形態で行われる。

その際、発泡スラグ形成を極力迅速かつ動的に調節できるようにするために、炉殻の確定された区域のそれぞれについて、各々少なくとも１つの第１機器と少なくとも１つの第２機器とを利用することが、特に好ましい。

少なくとも３つの区域のそれぞれにおけるおよび／または少なくとも３つの区域について平均した発泡スラグの高さ推移の予測は、外挿法によって行うことが望ましい。１つの区域の発泡スラグ高さの時間的推移に基づいて、過剰発泡または過小発泡に対して早期に対処することができ、同時にエネルギー導入を最適化して、電気アーク炉の排ガス中の一酸化炭素含有量の均一化を確実に保証することができる。炉殻内の過度に低いまたは過度に高い発泡スラグレベルの検出と制御介入との間の遅延時間が根本的に低減されて、プロセスに即した調節が達成される。

本装置の少なくとも１つの演算ユニットは、好ましくは、少なくとも３つの区域のそれぞれにおける、および／または少なくとも３つの区域について平均した、発泡スラグの高さ推移を予測するための外挿を、発泡スラグ高さの測定値に基づいて実行するように構成されている。

その代りに、またはそれと組み合わせて、少なくとも３つの区域のそれぞれにおける、および／または、少なくとも３つの区域について平均した、発泡スラグの高さ推移の予測、および、発泡スラグの高さ測定値と一酸化炭素含有量との相関は、排ガス中の測定した二酸化炭素含有量に基づいて行われる。

その代わりに、またはそれと組み合わせて、少なくとも３つの区域のそれぞれにおける、および／または、少なくとも３つの区域について平均した、発泡スラグの高さ推移の予測、および、発泡スラグの高さ測定値と一酸化炭素含有量との相関は、少なくとも１つの演算ユニットに格納され得るようになっているかまたは格納された反応モデルに基づいて、実行される。その反応モデルは、好ましくは排ガス形成の理論計算に基づいており、これらの理論計算は、主に電気アーク炉および／または被融解材料および／または使用した溶融プログラムに関する、排ガス形成の経験値と組み合わせて、格納される。反応モデルの作成の際には、好ましくは、溶湯組成、溶湯温度、排ガス発生量、発泡スラグ形成の場所および量等を考慮しなければならない。特に、少なくとも１つの演算ユニットによって、好ましくは自動的に把握される測定値および設備パラメータに基づいて、反応モデルを電気アーク炉の操業時に絶えず最適化することが可能であると有利であり、場合によっては、さらに操作員が手動で入力ユニットを介して補充することができると有利である。

好ましくは、少なくとも１つの第１機器および／または少なくとも１つの第２機器を制御するために、少なくとも１つのファジィ制御器、特にニューロファジィ制御器が、利用される。ファジィ制御器は、ファジィ論理の理論に相応する特性マップ制御器の部類に属するシステムである。各制御ステップにおいて３つの部分ステップ、つまりファジィ化、推論、そして最後に脱ファジィ化が、実行される。個々の入力および出力は、言語変数と称され、これらの変数に、それぞれファジィ量が付属している。

このようなファジィ制御器は、例えば、演算ユニットに格納された上記反応モデルに依存するものとすることができる。

動的制御は、溶かし込み過程のさまざまな段階、特に発泡スラグ形成段階において、発泡スラグ高さのさまざまな最小値および／または最大値に基づいて実行することができる。発泡スラグ段階は、溶湯の還元および／または脱炭が行われる炉室内における、全金属成分の溶解後の時間を表す。

本方法の好ましい一態様では、排ガス中の実際の一酸化炭素含有量が測定されて、それが排ガス中の一酸化炭素含有量の目標値と比較される。このような一酸化炭素含有量の目標値は特に、電気アーク炉の下流側に設けられる排ガス再燃焼設備によって最適に再燃焼可能な、排ガス中の一酸化炭素の量を表す。この二酸化炭素含有量の目標値が極力一貫して達成されるように、最大値を動的に適切に変更もしくは適合させると好ましいことが実証された。これにより、排ガス再燃焼設備の容量の最適な活用が可能となる。

本装置の少なくとも１つの演算ユニットは特に、排ガス中で実際に測定した一酸化炭素含有量を少なくとも１つの演算ユニットに格納された一酸化炭素含有量の目標値と比較し、かつその二酸化炭素含有量の目標値を達成するために最大値を動的に変更するように、構成されている。これにより、事前に調整した最大値を修正して、実際の、つまり変化する設備条件に対して動的に適合させることができる。

その最大値は、法規制に依拠した一酸化炭素許容限界値と相関させておくことができる。その場合、最大値は、特に、電気アーク炉の下流側に設けられた排ガス再燃焼設備によって再燃焼された排ガスが最大で単位時間当り許容限界値未満の一酸化炭素残量が環境中に放出されるように選択される。

本方法の、他の好ましい一態様では、少なくとも３つの区域のそれぞれにおける発泡スラグの高さを電気アーク炉の排ガス中の一酸化炭素含有量に関係付けた後、その関係付けられた一酸化炭素含有量に基づいて、電気アーク炉の下流側に設けられた排ガス再燃焼設備の運転が制御される。排ガス再燃焼設備内に注入される酸素量は、電気アーク炉後の排ガス中の一酸化炭素含有量が高い場合には、それに相応した多くの酸素量が再燃焼のため提供されるように、例えば新鮮空気ベンチレータおよび／またはガスバルブの移送量の制御を介して調節することができる。

本装置の少なくとも１つの演算ユニットは、好ましくは、少なくとも３つの区域のそれぞれにおける発泡スラグの高さを電気アーク炉の排ガス中の一酸化炭素含有量に関係付けた後、その関係付けられた一酸化炭素含有量に基づいて、電気アーク炉の下流側に設けられた排ガス再燃焼設備の運転を制御するように構成されている。

電気アーク炉内での溶かし込み過程最終段階におけるプロセス推移の概要を示す。 図１による電気アーク炉内での溶かし込み過程最終段階におけるプロセス推移と最終段階における本発明に係るプロセス推移との比較を示す。 本発明に係る装置を有する電気アーク炉の略図である。 図３による電気アーク炉の炉殻の略断面図である。 本発明に係る制御を行う場合と行わない場合の排ガス中の一酸化炭素含有量ＣＯ_abgと発泡スラグ高さＨＳとの対比である。

図１〜図５は、本発明を例示的に示したものである。

図１は、電気アーク炉内での溶かし込み過程最終段階におけるプロセス推移の概要を示す。溶かし込み過程開始以降の時間ｔを秒単位で示すＸ軸に対応して、Ｙ軸には、Ｈ_rel.として電気アーク炉の炉殻傾斜角αと、炉殻の３つの区域のそれぞれにおける発泡スラグ高さＨＳ₁、ＨＳ₂、ＨＳ₃と、炉殻の３つの区域のそれぞれに対する炭素導入量Ｅ_C1、Ｅ_C2、Ｅ_C3とが、プロットされている。ここでは、スクラップ溶かし込み段階の最後から発泡スラグ段階の開始までは符号Ａ、発泡スラグ段階の中間領域は符号Ｂ、溶湯流し出し直前の発泡スラグ段階最終領域は符号Ｃとしている。

電気アーク炉１の炉殻１ａの３つの区域における発泡スラグ高さＨＳ₁、ＨＳ₂、ＨＳ₃の特定は、固体伝播音測定によって行われる。炉殻１ａ内への酸素供給を制御するための第１機器５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、および炉殻内への炭素導入Ｅ_C1、Ｅ_C2、Ｅ_C3を制御するための第２機器６０ａ、６０ｂ、６０ｃが、炉殻１ａの区域毎に設けられている（この点については図３参照）。

段階Ａ〜Ｃにおける炉殻内の発泡スラグ高さの最大値Ｗ_maxA、Ｗ_maxB、Ｗ_maxCと最小値Ｗ_minA、Ｗ_minB、Ｗ_minCが、それぞれプロットされている。段階Ａ〜Ｃにおいては、従来は電気アーク炉１の一酸化炭素排出量ＣＯ_abgの制御が不十分であった。発泡スラグ高さＨＳ₁、ＨＳ₂、ＨＳ₃は、特に段階Ａにおいて最小値Ｗ_minAを上まわり、さらに最大値Ｗ_maxAを遥かに上まわり、排ガス中の所望一酸化炭素含有量または一酸化炭素含有量のＣＯ_max目標値を上まわる事態を生じる（ＣＯ_abg推移のハッチング面参照）。しかし段階Ｂ、Ｃでも、排ガス中の所望の一酸化炭素含有量または一酸化炭素含有量のＣＯ_max目標値を上まわることがある。電気アーク炉１の下流側に設けられた排ガス再燃焼設備７０は到来する大量の一酸化炭素を十分には再燃焼させることができず、望ましくない量の一酸化炭素が排ガス中に残存して環境中に達することになる。

最大値Ｗ_maxA、Ｗ_maxB、Ｗ_maxCは、煙突を介して環境中に放出される再燃焼排ガス中の一酸化炭素許容限界値と相関させておくことができる。

次に、図２は、溶かし込みプロセス最終段階における、図１によるプロセス推移と本発明に係るプロセス推移との比較を示している。３つの段階Ａ、Ｂ、Ｃにおいて図１にて確認された発泡スラグ高さＨＳ₁、ＨＳ₂、ＨＳ₃の曲線が再度示してあり、排ガス中の一酸化炭素含有量ＣＯ_abgに関する推移が示してある（ＣＯ_abg推移中の一点鎖線参照）。

そして、さらに示してある曲線は、本発明による酸素供給および炭素導入Ｅ_C1、Ｅ_C2、Ｅ_C3の制御時の平均発泡スラグ高さＨ_opt.を示している。炉殻１ａの３つの区域すべてにおいて、段階Ａ、Ｂ、Ｃにおける発泡スラグ高さの最大値Ｗ_maxA、Ｗ_maxB、Ｗ_maxCを上まわることは、もはやない。これにより、曲線Ｈ_opt.による発泡スラグ高さ推移において排ガス中の一酸化炭素含有量ＣＯ_abgの推移（ＣＯ_abg推移中の太線参照）が得られ、この推移は全てＣＯ_max値よりも下である。段階Ａと段階Ｂ、Ｃ間の移行領域とにおいて電気アーク炉の一酸化炭素排出量が低下し、ＣＯ_max値を上まわることは、もはやない。いまや電気アーク炉のＣＯ排出量は一定したレベルにあり、一般に電気アーク炉の下流側に設けられる排ガス再燃焼設備によって、均一に燃焼させることができる。

図３は、炉殻１ａを有する電気アーク炉１を示しており、給電部を介して電源機器１２に接続された複数の電極３ａ、３ｂ、３ｃが、炉殻内に案内されている。電源機器１２は、主に炉変圧器を有する。３つの電極３ａ、３ｂ、３ｃの少なくとも１つによって、例えばスクラップおよびその他の添加材のような装入材料が、電気アーク炉１内で溶解される。その電気アーク炉１内で、製鋼時に、スラグもしくは発泡スラグ１５（図４参照）が形成され、これにより、少なくとも１つの電極３ａ、３ｂ、３ｃに生成されるアーク１８（図４参照）による溶湯内へのエネルギー導入が改善される。

図３に示した実施例では、電極３ａ、３ｂ、３ｃの給電部にセンサ兼制御機器１３ａ、１３ｂ、１３ｃが設けられており、このセンサ兼制御機器によって、電流および／または電圧、もしくは電極３ａ、３ｂ、３ｃに供給されるエネルギーを、測定し制御することができる。センサ兼制御機器１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、電流信号および／または電圧信号を、主に時間分解して検出する。このセンサ兼制御機器１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、例えば、ケーブルとして形成される信号線路１４ａ、１４ｂ、１４ｃを介して演算ユニット８に接続されている。他の信号線路１４ｄ、１４ｅ、１４ｆは、センサ兼制御機器１３ａ、１３ｂ、１３ｃを制御機器９と結合するのに役立ち、この制御機器は、演算ユニット８から制御設定値を受け取る。

炉殻１ａの壁２に、すなわち炉殻１ａの外側境界に、振動を測定するための固体伝播音センサ４ａ、４ｂ、４ｃが配置されている。固体伝播音センサ４ａ、４ｂ、４ｃは、間接的および／または直接的に、炉殻１ａもしくは炉殻１ａの壁２と結合させておくことができる。固体伝播音センサ４ａ、４ｂ、４ｃは、電気アーク炉１の壁２の電極３ａ、３ｂ、３ｃとは反対側に配置されていると有利である。固体伝播音センサ４ａ、４ｂ、４ｃが、ここでは主に加速度センサとして形成され、発泡スラグ１５よりも上（図４参照）に位置決めされている。固体伝播音センサ４ａ、４ｂ、４ｃは、やはり演算ユニット８に結合されている。

固体伝播音センサ４ａ、４ｂ、４ｃから演算ユニット８に転送される測定値もしくは信号は、保護線路５ａ、５ｂ、５ｃを介して光学機器６内に案内され、そこから少なくともその一部は、光導波路７を介して、演算ユニット８へと送られる。信号線路５ａ、５ｂ、５ｃは、熱、電磁界、機械的負荷、および／またはその他の負荷から保護されて案内されているのが望ましい。

光学機器６は、固体伝播音センサ４ａ、４ｂ、４ｃの信号を増幅および／または変換するのに役立ち、好ましくは、電気アーク炉１の比較的近傍に配置されている。固体伝播音センサ４ａ、４ｂ、４ｃの測定値もしくは信号は、光学機器６内で光信号に変換され、光導波路７を介して、例えば５０〜２００ｍのような比較的長い距離を経て演算ユニット８へと支障なく伝送される。

炉殻１ａの区域毎に、ここでは炉殻１ａ内への酸素供給を制御するための第１機器５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、炉殻内への炭素導入Ｅ_C1、Ｅ_C2、Ｅ_C3（図１、図２参照）を制御するための第２機器６０１、６０ｂ、６０ｃとが設けられており、これらの機器は、本発明によれば、演算ユニット８と制御機器９とによって、発泡スラグ１５の高さについての段階Ａ、Ｂ、Ｃにおける最大値Ｗ_maxA、Ｗ_maxB、Ｗ_maxC（図２参照）を、炉殻１ａの３つすべての区域または３つの区域の平均値を上まわらないようにコントロールされる。さらに、発泡スラグ１５の高さについての段階Ａ、Ｂ、Ｃにおける最小値Ｗ_minA、Ｗ_minB、Ｗ_minC（図２参照）が、炉殻１ａの３つの区域全てよりも、または３つの区域の平均よりも下まわることのないようにして、電気アーク炉１内の最適なエネルギー導入が保証されるように、コントロールが行われる。

このため、固体伝播音センサ４ａ、４ｂ、４ｃおよびセンサ兼制御機器１３ａ、１３ｂ、１３ｃの測定値もしくは信号は、炉殻１ａ内の発泡スラグ１５の高さ（図４参照）を確認するために、演算ユニット８において把握され評価される。固体伝播音センサ４ａ、４ｂ、４ｃによって確認された測定値もしくは信号は、発泡スラグ１５の高さと相関しており、時間分解能は、約１〜２秒の範囲内で可能である。炉殻１ａ内の区域毎の発泡スラグ１５の高さを表示する測定値もしくは信号は、演算ユニット８において電気アーク炉１の排ガス中の付属する一酸化炭素含有量に関係付けられる。この付属する一酸化炭素含有量は、演算ユニット８において所望の一酸化炭素量または一酸化炭素量の目標値である排ガス中の一酸化炭素値ＣＯ_maxと比較され、必要ならば、炭素導入および／または酸素供給が相応に修正される。場合によっては、溶湯の温度および／または組成の変更によって、補足的介入を行うこともできる。

つまり、第１機器５０ａ、５０ｂ、５０ｃおよび／または第２機器６０ａ、６０ｂ、６０ｃによって、特に炉殻１ａの１区域または複数区域における炭素導入および／または酸素添加は、一酸化炭素含有量に依存して、発泡スラグ高さが平均してまたは各区域において最大値Ｗ_maxA、Ｗ_maxB、Ｗ_maxCよりも下まわると共に最小値Ｗ_minA、Ｗ_minB、Ｗ_minCを上まわるように、制御される。演算ユニット８は、炉殻１ａ内の区域毎の、または全区域で平均した、発泡スラグの実際に計算された高さおよび／または予め計算した高さに基づいて、少なくとも１つの制御信号もしくは制御設定値を、制御機器９に転送する。

制御機器９は、演算ユニット８の設定値に従って、場合によってはさらに独自の計算に基づいて、炭素導入および／または酸素供給の他に、場合によってはさらに炉殻１ａ内への他の物質の供給と電極３ａ、３ｂ、３ｃを介したエネルギー導入とを制御する。制御機器９は、好ましくはファジィ制御器を含む。

電気アーク炉１の下流側に選択的に、排ガス再燃焼設備７０が設けられており、この排ガス再燃焼設備が、電気アーク炉１から排ガス管路７１を介して到来する排ガスを再燃焼させ、その後、煙突７２を介して環境中に放出せしめる。このような排ガス再燃焼設備７０は、制御線路７３を介して制御機器９によって制御することができ、その制御機器は、好ましくは演算ユニット８から制御信号を受け取る。

図４は、電気アーク炉１の炉殻１ａ内にアーク１８を有する電極の１つである３ｂを略図で示している。炉殻１ａの壁２に配置された固体伝播音センサ４ｂが信号線路５ｂと結合されており、その信号線路を介して信号が演算ユニット８（図３参照）に転送される。

図４には、溶融浴１６および発泡スラグ１５が、炉殻１ａの横断面図で概略示されている。演算ユニット８においては、発泡スラグ１５の高さＨＳは、電気アーク炉１内の固体伝播音の伝達関数によって特定されることが可能となっている。その伝達関数は、励起から検出箇所に至るまでの固体伝播音の、図４に略示した伝達路１７を表す。固体伝播音の励起は、電極３ｂに電力を入力することによって、アーク１８にて行われる。固体伝播音、すなわち励起によって引き起こされる振動は、溶融浴１６および／または溶融浴１６を少なくとも部分的に覆う発泡スラグ１５を通して、炉殻１ａの壁２に伝達される。その固体伝播音の伝達は、付加的に、少なくとも部分的に、電気アーク炉１内の未溶解装入材料を通しても行われる。

演算ユニット８における測定値もしくは信号の評価は、電気アーク炉１の運転から得られた経験則に基づいて連続的に最適化することができる。信号把握、信号評価、およびスラグ高さの特定は、運転時にオンラインで行われ、電気アーク炉１内の確認された発泡スラグ高さは、その電気アーク炉１の一酸化炭素排出量を自動制御するために使用することができる。

炉殻１ａ内の発泡スラグ高さを迅速に直接検出することによって可能となる、改善されたプロセスコントロールおよびプロセス制御は、電気アーク炉の排ガス中の一酸化炭素含有量の均一化を常時保証し、場合によっては一酸化炭素の最適再燃焼を確保する。

図５は、本発明に係る制御を行う場合と行わない場合とでの、電気アーク炉内での溶かし込みプロセスの発泡スラグ段階における排ガス中の一酸化炭素含有量ＣＯ_abgおよび発泡スラグ高さＨＳを、時間ｔに亘って対比して示している。付属する発泡スラグの高さＨＳを最大値に制御しなければ、排ガス中の一酸化炭素含有量ＣＯ_abgが値ＣＯ_maxを上まわることとなる。最大値を上まわらないように発泡スラグ高さＨＳ_rを制御すると、排ガス中の一酸化炭素含有量ＣＯ_abgrは所望のＣＯ_max値を上まわることは、もはやなくなって、排ガス中の一酸化炭素含有量が、均一化もしくは十分に一定したレベルに保たれる。

図１〜図５は、諸例を示しているだけであり、これらは溶融プログラム、電気アーク炉等の変更時に極めて多様となり得る。しかし、当業者ならば、別の態様に構成もしくは装備された電気アーク炉についても、本発明を念頭に置いて、場合によっては若干の実験の実行後に、固体伝播音測定に基づく炉殻の少なくとも３つの区域内の発泡スラグの高さの特定を利用して、一酸化炭素排出量の制御を問題なく実行することができる。

１ 電気アーク炉
１ａ 炉殻
２ 壁
３ａ、３ｂ、３ｃ 電極
４ａ、４ｂ、４ｃ 固体伝播音センサ
５ａ、５ｂ、５ｃ 信号線路
６ 光学機器
７ 光導波路
８ 演算ユニット
９ 制御機器
１５ 発泡スラグ
１６ 溶融浴
１７ 伝達路
１８ アーク
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 第１機器
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 第２機器
ＨＳ 発泡スラグ高さ

その代りに、またはそれと組み合わせて、少なくとも３つの区域のそれぞれにおける、および／または、少なくとも３つの区域について平均した、発泡スラグの高さ推移の予測、および、発泡スラグの高さ測定値と一酸化炭素含有量との相関は、排ガス中の測定した一酸化炭素含有量に基づいて行われる。

本方法の好ましい一態様では、排ガス中の実際の一酸化炭素含有量が測定されて、それが排ガス中の一酸化炭素含有量の目標値と比較される。このような一酸化炭素含有量の目標値は特に、電気アーク炉の下流側に設けられる排ガス再燃焼設備によって最適に再燃焼可能な、排ガス中の一酸化炭素の量を表す。この一酸化炭素含有量の目標値が極力一貫して達成されるように、最大値を動的に適切に変更もしくは適合させると好ましいことが実証された。これにより、排ガス再燃焼設備の容量の最適な活用が可能となる。

本装置の少なくとも１つの演算ユニットは特に、排ガス中で実際に測定した一酸化炭素含有量を少なくとも１つの演算ユニットに格納された一酸化炭素含有量の目標値と比較し、かつその一酸化炭素含有量の目標値を達成するために最大値を動的に変更するように、構成されている。これにより、事前に調整した最大値を修正して、実際の、つまり変化する設備条件に対して動的に適合させることができる。

Claims (22)

1. 炉殻（１ａ）と、前記炉殻（１ａ）の少なくとも３つの区域内の発泡スラグ（１５）の高さを固体伝播音測定に基づいて特定するための機構と、前記炉殻（１ａ）内への酸素供給を制御するための少なくとも１つの第１機器（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）と、前記炉殻内への炭素導入を制御するための少なくとも１つの第２機器（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）とを有する電気アーク炉（１）における、一酸化炭素排出量を制御するための方法であって、
   前記少なくとも３つの区域のそれぞれにおける前記発泡スラグ（１５）の高さを特定し、かつ前記電気アーク炉（１）の排ガス中の一酸化炭素含有量に関係付けて、前記発泡スラグ（１５）の高さが最大値よりも下に保たれるように、前記少なくとも３つの区域のうちの少なくとも１つにおける前記炭素導入および／または前記酸素供給を制御する方法。
2. さらに、前記発泡スラグ（１５）の高さを、最小値よりも上に保つ
   請求項１記載の方法。
3. 前記少なくとも３つの区域のそれぞれに、少なくとも１つずつの前記第１機器（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）を付設して、前記少なくとも３つの区域のそれぞれに対する前記酸素供給を、個別に制御する
   請求項１または２記載の方法。
4. 前記少なくとも３つの区域のそれぞれに少なくとも１つずつの前記第２機器（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）を付設して、前記少なくとも３つの区域のそれぞれに対する前記炭素導入を、個別に制御する
   請求項１から３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記少なくとも３つの区域のそれぞれにおける、および／または前記少なくとも３つの区域について平均した、前記発泡スラグ（１５）の高さ推移の予測を、外挿法によって行う
   請求項１から４のいずれか１つに記載の方法。
6. 前記少なくとも３つの区域のそれぞれにおける、および／または前記少なくとも３つの区域について平均した、前記発泡スラグ（１５）の高さ推移の予測、および前記発泡スラグ（１５）の高さ測定値と一酸化炭素含有量との相関を、前記排ガス中の測定された一酸化炭素含有量に基づいて実行する
   請求項１から５のいずれか１つに記載の方法。
7. 前記少なくとも３つの区域のそれぞれにおける、および／または前記少なくとも３つの区域について平均した、前記発泡スラグ（１５）の高さ推移の予測、および前記発泡スラグ（１５）の高さ測定値と排ガス中の一酸化炭素含有量との相関を、少なくとも１つの演算ユニット（８）に格納される反応モデルに基づいて実行する
   請求項１から６のいずれか１つに記載の方法。
8. 前記少なくとも１つの第１機器（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）および／または前記少なくとも１つの第２機器（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）を制御するために、少なくとも１つのファジィ制御器を利用する
   請求項１から７のいずれか１つに記載の方法。
9. 前記排ガス中の実際の一酸化炭素含有量を測定し、一酸化炭素含有量の目標値と比較して、前記二酸化炭素含有量の目標値を達成するべく前記最大値を動的に変更する
   請求項１から８のいずれか１つに記載の方法。
10. 前記最大値を、一酸化炭素許容限界値と相関させる
    請求項１から９のいずれか１つに記載の方法。
11. 前記少なくとも３つの区域のそれぞれにおける前記発泡スラグ（１５）の高さを、前記電気アーク炉（１）の排ガス中の一酸化炭素含有量に関係付けた後、前記電気アーク炉（１）の下流側に設けられた排ガス再燃焼設備（７０）を、関係付けられた前記一酸化炭素含有量に基づいて制御する
    請求項１から１０のいずれか１つに記載の方法。
12. 炉殻（１ａ）と前記炉殻（１ａ）の少なくとも３つの区域内の発泡スラグ（１５）の高さを固体伝播音測定に基づいて特定するための機構とを含む、電気アーク炉（１）の一酸化炭素排出量を制御するための装置であって、
    前記装置が、前記炉殻（１ａ）内への酸素供給を制御するための少なくとも１つの第１機器（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）と、前記炉殻（１ａ）内への炭素導入を制御するための少なくとも１つの第２機器（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）と、前記少なくとも３つの区域のそれぞれにおける前記発泡スラグ（１５）の高さ測定値を把握するための少なくとも１つの演算ユニット（８）とを含んでおり、
    前記少なくとも１つの演算ユニット（８）がさらに、前記測定値を前記電気アーク炉（１）の排ガス中の一酸化炭素含有量に関係付け、前記測定値を前記発泡スラグ（１５）の高さ最大値と比較し、かつ前記最大値を上まわると前記少なくとも１つの第１機器（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）および／または前記少なくとも１つの第２機器（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）に対して、少なくとも１つの制御信号を出力する
    電気アーク炉の排ガス中の一酸化炭素含有量の均一化を可能とする装置。
13. 前記少なくとも１つの演算ユニット（８）が、さらに、前記測定値を前記発泡スラグ（１５）の高さ最小値と比較し、かつ前記最小値を下まわると、前記少なくとも１つの第１機器（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）および／または前記少なくとも１つの第２機器（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）に対して、少なくとも１つの制御信号を出力する
    請求項１２記載の装置。
14. 前記少なくとも３つの区域のそれぞれに、少なくとも１つずつの前記第１機器（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）が付設されており、前記少なくとも３つの区域のそれぞれに対する前記酸素供給が、個別に制御可能である
    請求項１２または１３記載の装置。
15. 前記少なくとも３つの区域のそれぞれに、少なくとも１つずつの前記第２機器（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ）が付設されており、前記少なくとも３つの区域のそれぞれに対する前記炭素導入が、個別に制御可能である
    請求項１２から１４のいずれか１つに記載の装置。
16. 前記少なくとも１つの演算ユニット（８）が、前記少なくとも３つの区域のそれぞれにおける、および／または前記少なくとも３つの区域について平均した、前記発泡スラグ（１５）の高さ推移を予測するための外挿を、前記測定値に基づいて実行する
    請求項１２から１５のいずれか１つに記載の装置。
17. 前記発泡スラグ（１５）の高さ推移を予測するため、および前記発泡スラグ（１５）の高さ測定値を排ガス中の一酸化炭素含有量と相関させるために、排ガス中で測定した二酸化炭素含有量が、前記少なくとも１つの演算ユニット（８）に格納される
    請求項１２から１５のいずれか１つに記載の装置。
18. 前記発泡スラグ（１５）の高さ推移を予測するための反応モデル、および、前記発泡スラグ（１５）の高さ測定値と排ガス中の一酸化炭素含有量との相関が、前記少なくとも１つの演算ユニット（８）に格納される
    請求項１２から１５のいずれか１つまたは１７に記載の装置。
19. 当該装置が、少なくとも１つのファジィ制御器を含む
    請求項１２から１８のいずれか１つに記載の装置。
20. 前記少なくとも１つの演算ユニット（８）が、排ガス中で実際に測定された一酸化炭素含有量を、前記少なくとも１つの演算ユニット（８）に格納された一酸化炭素含有量の目標値と比較し、前記最大値の動的変更を行うことによって、前記二酸化炭素含有量の目標値を達成する
    請求項１２から１９のいずれか１つに記載の装置。
21. 前記最大値が、一酸化炭素許容限界値と相関している
    請求項１２から２０のいずれか１つに記載の装置。
22. 前記少なくとも１つの演算ユニット（８）が、前記少なくとも３つの区域のそれぞれにおける前記発泡スラグの高さを、前記電気アーク炉（１）の排ガス中の一酸化炭素含有量に関係付けた後、前記電気アーク炉（１）の下流側に設けられた排ガス再燃焼設備（７０）の運転を、前記関係付けられた一酸化炭素含有量に基づいて制御する
    請求項１２から２１のいずれか１つに記載の装置。

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