JP5521116B2 - 電極の長さ測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気炉において、電極の長さの測定、又は電極の消耗断面の位置の算出を行う方法に関し、前記測定は、レーダー送受信装置が導波路接続装置によって導波路に接続されて、レーダーによって行われ、前記導波路は、導波管（Wellenleiterrohr）又は導波ダクト（Wellenleiterkanal）として形成され、前記電極上に配置され前記電極の終端断面から消耗断面に向かう前記電極の消耗方向に延在し、前記レーダーの信号の発射と、前記電極の前記消耗断面における前記導波路の不連続点からの反射によって生成された反射波の受信との間の時間差が、測定される。更に、本発明は、前記方法を実行するための装置に関する。

いわゆる「電気炉」においては、電極と金属又は溶融物との間に電気アークを形成することによって放出される熱エネルギーによって、金属は炉体の中で溶融している。このプロセスにおいて、消耗断面によって規定される電極端と溶解されるべき金属又は溶融物との間の望ましい距離を調整するために、電極は絶えず消耗するので、電極を消耗方向に供給する必要がある。

溶融プロセス全体において一定の状態を保つために、前記距離をできるだけ一定かつ規定された通りに保つことが重要である。そのために、電極の供給は、可能であれば、電極の消耗速度に対応すべきである。この目的ために、電極の長さ、又は溶融物表面に対する消耗断面の相対位置を把握する必要がある。このことは、各溶解方法に応じて消耗断面が溶融物の上方に配置されているか溶融物に浸されているかには、全く関係がない。

電極の長さ、又は電極の消耗断面の溶融物表面からの距離を把握するために、さまざまな方法が知られている。例えば、米国特許第4,843,234号からは、電極の上又は中に配置された光導波路によって、電極の長さを長さの差として決めることにより、電極の長さを計算することが既知である。十分な精度を得るために、米国特許第4,843,234号では、２つの分離した光導波路を用いることが勧められている。このためには、それだけ、測定装置の設計の全体を複雑にする必要がある。更に、この既知の方法では、光導波路を電気炉内の極端な温度から保護するために、特別な対策が必要である。

欧州特許第1 181 841 B1号は、電極先端と溶融物表面との間の距離を、電極ストロークシステムにおいて基準長さを測定することによって求める方法を示している。溶融物表面の上方での電極先端又は電極の消耗断面の位置を把握することが電極の長さとは無関係に行われるという事実は別として、補正値に関する後続の差分値の計算が距離の計算には必要であり、この補正値は、２回の測定の間で電極が消耗することの結果として得られる。よって、欧州特許第1 181 841 B1号から既知の方法は、電極の長さの測定も、電極先端と溶融物表面との間の距離の元の位置での把握も呈しない。

よって、電極の長さの元の位置での測定、及び電極の消耗断面の位置の把握を、可能な限り小さな労力で行う方法及び装置を提供することが、本発明の目的である。

この目的は、請求項１の特徴を有する方法及び請求項５の特徴を有する装置によって達成される。

本発明による方法では、測定は、レーダー送受信装置が、導波路接続装置によって、前記電極上に配置され前記電極の終端断面から前記電極の消耗断面に向かう前記電極の消耗方向に延在する導波路に接続されて、レーダーによって行われ、前記導波路は、導波管又は導波ダクトとして形成され、前記レーダーの信号の発射と、前記電極の前記消耗断面における前記導波路の不連続点からの反射によって生成された反射波の受信との間の時間差が、測定される。

本発明による方法は、電極に配置された導波路によって、電気炉の運転中の永続的な測定を行う。電極が燃焼するので、前記導波路の端部は常に消耗断面又は消耗断面の高さにあり、導波路が電極素材の外に敷設されている場合のように、前記導波路の端部は、前記消耗断面の位置の正確な基準値として用いられることが確実であり、よって、前記電極の上端の位置が既知であるときには、前記電極の現在の長さも算出され得る。

導波路としては、前記電極の長手方向に走る導波管又は前記電極の内部を走る導波管が用いられる。前記電極内での導波路の形成又は配置が意図される場合には、前記導波路は前記電極の内部で電極材料そのものの中に形成されるダクトによって形成され得る。このダクトはレーダー波の伝搬に適したダクト壁を有する。前記導波路の端部は、前記消耗断面内又はその高さに配置されており、レーダー波として用いられる電磁波の反射波を生成する不連続点又は異質物点を形成し、この反射波は前記レーダー送受信装置の受信部において検出される。

前記方法の特に望ましい変形においては、前記導波路接続装置の長さが、前記電極とは独立して配置されたレーダー送受信装置と前記電極の終端断面との間の空間的な距離を調整するために、変更される。レーダー送受信装置が終端断面の近傍に配置され、よって前記導波路接続装置がその長手方向の伸長に関して変更不可能な接続部として形成され得る場合とは対照的に、前記導波路接続装置の長さを変更可能にすることによって、前記電極の終端断面に対する前記レーダー送受信装置の随意の相対的な位置決めが可能になる。よって、特に熱応力に関して、前記レーダー送受信装置を炉室の外の保護された位置に配置すること、及び、例えば炉壁との関係が厳密に規定された前記レーダー送受信装置の位置と前記電極の終端断面との間の隔たりを結ぶために前記導波路接続装置を用いることも可能である。この点で、前記導波路接続装置が大きさ及び材料の点で導波路に対応する管から構成されていれば、特に有利である。

特に、前記電気炉で材料を溶融させるために、セグメント化された構造を有するソダーバーグ電極が用いられる場合には、消耗した電極素材を前記消耗断面で交換するための、電極片を用いた前記終端断面での電極の積み上げに対応して、前記導波路の実効長さが変更されれば、有利である。

電極素材の中に配置された導波路において、又は壁が電極素材によって形成された導波ダクトにおいて、前記レーダー波の伝搬が起きるか否かとは関係なく、材料が前記導波路に浸透して前記導波路内に望ましくない不連続点を形成することを防止するために、前記電気炉の動作中にリンス剤（Spuelmedium）が前記導波路に与えられると有利であることが証明されている。リンスガスを前記導波路に与えると、前記消耗断面に向かう向きに前記導波路において流れを形成するのに特に有利であることが証明されている。

本発明による装置は、レーダー送受信装置と、電極上に配置された導波管と、前記導波管を前記レーダー送受信装置に接続する導波路接続装置とを有し、前記導波管は、前記電極の終端断面から前記電極の消耗断面に向かう、前記電極の消耗方向に延在する。

好ましい実施形態において、前記導波路接続装置は、前記電極とは独立して配置された前記レーダー送受信装置と、前記電極の前記終端断面との間の導波路接続を行うための調節可能な長さを有する。

特にソダーバーグ電極への前記装置の使用には、導波路接続装置と導波管との間に導波路接続部が形成されていると有利である。そこでは、前記電極の構築の結果として変化する前記電極の上側の軸端の位置の調節を行うことを可能にするために、前記導波管の上側の軸端が前記導波路接続装置の下側の軸端に関して軸方向にスライド可能に配置されている。

軸方向の可動性を実現するために、前記導波路接続部は、前記導波路接続装置の一端と前記導波管の一端とが互いに係合するように、スライディングスリーブとして形成されている。これにより、長さを変更可能にすることができ、電極の消耗断面とレーダー送受信装置との間のレーダー波の伝搬特性への影響が可能な限り小さくなる。

電極素材の構成の不連続性とは独立して導波路におけるレーダー波の均一な伝搬を実現するため、又は電極における電磁波の伝達の再現可能な条件を作成するために、導波路が好ましくは電極素材の中を通る導波管によって形成されていると有利である。

特に、ソダーバーグ電極に対して測定が行われる場合には、前記導波管は、導波路セグメントから成っていると有利であり、前記導波路セグメントは少なくとも１つのセグメントコネクタによって互いに接続されている。各導波路セグメントは、１つの導波路セグメントがソダーバーグ電極の１つの電極片にそれぞれ対応付けられるように、その高さが選択されている。

前記導波管が導波路セグメントから成っている場合には、レーダー波の伝搬に影響を与える導波管の形状における不連続を避けるため、前記セグメントコネクタが、２つの導波路セグメントの間の遷移領域における連続的な内径を形成するための断面アダプタを有すると有利である。

前記導波管が、実質的にグラファイトを含む管材料を有すると特に有利であり、グラファイトは、レーダー波の伝搬によく適しているのみではなく、特に高温安定性及び耐熱性を有する。

密度又は伝導度に特に影響を与えるために、前記管材料は、グラファイトの他に、金属又は無機物を有する。

前記導波管に含浸処理又はコーティングが施されていると、電極の燃焼中に溶融した電極材料が前記導波管に浸透するのを防ぎ、よって、導波路特性の低下を抑制することができる。

以下では、前記方法の好ましい変形が、図面を参照して使用装置の好ましい実施形態を例示することによって更に説明される。

図１は、電気炉をソダーバーグ電極とともに概略図において示す。 図２は、ソダーバーグ電極の拡大図を、接続された長さ測定装置とともに示す。 図３は、図２に示されたソダーバーグ電極の部分拡大図を、電極の終端断面における導波路接続装置及び導波路セグメント間に配置されたセグメントコネクタとともに示す。 図４は、導波路接続装置の１つの拡大図を示す。 図５は、セグメントコネクタの拡大図を示す。

図１は、炉体１１を有する電気炉１０を示し、炉体１１は溶融した金属の溶融物１２を収容する。溶融物１２の上方で、ここではソダーバーグ（Soederberg）電極として実現されている電極１４が、電極供給装置１３内に配置されている。その電極の下方の消耗端部１５は、溶融物の表面１６と電極の下側正面断面を形成する消耗断面１７との間に溶融表面（溶融物の表面１６）からの溶融距離ｔが形成されるように、溶融物１２の中に浸されており、溶融表面は炉の基準点Ｏの上方高さＨに置かれている。ここに図示された実現例の場合には、電極１４は、電極供給装置１３の上方で終端断面１８を有している。

終端断面１８と消耗断面１７との間に、導波管２０が、電極の燃焼の結果として起こる電極１４の継続的な消耗の方向（消耗方向１９）に伸びている。導波路接続装置２１によって、導波管２０にレーダー送受信装置２２が接続されており、レーダー送受信装置２２は、ここでは電気炉１０の炉室２３の外で、電気炉１０の外壁２４に固定されている。

電極１４は、ここではソダーバーグ電極として形成されており、複数の電極片２５から構成されている。それらのそれぞれは、内部にカーボンペースト２７を保持する鉄リング２６を有し、これが外形を規定している。電極１４の消耗端部１５で片２５の消耗が生じるのと同じ速度で新たな片２５が一番上の片２５の各終端断面１８の上に置かれるように、電極１４が、電気炉１０の運転中において元の位置で片２５から組み立てられる。電極１４の消耗端部１５での電極の燃焼に対応して、消耗方向１９への電極１４の供給が行われるので、終端断面１８が長さｈ程度上方又は下方に移動するように、終端断面１８の位置は片２５の高さｈに対応する領域において実質的に変化する。

電極１４を供給するプロセスにおいて、終端断面１８の上に新たに置かれた片２５はポールシュー２８の領域に入り、これを通して電気が電極１４に送られ、これが、カーボンペースト２７を焼成させ、電極１４の消耗断面１７での図示されない電気アークの生成に用いられ、このことが電極１４の消耗につながる。

図２及び３において、電極１４が、これに接続されたレーダー送受信装置２２と共に図示されている。図２からわかるように、固定された、換言すれば電極１４から独立した、レーダー送受信装置２２のレーダー測定による測定値は、導波管２０の導波路端２９が消耗断面１７の面に位置しているという条件下で、レーダー送受信装置２２に対する消耗断面１７の相対位置に対応する。導波路接続装置２１の長さｌがわかっていれば、電極の長さＬ又は消耗断面１７の位置は直ちに算出され得る。消耗断面１７の位置がわかっていれば、溶融表面（溶融物の表面１６）の既知の位置を考慮して、溶融距離ｔが簡単に算出され得る（図１も参照）。

図４は、終端断面１８の領域における、図３に図示された導波路接続装置２１と導波管２０との間の遷移を、拡大図で示す。図４に示されているように、導波路接続装置２１と導波管２０との間の導波路接続部２９は、導波路接続装置２１の自由端３０が、近傍にある、導波管の自由端３１に伸縮自在に挿入されるように実現され、このようにすることによって、導波路接続部２９はスライディングスリーブとして実現される。

導波路接続装置２１の伸縮長Ｔがスライディングスリーブ２９で実現されるので、レーダー送受信装置２２の終端断面１８までの距離は伸縮長Ｔだけ変更され得る。これは、伸縮長Ｔが電極１４の片２５の高さｈにほぼ対応するのであれば、レーダー送受信装置２２が固定されているにもかかわらず、電極１４の終端断面１８においてレーダー送受信装置２２と導波管２０の終端３１との間で導波路の接触が維持される、ということを意味する。

図５は、図３に図示されているように、導波路セグメント３２，３３の途切れのない接続のために導波管２０の２つの導波路セグメント３２，３３の間にそれぞれ配置されるセグメントコネクタ３４を示す。図５に詳細に示されているように、セグメントコネクタ３４は、断面アダプタ３５を実質的に有しており、これは導波路セグメント３２，３３に適合する内径ｄを有する。断面アダプタ３５の導波路セグメント３２，３３への接続は、管状のネジ接続部３６を介してそれぞれ成される。

Claims (15)

1. 電気炉（１０）において、電極（１４）の長さの測定、又は前記電極の消耗断面の位置の算出を行う方法であって、
   前記測定は、レーダー送受信装置（２２）が、導波路接続装置（２１）によって、前記電極上に配置され前記電極の終端断面（１８）から前記電極の消耗断面（１７）に向かう前記電極の消耗方向（１９）に延在する導波路（２０）に接続されて、レーダーによって行われ、
   前記導波路は、導波管又は導波ダクトとして形成され、
   前記レーダーの信号の発射と、前記電極の前記消耗断面における前記導波路の不連続点による反射によって生成された反射波の受信との間の時間差が、測定される
   方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記電極（１４）とは独立して配置された前記レーダー送受信装置（２２）と前記電極の前記終端断面（１７）との間の空間的な距離を調整するために、前記導波路接続装置（２１）の長さが変更される
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、
   前記導波路（２０）の実効的な長さは、前記消耗断面（１７）で消耗される電極素材を置き換えるために前記終端断面（１８）で行われる電極片（２５）を用いた前記電極（１４）の積み上げに対応して変更される
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、
   前記電気炉の運転中に、前記導波路（２０）は、前記消耗断面（１７）に向かう向きのリンス剤の流れにさらされる
   ことを特徴とする方法。
5. レーダー送受信装置（２２）、電極上に配置された導波管（２０）及び導波路接続装置（２１）を用いて、電気炉（１０）において、前記電極（１４）の長さの測定、又は前記電極の位置の算出を行う装置であって、
   前記導波管は、前記電極の終端断面（１８）から前記電極の消耗断面（１７）に向かう前記電極の消耗方向（１９）に延在し、
   前記導波路接続装置は、前記レーダー送受信装置を、前記電極の前記終端断面において前記導波管の端部に接続する
   装置。
6. 請求項５に記載の装置において、
   前記導波路接続装置（２１）は、前記電極（１４）とは独立して配置された前記レーダー送受信装置（２２）を、前記電極の前記終端断面（１８）に接続するための調節可能な長さを有する
   ことを特徴とする装置。
7. 請求項５又は６に記載の装置において、
   前記導波路接続装置（２１）と前記導波路（２０）との間に、導波路接続部（２９）が形成され、前記導波路の上側の軸端は、前記導波路接続装置の下側の軸端に関して軸方向にスライド可能に配置されている
   ことを特徴とする装置。
8. 請求項７に記載の装置において、
   前記導波路接続部（２９）は、前記導波路接続装置（２１）の端部（３０）と前記導波管（２０）の端部（３１）とが互いに係合するように、スライディングスリーブとして形成されている
   ことを特徴とする装置。
9. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の装置において、
   前記導波管（２０）は、導波路セグメント（３２，３３）から成り、前記導波路セグメントは少なくとも１つのセグメントコネクタ（３４）によって互いに接続されている
   ことを特徴とする装置。
10. 請求項９に記載の装置において、
    前記セグメントコネクタ（３４）は、２つの導波路セグメント（３２，３３）の間の遷移領域における連続的な内径ｄを形成するための断面アダプタ（３５）を有する
    ことを特徴とする装置。
11. 請求項５〜１０のいずれか１項に記載の装置において、
    前記導波管（２０）は、実質的にグラファイトを含む管材料を有する
    ことを特徴とする装置。
12. 請求項１１に記載の装置において、
    前記管材料は、グラファイトの他に、実質的な構成材料として金属を含有する
    ことを特徴とする装置。
13. 請求項１１に記載の装置において、
    前記管材料は、グラファイトの他に、実質的な構成材料として無機物を含有する
    ことを特徴とする装置。
14. 請求項５〜１３のいずれか１項に記載の装置において、
    前記導波管（２０）には、含浸処理が施されている
    ことを特徴とする装置。
15. 請求項５〜１３のいずれか１項に記載の装置において、
    前記導波管（２０）には、コーティングが施されている
    ことを特徴とする装置。

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