KR20080113295A - 오븐으로 산소를 취입하기 위한 랜스와 복합 버너의 동적 제어를 위한 장치와 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 금속 오븐에서 산소 또는 고형분을 함유하는 가압 가스를 취입하기 위한 랜스(9)의 동적 제어 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 오븐 외부에 배치되어 랜스(9)의 일 단부(8') 및 상기 단부(8')에 대향 배치된 고체 스크랩(5)에 의하여 형성된 표적 사이의 거리(D)를 측정하기 위한 무접촉 측정 수단을 포함하며, 상기 수단은 상기 표적(5)의 방향으로 입사 빔(16)을 방출하는 방사선 공급원(14) 및 표적(5)에 의하여 반사되는 빔(17)이 포획되는 검출기(15)를 포함하여 상기 입사 빔(16) 및 반사 빔(17) 모두가 상기 랜스(9)의 축을 따라 배치된 파이프의 내부 구간으로 통과되는 것을 특징으로 한다.

랜스, 버너, 동적 제어

Description

오븐으로 산소를 취입하기 위한 랜스와 복합 버너의 동적 제어를 위한 장치와 방법{DEVICE AND METHOD FOR THE DYNAMIC CONTROL OF COMBINED BURNERS AND OF LANCES FOR BLOWING OXYGEN INTO AN OVEN}

본 발명은, 에너지 효율의 개선 또는 최적화를 고려하여 환원 오븐 또는 아크 전기 오븐과 같은 금속 오븐 안에 산소를 취입하기 위한 랜스(lance) 및 복합 버너의 동적 제어 장치에 관한 것이다. 복합 버너는 산소를 취입하기 위한 랜스에 연결된 예열 버너이다.

본 발명은 또한 상기 장치의 실행 방법에 관한 것이다.

예컨대 금속으로 이용되는 것과 같은 아크 전기 오븐(이하에서는 간단히 "아크 오븐"이라 함)이 일반적으로 오븐의 측벽에 배치되는 복수의 버너를 종종 포함하는 것은 공지이다. 또한, 이러한 아크 오븐의 충전물은 주로 주철, 강철 또는 철을 함유하는 금속 또는 철을 함유하지 않는 금속의 탈락된 조각 또는 파편을 포함할 수 있는 금속 찌꺼기(이하 본 명세서에서는 구분없이 "스크랩(들)"이라 함)로 구성된다.

아크 오븐에서는, 산소-연료 버너만이 사용되거나, 예열을 목적으로 하는 산소-연료 버너와 산소 취입을 위한 랜스의 집합체를 포함하는 복합 버너가 사용되거 나, 산소 취입을 위한 랜스만이 사용되거나 또는 이들 상이한 장치의 복합이 사용된다. 보다 일반적으로는, 이들 장치는 "환원 제련(smelting reduction)" 유형의 금속 오븐 용기에 장착될 수도 있다. 이들 모든 금속 용기에는 또한 재료(예컨대, 탄소, 석회, 무기물, 먼지 등)를 취입하기 위한 랜스가 마련될 수 있다.

아크 전기 오븐의 프로세스에서, 부유하는 슬래그 층의 표면을 통하여 액화 금속으로 직접 산소를 취입하는 것이 공지되어 있다. 그 결과 액화 금속의 탈탄이 일어나고, 즉, 먼저 일산화탄소에서 이어서 이산화탄소에서 탄소가 산화되고, 발포 슬래그 층이 형성되어, 이것이 아크를 덮고 패널 및 천장을 향한 복사를 감소시켜, 결과적으로 에너지 소모를 감소시킨다.

그러나, 산소 랜스를 사용하는 것은 가스류가 의도하지 않게 스크랩에 의하여 오븐 벽의 방향으로 이송되어 오븐 벽이 실제로 손상될 수 있다는 단점이 있다.

실제의 양호한 실시는 이하의 두 상이한 작업 방식으로 이루어진다:

- 상기 정의된 바와 같은 복합 버너가 존재하는 경우, 스크랩 내에 충분한 공동(cavity)을 생성시키기 위한 일정한 시간 동안 버너로 예열한 다음 버너의 작동과 동시에 또는 버너의 작동 없이 초음속 분사로 산소 랜스를 개시시키며;

- 산소 랜스만이 존재하는 경우, 스크랩 내에 충분한 공동을 생성시키기 위하여 먼저 감소된 속도(유속)로 상기 랜스를 사용하고; 복합 버너를 사용하는 경우, 상기 개시된 상응하는 단계에서와 같이, 랜스를 바람직하게는 완전 속도로 사용한다.

상기 방식에 따라 조작시에도, 융해(fusion)에 의하여 자유 공동이 생성되거 나 또는 상기 공동이 안정한 방식으로 형성되는 것은 불확실하다.

벨기에 특허 출원 BE-A-20050140(공개되지 않음)에서, 출원인은 아크 전기 오븐, 특히 강철로 된 아크 오븐에서 기상 또는 액상 연료 버너(상기 버너는 사용시 스크랩 충전물이 얹혀 있는 융해 금속 배스(bath)의 위에서 그 단부 중 하나에 배치된 개구부에 의하여 불꽃을 발함)의 연소를 동적으로 제어하기 위한 장치를 제안하였다. 이 장치는 아크 오븐의 외부에 배치되어 버너의 단부 및 상기 단부에 대향 배치된 고체 스크립으로 구성된 표적 사이의 거리를 측정하기 위한 무접촉 측정 수단을 포함한다. 이 측정 수단은, 상기 표적의 방향으로 상기 버너의 내부를 통과하는 신호를 방출하는 공급원, 및 역시 버너의 내부를 통과하며 상기 표적에 의하여 반사된 상기 신호가 포획되는 검출기, 및 바람직하게는 버너의 내부 또는 뒤에 배치되고 버너의 축에 배치된 개구부를 통하여 상기 스크랩을 표적으로 하는 입사 빔을 방출하는 예컨대 펄스 레이저와 상기 스크랩에 의하여 반사된 레이저 빔을 수용할 수 있는 광검출기를 구비하는 광학 거리 센서 유형의 검출 헤드를 포함한다.

이 장치는 분리된 버너의 경우 또는 상기 정의된 바와 같은 복합 버너의 경우 또는 산소 취입 랜스만의 경우에도 유리하게 이용될 수 있다.

실제 현행 기술에 따르면, 오븐 벽의 손상을 회피하기 위하여 주의를 기울이고자 하므로, 특히 처리 시간이 증가되고 처리 개시시에 산소 유속이 제한되는 등등이다. 이러한 필요한 주위는 생산성의 손실을 유발한다.

산소 랜스의 효율을 개선시키기 위하여, 이것을 동적으로 제어하는 것이 필요하다. 동적 제어란 미리 프로그래밍된 작동 포인트와는 대조적으로 주어진 순간 에서의 조작 조건을 고려한 실시간 제어 또는 조절을 의미한다.

따라서, 산소-연료 버너용으로 개발된 동적 제어 장치는 금속 융해 용기에서 복합 버너 및 산소 랜스를 사용하는 경우에도 매우 바람직하게 적용될 수 있다. 이렇게 정확한 경우에 이러한 장치를 사용하는 난점은 산소 파이프의 직경이 작다(일반적으로 18∼30mm)는 점에 있다. 실제로, 상기 개시된 장치는 큰 폭의 빔과 구분된 집중 광 경로로 작동하므로 상기 언급한 파이프 직경 값과 양립할 수 없다.

미국 특허 US-B-6 440 355호에는, 산소 컨버터 내 산소 랜스 취급 시스템에 연결된 보호 하우징 속에 은폐될 수 있는 광학 측정 장치가 개시되어 있다. 이러한 측정 장치는, 슬래그 표면과 같은 오븐 내 표적 구역에 입사 빔을 이송하고, 반사 빔을 수용 및 검출하며, 두 빔을 비교하여 표적 구역까지의 거리를 측정할 수 있는 레이저 광학 헤드를 포함한다. 이 장치는 산소 랜스의 헤드와 슬래그를 분리하는 거리를 정확히 조절할 수 있는 것이 유일한 목적이다.

발명의 목적

본 발명은 종래 기술의 단점을 극복할 수 있는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은, 금속 오븐의 벽에 장착되는, 가압 하에 재료를 주입하거나 또는 산소를 취입하기 위한 또는 "환원 제련"을 위한 랜스의 동적 제어 방법, 즉 작동 동안의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 추가 목적은, 특히 랜스의 유속 증가를 최적 방식으로 결정함으로써 산소 랜스의 효율을 개선 또는 최적화하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은, 복합 버너의 경우에서 복합 버너의 가능 변화, 즉 산소 취입을 위한 버너의 기능 이행을 최적의 방식으로 결정하는 것이다.

추가의 목적은 또한, 더 양호한 오븐의 벽의 보호를 확보하는 것이다.

또 다른 목적은 또한, 온건한 전기 에너지에 의하여 주어진 양의 스크랩의 최적 융해를 얻고 종래 기술에서 사용된 시스템에 비하여 산소 또는 또 다른 가스의 소모를 감소시키기 위하여 아크 금속 오븐의 신뢰 가능하고 재현 가능한 작동을 얻는 것이다.

본 발명의 특징적인 주요 요소

이하의 청구항 1에 따른 본 발명의 제 1 목적은, 스크랩 충전물이 얹혀 있는 융해 금속 배스 위의, 기상 또는 액상 연료 버너(경우에 따라 상기 버너는 사용시 랜스의 단부에 배치된 개구부에 의하여 불꽃을 발함)에 실질적으로 복합된, 산소 또는 고체 재료를 함유하는 가압 가스를 취입하기 위한 랜스를 금속 오븐, 바람직하게는 강철로 된 아크 전기 오븐에서 동적으로 제어하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 오븐의 외부에 배치되어 랜스의 단부 및 상기 단부에 대향 배치된 고체 스크랩으로 구성된 표적 사이의 거리를 측정하기 위한 무접촉 측정 수단을 포함하며, 상기 무접촉 측정 수단은 상기 표적의 방향으로 입사 빔을 방출하는 방사선 공급원 및 표적에 의하여 반사되는 빔이 포획되는 검출기를 포함하여, 상기 입사 빔 및 반사 빔 모두가 상기 랜스의 축에 배치된 파이프의 내부 구간을 통과하는 것을 특징으로 한다.

이하의 제 24항에 따른 본 발명의 제 2의 목적은, 제 1항에 따른 동적 제어 장치가 장착된 아크 전기 오븐용의 산소-연료 버너에 실질적으로 복합된 산소 취입 랜스에 관한 것이다.

이하의 제 25항에 따른 본 발명의 제 3의 목적은, 이하에 개시되는 바와 같은 광학 검출 헤드 장치에 의하여, 산소-연료 버너에 실질적으로 복합된 산소 취입 랜스가 마련된 아크 전기 오븐에서의 동적 제어 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 이하의 단계를 특징으로 한다:

- 스크랩을 표적으로 하는 입사 펄스 레이저 빔을 랜스 축에 배치된 개구부를 통하여 방출하는 단계;

- 상기 스크랩에 의하여 반사된 빔을 검출하는 단계 (상기 반사 빔의 광 경로가 랜스에서 상기 입사 빔의 광 경로에 부분적으로 중첩됨);

- 랜스의 단부 및 스크랩 사이의 거리를 비상 시간의 측정에 의하여, 즉 각각 방출 및 수용되는 레이저 임펄스 사이에서 경과된 시간 간격을 측정함으로써 도출하는 단계;

- 랜스에 의한 산소 취입을 위한 순간 및/또는 유속 또는 압력과, 필요에 따라 버너의 동력 공급에서 연소 가스/연소 가능한 가스의 비 및/또는 버너의 파워 및/또는 버너의 작동 지속 시간을 측정된 거리 값을 조절 매개변수로서 사용하여 바람직하게는 닫힌 버클형 조절 수단에 따라 조절하는 단계.

본 발명의 바람직한 실시 양태는 이하의 제 2항 내지 제 23항과 제 26항에 개시된다.

도 1은, 본 발명의 장치를 포함하는 복합 버너를 구비한 강철 오븐의 개략적인 수직 단면도.

도 2a 내지 2f는, 각각 본 발명의 바람직한 복수의 실시 형태의 종단면도 및 횡단면도.

도 3은, 복합 버너에서 본 발명에 따른 장치를 이용하여 시간에 따른 거리를 측정한 예를 그래프로 도시한 도면.

본 발명의 바람직한 실시 형태

본 발명의 주요 목적은 아크 오븐의 벽에 장착된 산소 랜스 및 복합 버너(산소-연료/산소)에 동적 제어 수단을 제공하는 것이다. 개개의 버너의 동적 조종은 앞서 언급한 벨기에 출원에 이미 상세히 개시되었으므로, 여기서는 특히 산소 취입 랜스의 경우에 초점을 맞출 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 이들 제어 수단은, 아크 오븐의 외부에 배치되어 랜스의 단부 및 상기 단부에 대향 배치된 고체 스크랩으로 구성된 표적 사이의 거리를 측정하기 위한 광학 (따라서 무접촉) 센서를 포함한다. 상기 광학 센서는 랜스의 내부 또는 랜스의 뒤에 배치되며 랜스의 내부에서 표적, 즉 아직 용융되지 않은 스크랩의 방향으로 통과하는 빔을 방출하는 공급원을 포함한 측정 헤드로 구성된다. 상기 빔은 표적에 의하여 측정 헤드에 존재하는 검출기의 방향으로 반사되어, 역시 랜스의 내부를 통과한다.

따라서, 산소 랜스의 시동 순간 및 취입되는 산소의 유속은, 거리 센서에 의하여 정확하게 측정되는, 개개의 랜스 각각에 대향하는 스크랩의 효과적인 충전에 따라 결정된다.

고온에 의하여 잡음이 형성되는 환경에서 거리를 측정할 수 있는 광학 수단, 예컨대 레이더 시스템과 같은 다른 모든 수단, 즉 초단파 거리 측정기(telemeter) 또는 라디오파 거리 측정기 역시 본 발명의 목적에 포함될 수 있다.

랜스의 단부 및 고체 스크랩 사이의 순간 거리를 측정하기 위한 시스템은, 상기 언급된 단점을 회피하여 산소 공급 효율을 증대시키기 위하여, 랜스의 작동 포인트를 조절할 수 있어야 한다.

더 일반적인 방식에서는, 거리 센서로부터 측정된 신호를 기초로, 동적 작동 포인트를 계산함으로써 버너 및/또는 랜스를 자동적으로 작동시킬 수도 있다. 산소/천연 가스의 비, 버너의 파워, 산소 취입 모드로의 버너의 모드 변경 및 각 버너의 작동 지속 시간은, 필요에 따라, 각 버너 또는 랜스에 대향 배치된 스크랩의 효과적인 충전에 따라 계산된다.

여기서는 분리된 산소 랜스의 경우를 상정하기로 한다. 상기 랜스의 시동 단계에서, 랜스에서의 산소 취입 압력 또는 유속은 공칭값 또는 최대값 미만의 값으로 제한된다. 이러한 조건은 스크랩이 랜스의 단부 근처에 존재하는 동안 그리고 랜스에 대향 배치된 스크랩 충전물 중에 자유 공동 (고체 재료의 기공)이 발생될 때까지 유지된다.

이러한 융해 공동이 형성되었을 때, 랜스는 공칭 조건에서 정상적으로 조종 될 것이다.

거리 센서는, 사용되는 파장에서의 표적 고유의 복사에 의하여 측정이 지나치게 방해되지 않도록, 국소적으로 매우 고온인 표적을 겨냥할 수 있도록 선택된다. 이 센서는 또한 특히 센서가 방출 또는 수용하는 빔을 흡수할 수 있는, 복합 버너의 경우 발생되는 불꽃의 존재를 허용하여야 한다.

유리한 방식에서, 선택되는 측정 원리는 다음과 같다:

- 펄스 레이저 빔은 복합 버너 또는 랜스의 중앙 개구부를 통하여 스크랩을 겨냥되고;

- 반사광은 적당한 센서에 의하여 검출되며;

- 상기 언급된 거리(D)는 방출되는 임펄스와 수용되는 임펄스를 분리하는 시간 간격을 기초로 "비상 시간"의 계산으로부터 도출되고; 고려되는 속도는 광속으로서, 고주파수의 검출 전자 장치가 필요하다.

본 발명의 장치를 이용할 수 있는 설비의 예가 도 1에 예시되어 있는데, 이것은 본 발명 장치를 포함하는 복합 버너(버너 + 랜스)가 개략적으로 예시된 강철 아크 오븐의 일부를 수직 단면도로 도시한 것이다.

아크 오븐은 특히, 수냉각 수단이 마련된, 뚜껑(2)으로 폐쇄된 탱크(1)를 포함한다. 작동시, 상기 탱크(1)는 기억을 위해 슬래그(4) 층으로 덮힌 용융 강철 배스(3)를 포함한다. 제련 후, 용융 강철(3)은 당업자에게 널리 공지된 유출 구멍(도시되어 있지 않음)에 의하여 유출된다. 유출 후, 뚜껑(2)이 열리고 바스켓(도시되어 있지 않음)에 의하여 새로운 양의 스크랩(5)이 오븐에 충전된다. 스크랩(5) 충 전물은, 공동(12) 내에 불꽃(10) 및/또는 가압 산소 제트(11)를 발달시키는 종래 기술에서 널리 공지된 복합 버너(8)와 같은 버너의 조력으로, 전극(7) 및 용융 강철 배스(3) 사이에 형성된 전기 아크 수단(6)으로 점차 용융된다. 거리 센서 유형의 검출 헤드(13)는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라 버너 내부에 통합되며, 이것은 특히 버너의 중앙 개구부(9)를 통하여 스크랩(5)을 표적으로 하는 펄스 빔을 발생시키는 레이저 다이오드 및 상기 스크랩(5)에 반사된 레이저 빔을 검출할 수 있는 솔리드 앵글 내에 배치된 광검출기를 포함한다.

상기 개시한 바와 같이, 버너의 정상적 또는 효율적 작동에서, 자유 공동이 도 1에 예시된 바와 같이 버너의 단부에 대향하여 융해에 의하여 형성된다. 이러한 공동은 버너의 단부(8') 및 항상 고체 상태인 정면 스크랩(5) 사이의 거리(D)를 정한다. 이 거리(D)는 본 발명 장치에 의하여 정확하게 측정된다.

이러한 유형의 적용에서, 특히 파이프의 직경이 일반적으로 40mm 미만인 분리된 산소 랜스에서, 랜스의 파이프를 통과하는 입사 빔 및 반사 빔을 엄격하게 분리하는 것이, 앞서 언급한 특허 출원에 따라 버너에 설치된 해당 장치의 경우에서 가능한 바와 같이, 항상 가능한 것은 아니다. 랜스의 파이프의 내부 직경이 충분한 경우 이용될 수 있는 경우의 도면이 도 2a에 도시되어 있다. 광학 조리개(14A)(렌즈)가 마련된 방사선, 바람직하게는 레이저 공급원(14)은 표적 튜브(9') 및 랜스(9)의 파이프를 통하여 (평행) 입사 빔을 방출한다. 반사 빔(17)은 광학 조리개(15A)를 통하여 검출기(15)에 의하여 포획된다. 또한, 빔의 크기는 앞서 언급한 벨기에 출원에 개시된 경우에 비하여 감소된다. 각 빔은 분리된 튜브(18)에 의하여 규정될 수 있다. 또한, 고온의 입자 투사 및 먼지에 대한 보호 유리(19) 및 두 빔에 대하여 공통인 적외선 필터(20)가 표적 튜브(9') 내에, 광학 조리개 앞에 제공되는 것이 유리하다.

본 발명의 바람직한 또 다른 실시 형태에 따르면, 파이프의 직경이 매우 작아서 야기되는 단점이 해결된다. 제안된 상이한 장치들은 부분적으로 중첩되는 입사 빔 및 반사 빔을 처리한다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 입사 빔(16) 및 반사 빔(17)에 상응하는 광 경로는 중첩될 수 있다. 이 경우, 상기 공급원(14)은 랜스 축에 대하여 수직인 축을 따라 방출되고 검출기(15)는 상기 축에서 빔 분리기(21)(빔 분할기; beam splitter), 예컨대 상기 축에 대하여 45°로 배치된 반투명 거울에 의하여 반사 빔을 수용한다.

도 2c에 도시된 본 발명의 또 다른 유리한 실시 방식에 따르면, 직경 벽(diametrical wall)(22)이 파이프 내에서 두 빔을 물리적으로 분리하며, 랜스 축에 대하여 45°로 배향된 두 거울(23A, 23B)이 두 빔을 각각 분리하고, 상기 공급원(14) 및 검출기(15)의 각 축은 랜스 축에 대하여 수직이다.

도 2d에 도시된 또 다른 유리한 실시 방식에 따르면, 두 측정 빔의 직경을 감소시키고 공급원-센서 유닛의 부피를 고려하기 위하여, 표적 튜브(9')의 후단부에 배치된 각각 2개의 편향 프리즘(deviating prism)(24A, 24B)을 이용한다. 이러한 두 편향 프리즘은 광학 시스템의 각각 2개의 렌즈 조리개(14A, 15A)로 입사 빔 및 반사 빔을 이송 또는 편향시킬 수 있다. 더 일반적으로 편향 유리, 즉, 알고 있 는 각의 빛을 평향시키는 투명 유리를 이용할 수 있다. 앞의 장치에서와 같이, 직경 분리 격막(22)을 이용할 수 있다.

또 다른 바람직한 실시 방식에 따르면, 수용 신호/잡음 비에 유리하도록 입사 빔의 구간을 반사 빔의 구간보다 더 작게 할 수 있다는 개념에서 출발한다. 따라서, 도 2e에서, 입사 빔(16)은 파이프의 내부 구간보다 더 작은 구간의 튜브(18) 내에 구속된다. 다시, 반사 빔은 거울(25)에 의하여 랜스 축에 대하여 90°로 이송된다. 도 2f에서, 튜브(18)는 후방에서 폐쇄되며 이미터(14) 및 렌즈 또는 렌즈 그룹인 광학 조리개(14A)를 포함한다. 수용에 유리하다는 사실 이외에, 이러한 구성에 의하면 랜스 축에 검출기(15)를 유지할 수 있다.

본 발명의 응용으로서, 도 3은 상기 주어진 정의에 따라 시동에서 출발하여 복합 버너의 활성화 시간에 따른 거리(D)의 측정을 그래프로 도시한 것이다. 예열 버너만이 가동되는 구역 A(검은 점)에서, 작동 시간에 따라 측정된 거리에 상응하는 포인트들을 표시하였다. 소정 측정 거리를 특징으로 하는 일정 시간 후에, 버너는 정지되거나 또는 정지되지 않고 랜스의 가동에 의하여 산소 취입 모드로 이행한다(구역 B, 점곡선). 예열 버너가 존재하는 특별한 경우에는, 공동이 스크랩 내에 이미 형성되었으므로 완전 속도로 랜스를 개시시킬 수 있다. 측정되는 거리는 랜스의 시동으로부터 훨씬 더 빠르게 증가한다(구역 B). 따라서, 이러한 측정은 설비를 더 양호히 제어할 수 있는 정보를 준다. 예컨대, 측정되는 거리가 장기간 동안 작게 유지될 경우, 이것은 버너 또는 랜스가 폐색되었다는 신호일 수 있다. 따라서, 제어 시스템은 버너 또는 랜스를 정지시키고 오퍼레이터에 예컨대 청소 또는 보수 절차를 개시하는 명령을 준다.

금속 융해 용기와 같은 가혹한 환경에서는, 조준 장치의 광학 윈도우에서 투사하는 것이 언제나 가능하다. 유리하게는, 본 발명에 따르면, 랜스에 의하여 취입된 산소의 일부가 원도우의 청소에 할당될 수 있다.

본 발명은, 복합 버너 및 랜스의 동적 자동 제어를 통해 신뢰 가능하고 재현 가능한 방식의 이들의 최적 작동을 확보할 수 있어, 전기 에너지 및 가스 소모가 감소됨으로써, 따라서, 소모 에너지를 더 잘 이용함으로써, 개선 또는 최적화된 스크랩 융해를 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 에너지 효율의 개선 또는 최적화를 고려하여 환원 오븐 또는 아크 전기 오븐과 같은 금속 오븐 안에 산소를 취입하기 위한 랜스(lance) 및 복합 버너의 동적 제어 장치를 제공하는데 사용된다.

Claims (26)

1. 스크랩(5) 충전물이 얹혀 있는 용융 금속 배스(3) 위의, 기상 또는 액상 연료 버너(8)(경우에 따라 상기 버너는 사용시 랜스(9)의 단부(8')에 배치된 개구부에 의하여 불꽃(10)을 발함)에 실질적으로 복합된, 산소 또는 고형분을 함유하는 가압 가스를 취입하기 위한 랜스(9)를, 금속 오븐, 바람직하게는 강철로 된 아크 전기 오븐에서 동적으로 제어하기 위한 장치로서,

   오븐의 외부에 배치되어 랜스(9)의 단부(8') 및 상기 단부(8')에 대향 배치된 고체 스크랩(5)으로 구성된 표적 사이의 거리(D)를 측정하기 위한 무접촉 측정 수단을 포함하는 상기 장치에 있어서,

   상기 무접촉 측정 수단은 상기 표적(5)의 방향으로 입사 빔(16)을 방출하는 방사선 공급원(14) 및 표적(5)에 의하여 반사되는 빔(17)이 포획되는 검출기(15)를 포함하여, 상기 입사 빔(16) 및 반사 빔(17) 모두가 상기 랜스(9)의 축에 배치된 파이프의 내부 구간을 통과하는 것을 특징으로 하는, 장치.
2. 제 1항에 있어서, 랜스(9)의 단부(8')와 고체 스크랩(5) 사이의 거리(D)를 측정하는 수단은, 랜스(9) 축에 배치된 파이프를 통해 상기 스크랩(5)을 표적으로 하는 입사 빔(16)을 방출하는 바람직게는 펄스 레이저(14) 및 상기 스크랩(5)에 의하여 반사된 레이저 빔(17)을 동일한 파이프를 통해 수용할 수 있는 광검출기(15)가 마련된, 랜스(9)의 내부 또는 뒤에 배치된 광학 거리 센서 유형의 검출 헤 드(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 파이프에서 입사 빔(16) 및 반사 빔(17)의 직경을 30mm 미만, 바람직하게는 20mm 미만의 값으로 감소시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
4. 제 3항에 있어서, 입사 빔(16) 및 반사 빔(17)은 랜스 축에 대하여 평행하고 파이프의 내부 직경보다 작은 직경의 튜브(18)에 의하여 규정되는 것을 특징으로 하는, 장치.
5. 제 3항에 있어서, 입사 빔(16) 및 반사 빔(17)은 파이프의 내부에서 적어도 부분적으로 중첩되는 것을 특징으로 하는, 장치.
6. 제 5항에 있어서, 랜스 축에 대하여 45°기울어진 빔 분리기(21), 상기 축에 대하여 수직인 축을 따라 상기 빔 분리기에 발광하는 광원(14) 및 상기 축을 따라 반사 빔(17)을 수용하는 검출기(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 장치.
7. 제 3항에 있어서, 상기 입사 빔(16) 및 반사 빔(17)은 파이프에서 직경 격막(22)에 의하여 규정되고, 상기 광원(14)은 랜스 축에 대하여 45°기울어진 제 1 거울(23A)에 상기 축에 대하여 수직인 축을 따라 입사 빔(16)을 방출하며, 상기 검 출기(15)는 랜스 축에 대하여 45°기울어진 제 2 거울(23B)에 상기 축에 대하여 수직인 축을 따라 반사 빔(17)을 수용하는 것을 특징으로 하는, 장치.
8. 제 3항에 있어서, 상기 입사 빔(16) 및 반사 빔(17)은 파이프에서 직경 격막(22)에 의하여 규정되며, 2개의 편향 프리즘(24A,24B)에 의하여 랜스 축에 대하여 비스듬한 각각의 축을 따라 상기 광원(14)은 입사 빔(16)을 방출하고 상기 검출기(15)는 반사 빔(17)을 수용하는 것을 특징으로 하는, 장치.
9. 제 3항에 있어서, 상기 광원(14)은 입사 빔(16)을 랜스 축으로 방출하며, 상기 입사 빔은 파이프의 내부 구간보다 작은 구간의 튜브(18) 내에 구속되고, 상기 반사 빔(17)은 상기 튜브(18)의 외부에서 파이프 내부를 통과하는 것을 특징으로 하는, 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 반사 빔(17)은 랜스 축의 외부에서 검출기(15) 상의 거울(25)에 의하여 편향되는 것을 특징으로 하는, 장치.
11. 제 9항에 있어서, 상기 광원(14)은 후방이 폐쇄된 튜브(18) 내에 감싸여 있고, 상기 반사 빔(17)은 랜스 축에서 검출기(15)에 의하여 수용되는 것을 특징으로 하는, 장치.
12. 제 2항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 헤드(13)는, 고온, 바람직하게는 1500℃에 이를 수 있는 온도에 있는 표적에서 거리 측정을 실시하기 위하여 및/또는 불꽃을 보이는 광학 궤도 또는 환경에서 상기 측정을 실시하기 위하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 장치.
13. 제 2항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 헤드(13)에는 냉각 수단이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
14. 제 2항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저(14)는, 적어도 하나의 렌즈 조리개 및 오븐의 고유의 복사와 관련된 배경 잡음을 제거 또는 완화하기 위한 필터, 바람직하게는 간섭 필터가 장착된, 적외선 범위에서 발광하는 반도체 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는, 장치.
15. 제 2항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광검출기(15)는 고주파수의 검출 전자 시스템에 결합된 적어도 하나의 광다이오드 및 간섭 필터를 구비한 적어도 하나의 수용 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
16. 제 15항에 있어서, 상기 광다이오드는 고주파수의 검출 전자 시스템에 광섬유로 결합되는 것을 특징으로 하는, 장치.
17. 제 2항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 헤드(13)는, 바람직하게는 상기 랜스(9)의 수준으로 조절된 압력 하에서의 산소에 의한 청소 보호 수단 및 바람직하게는 불필요한 적외선 복사를 제거 또는 완화하는 이미터(14) 또는 검출기(15)에 공통인 필터가 장착된 보호 윈도우(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
18. 제 2항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 검출 헤드(13)는 5미터에 이르는 거리를 측정할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 장치.
19. 제 2항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 랜스(9)에 의한 산소 취입 개시시에 랜스(9)의 산소 압력 및 유속과 필요에 따라 버너(8)의 동력 공급에서 연소 가스/연소 가능한 가스의 비 및/또는 버너의 파워 및/또는 버너의 작동 지속 시간을 고주파수의 전자 장치 및 검출 헤드(13)에 의하여 측정된 거리(D)에 따라 실시간으로 조절하기 위한 조절 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
20. 제 19항에 있어서, 상기 조절 수단은 닫힌 버클형 조절 수단인 것을 특징으로 하는, 장치.
21. 제 1항에 있어서, 랜스(9)의 단부(8') 및 고체 스크랩(5) 사이의 거리(D) 측정 수단은, 랜스(9)의 내부 또는 뒤에 배치된, 라디오파 또는 초단파를 사용하는 레이더 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 랜스(9) 및 버너(8)는 복합되어 있고 공축인 것을 특징으로 하는, 장치.
23. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 랜스(9) 및 버너(8)는 오븐 내에서 물리적으로 분리된 것을 특징으로 하는, 장치.
24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 따른 동적 제어 장치가 장착된 아크 전기 오븐을 위한 산소-연료 버너(8)에 실질적으로 복합된 산소 취입 랜스(9).
25. 제 2항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 따른 광학 검출 헤드(13)를 구비한 장치에 의하여, 산소-연료 버너(8)에 실질적으로 복합된 산소 취입 랜스(9)가 제공되어 있는 아크 전기 오븐에서 일어나는 연소를 동적으로 제어하는 방법으로서,

    - 스크랩(5)을 표적으로 하는 입사 펄스 레이저 빔을 랜스(9) 축에 배치된 개구부(8')를 통하여 방출하는 단계;

    - 상기 스크랩(5)에 의하여 반사된 빔을 검출하는 단계(상기 반사 빔의 광 경로가 랜스(9)에서 상기 입사 빔의 광 경로에 부분적으로 중첩됨);

    - 랜스(9)의 단부 및 스크랩(5) 사이의 거리(D)를 비상 시간의 측정에 의하여, 즉 각각 방출 및 수용되는 레이저 임펄스 사이에서 경과된 시간 간격을 측정함 으로써 도출하는 단계;

    - 랜스(9)에 의한 산소 취입 개시시에 랜스(9)의 산소 압력 및 유속과 필요에 따라 버너(8)의 동력 공급에서 연소 가스/연소 가능한 가스의 비 및/또는 버너의 파워 및/또는 버너의 작동 지속 시간을 측정된 거리(D) 값을 조절 매개변수로서 사용하여 바람직하게는 닫힌 버클형 조절 수단에 따라 조절하는 단계를

    특징으로 하는, 방법.
26. 제 25항에 있어서, 산소 취입 랜스(9)의 가동은 버너(8)에 의한 예열 단계에 후속되고, 두 경우 측정된 거리(D) 값에 따라 조절이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 방법.

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