СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ СОДЕРЖАНИЯ ДУГОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 2010 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к способу для определения свойств содержания дуговой печи для плавления загружаемого материала.

В дуговой печи загружаемый материал, например лом и отходы, расплавляют за счет подвода энергии. Так, например, в дуговой электропечи для производства стали к загружаемому материалу подводят энергию, причем с помощью электродов образуют электрическую дугу. При этом предпочтительно также через дополнительные топлива, которые содержат, например, по меньшей мере частично уголь и/или кислород, вводят химическую энергию.

Протекающий в дуговой печи процесс зависит в основном от свойств содержания дуговой печи. Является известным лом и отходы сортировать и классифицировать, и подводить лом и отходы к дуговой печи сортированно и с учетом загрузочного плана. На основе сортировки лома и отходов и на основе загрузочного плана можно тогда делать высказывания о состояниях внутри печи, которые, однако, связаны со сравнительно высокой ненадежностью и вероятностью ошибок.

Задачей настоящего изобретения является предоставление в распоряжение улучшенного способа определения свойств содержания дуговой печи.

Задача решается за счет способа для определения свойств содержания дуговой печи, в частности дуговой электропечи, причем на дуговой печи измеряют акустические сигналы. Таким образом и, в особенности, за счет оценки измеренных акустических сигналов можно значительно точнее и надежнее определять свойства содержания дуговой печи, в частности дуговой электропечи. С помощью улучшенного согласно изобретению способа для определения свойств содержания дуговой печи можно лучше локально и количественно регулировать ввод энергии в дуговую печь, в частности, дуговую электропечь.

Предпочтительно для измерения акустических сигналов применяют по меньшей мере один акустический сенсорный датчик, который расположен на корпусе печи и/или на других частях дуговой печи, в частности дуговой электропечи.

Предпочтительно для определения свойств содержания дуговой печи, в частности дуговой электропечи, дополнительно измеряют электрические сигналы, в частности ток, напряжение и/или энергию, с помощью по меньшей мере одного электрического сенсорного датчика. 3а счет этого, в частности, за счет совместной оценки полученных как из акустического, так и электрического измерения, измеренных данных можно получать существенно более точные информации о свойствах содержания дуговой печи.

Предпочтительно посредством электрического сенсорного датчика измеряют электрические сигналы, в частности ток, напряжение и/или энергию, между по меньшей мере двумя электродами дуговой печи.

Предпочтительно определяют свойства загружаемого материала, который преимущественно, по меньшей мере частично, состоит из лома и отходов, т.е. скрапа.

Предпочтительно для раннего распознавания обвалов загружаемого материала измеренные значения и/или данные, полученные из измеренных значений, запоминают в банке данных.

Предпочтительно актуальные измеренные значения и/или полученные из измеренных значений данные сравнивают с измеренными значениями и/или с соответствующими данными, которые запомнены в банке данных. Таким образом можно особенно заблаговременно распознавать свойство содержания дуговой печи, которая с высокой вероятностью приводит к обвалу загружаемого материала и/или к повреждениям на электродах. Тем самым можно своевременно препятствовать подобным явлениям.

Задача решается также за счет способа для эксплуатации дуговой печи, причем информации о свойствах содержания дуговой печи, полученные с помощью выше описанного способа, применяют для управления или, соответственно для регулирования дуговой печи.

Предпочтительно регулируют подвод энергии к электродам для избежания поломки одного или нескольких электродов.

Предпочтительно регулируют положение электродов.

Предпочтительно процесс эксплуатации дуговой печи ведут нацеленно несимметрично, то есть положения электродов и/или подвод энергии к электродам устанавливают по меньшей мере временами не симметрично.

Предпочтительно регулируют подвод химической энергии в дуговую печь.

Задача решается также за счет устройства со средствами, подходящими для осуществления выше описанного способа, причем устройство содержит дуговую печь с акустическими сенсорными датчиками.

Дальнейшие преимущества и подробности изобретения описываются в последующем на основе примеров в связи с чертежами. При этом показывают:

ФИГ.1 - схематически связанную с вычислительным устройством дуговую печь с корпусом печи,

ФИГ.2 - в схематическом представлении корпус печи,

ФИГ.3 - сегмент корпуса печи,

ФИГ.4 - схематически пример для распространения акустических сигналов в корпусе печи.

ФИГ.1 показывает дуговую печь 1, которая в примерном выполнении выполнена в виде дуговой электропечи. Дуговая печь 1 содержит множество, в показанном примере три электрода 3а, 3b, 3c, которые расположены предпочтительно с возможностью изменения их положения и по меньшей мере частично входят внутрь в корпус печи 2 дуговой электропечи.

Предпочтительно между электродами 3а, 3b, 3c и/или между электродами 3а, 3b, 3c и корпусом печи 2 течет электрический ток. 3а счет этого в корпусе печи 2 образуется электрическая дуга 6. Электрическая дуга 6 намечена на ФИГ.1 только символически. Для измерения электрических сигналов ES, например для измерения тока между электродами 3а, 3b, 3c, предусмотрен электрический сенсорный датчик 4а. Вокруг дуговой печи 1 расположены акустические сенсорные датчики 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t, с помощью которых определяют акустические сигналы N_e, N_g, N_d (см. ФИГ.4) изнутри дуговой печи 1. Измеренные данные акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t подводят к подходящим средствам оценки 11. При необходимости, к к подходящим средствам оценки 11 подводят также измеренные данные по меньшей мере одного электрического сенсорного датчика 4а.

Акустические сенсорные датчики 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t расположены в показанном примере вокруг корпуса печи 2. Акустические сенсорные датчики 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t могут быть расположены не только на корпусе печи 2, но и альтернативно или дополнительно, например, также на не представленной более подробно крышке дуговой печи 1. Акустические сенсорные датчики 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t могут быть, например, расположены связанными непосредственно или косвенно с корпусом печи 2 и/или с дуговой печью 1. Особенно предпочтительным является однако расположение акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t непосредственно на корпусе печи 2 и/или на не представленной более подробно крышке дуговой печи 1.

Предпочтительно предусмотрено вычислительное устройство 10, которое связано с дуговой печью 1. Вычислительное устройство 10 выдает управляющие сигналы CS на дуговую печь, чтобы, например, воздействовать на положение электродов 3а, 3b, 3c и/или подвод энергии к электродам 3а, 3b, 3c. Для этого вычислительное устройство 10 содержит управляющий модуль 12. Вычислительное устройство 10 содержит предпочтительно средства оценки 11, с помощью которых измеренные данные, которые переданы от множества акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t и/или по меньшей мере от одного электрического сенсорного датчика 4а, при необходимости, предварительно обрабатывают и анализируют. 3а счет оценки сигналов акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t производят анализ механического шума.

Как схематически представлено на ФИГ.2, корпус печи 2 может быть разделен на один или множество сегментов S_n с углом α_n. Предпочтительно сегменты S_n имеют стандартный угол α_n. В альтернативной форме выполнения угол α_n может быть различным от одного сегмента S_m к другому сегменту S_n. Например, является возможным, что корпус печи 2 разделен на сегменты S_n таким образом, что сегменты

S_n по меньшей мере приблизительно расположены в точечной симметрии. Предпочтительно на каждый сегмент Sn предусмотрен по меньшей мере один акустический сенсорный датчик 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t. В примерной форме выполнения изобретения является возможным, что в одном или в нескольких сегментах S_n не предусмотрен никакой акустический сенсорный датчик 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t. Согласно изобретению, однако, предусмотрен по меньшей мере один акустический сенсорный датчик 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t. Предпочтительно предусмотрены по меньшей мере два акустических сенсорных датчика 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t.

Как схематически показано на ФИГ.3, сегмент S_n с углом α_n может быть разложен далее на горизонтальные сегменты hs₁, hs₂, …, hs_n и/или вертикальные сегменты vs₁, vs₂, …, vs_n, чтобы задавать расположение акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t.

ФИГ.4 показывает схематически вырез дуговой печи 1, причем, в частности, только схематически представлены содержание корпуса печи 2, а также электрод 3а. В корпусе печи 2 находится загружаемый материал 7, в частности лом и отходы, который расплавляют с помощью по меньшей мере одного электрода 3а в расплав 8, в частности в жидкую сталь. Расплавление загружаемого материала 7 происходит, в частности, за счет того, что под действием только символически представленной электрической дуги 6, которая образуется, в частности, между электродом 3а и загружаемым материалом 7 или, соответственно, расплавом 8, во внутрь дуговой печи 1 подводят энергию. Внутри дуговой печи 1 выше расплава 8 может образовываться шлак 9.

Загружаемый материал 7 выполнен в виде множества кусков и присутствует преимущественно в твердой фазе. Свойства содержания дуговой печи 1, в частности свойства загружаемого материала 7, характеризуются прежде всего кусковатостью, т.е. крупностью кусков загружаемого материала 7. Кусковатость загружаемого материала 7 характеризуется, например, длиной, шириной, высотой, положением, формой, весом и/или плотностью загружаемого материала 7 или, соответственно, образующих загружаемый материал 7 кусков. Кусковатость и, в частности, положение загружаемого материала 7, в частности лома и отходов, обуславливает проникновение энергии в дуговую печь 1. Названные показатели или, соответственно, характеристики загружаемого материала 7, то есть свойства содержания дуговой печи 1, могут вызывать обвалы лома и отходов, которые могут приводить к поломкам электродов и тем самым к простою дуговой печи 1. Введение энергии в дуговую печь 1 колеблется вследствие неоднородности и/или непостоянства загружаемого материала 7, в результате чего не может быть полностью использована производительность одного или нескольких не представленных более подробно печных трансформаторов, которые связаны с электродами 3а, 3b, 3c. С помощью изобретения можно в значительной степени избежать обвалов загружаемого материала 7, поломок электродов и простоев печи.

За счет подходящего регулирования можно лучше использовать производительность одного или нескольких печных трансформаторов. На корпусе печи 2 при этом, в частности, на стене корпуса печи 2 предпочтительно предусмотрено множество акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t для измерения механического шума, некоторые из которых представлены на фигурах 1 и 4 в свойстве примера. Для измерения механического шума акустические сенсорные датчики 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t расположены на подходящих местах измерения вокруг печи и при необходимости дополнительно также на крышке печи. С помощью акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t можно производить анализ механического шума. Одновременно стоящие в распоряжении токовые сигналы, то есть электрические сигналы ES (см. ФИГ.1), предварительно обрабатывают и анализируют посредством подходящего способа измерения. С помощью представленного на ФИГ.1 средства оценки 11 стоящие в распоряжении предпочтительно из обоих способов измерения (электрическое и акустическое измерение) сигналы обрабатывают дальше с помощью одного или нескольких алгоритмов в форме гибридной системы в данные оценки.

Акустические сигналы N_d, N_e, N_g, создаются, в частности, электрической дугой 6 между электродом и загружаемым материалом 7 или, соответственно, расплавом 8. Часть акустических сигналов N_g, N_e отражается на загружаемом материале 7, в частности, ломе и отходах. Так возникают отраженные акустические сигналы N_d. Акустические сигналы пропускаются через загружаемый материал 7 и/или отражаются на нем. Оба процесса происходят при известных обстоятельствах многократно и для различных акустических сигналов N_d, N_e, N_g различным образом. Акустические сигналы на стенках (стенки, панели и также крышка) корпуса печи 2 направляются дальше, в частности, через твердые тела загружаемого материала 7. Посредством связи определенных с помощью акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t измеренных данных можно получать информации о плотности загружаемого материала 7, в частности, можно, например, определять, в каких местах имеет место максимальная или, соответственно, минимальная плотность лома и отходов. 3а счет оценки полученных с помощью акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t измеренных данных можно получать информации о кусковатости и/или положении загружаемого материала 7 в дуговой печи 1. При необходимости, при оценке учитывают также электрические сигналы ES. Вследствие этого дуговую печь, в частности, на основе определения плотности лома и отходов, можно намеренно эксплуатировать несимметрично, то есть к электродам 3а, 3b, 3c можно подводить энергию несимметрично и/или можно несимметрично изменять положение электродов 3а, 3b, 3c. Электроды 3а, 3b, 3c расположены предпочтительно с возможностью перемещения в вертикальном направлении. Плотность лома и отходов является, в частности, потому особенно важной информацией, потому что лом и отходы с малой плотностью плавятся быстрее, чем лом и отходы с высокой плотностью. В зонах с малой плотностью лома и отходов, например, вследствие не имеющегося пенистого шлака, ввод энергии можно снижать. Зато в зонах с высокой плотностью лома и отходов ввод энергии можно повышать на соответствующую величину.

Основываясь на оценке полученных с помощью акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t измеренных данных, причем при необходимости учитывают также электрические сигналы ES, можно регулировать подвод химической энергии в дуговую печь 1. Подвод химической энергии оказывает влияние или обуславливает процесс горения во внутреннем пространстве дуговой печи 1. Подвод химической энергии в дуговую печь 1 можно производить, например, за счет манипуляции не представленного более подробно на ФИГ.1 кислородного копья и/или с помощью так называемых "связанных струй" ("Coherent Jets").

Полученные из акустических измерений измеренные данные обрабатывают с помощью средств оценки 11 в данные оценки. Данные оценки можно привлекать, например, как описано выше, для оптимирования ввода энергии в дуговую печь 1. С помощью данных оценки можно также заранее определять вероятные обвалы лома и отходов. Данные оценки определяют предпочтительно также при помощи электрических измерений. Измеренные данные и/или данные оценки можно запоминать в (не показанном более подробно) банке данных и предпочтительным образом использовать для прогнозирующего регулирования дуговой печи 1. В банке данных предпочтительно запоминают характеристичные для свойств содержания дуговой печи данные, называемые в последующем характеристики. В качестве характеристик обвала можно, например, запоминать последовательности сигналов перед обвалом лома и отходов. С помощью банка данных и запомненных в нем характеристик образуют предпочтительно самообучающуюся систему, с помощью которой можно регулировать подвод энергии к дуговой электропечи, в частности, к электродам 3а, 3b, 3c таким образом, что можно избегать будущих обвалов лома и отходов или, соответственно, поломок электродов.

Для анализа механического шума или, соответственно, для расположения акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t, как показано на фигурах 2 и 3, корпус печи 2, предпочтительно идеализированный в виде цилиндрического корпуса, разлагают на сегменты S_n. Количество сегментов S_n и горизонтальных или, соответственно, вертикальных сегментов hs₁, hs₂, …, hs_n или, соответственно, vs₁, vs₂, …, vs_n определяется за счет представимости точности или, соответственно, за счет точности, необходимой для определенного значения надежности для эксплуатации дуговой печи 1 или, соответственно, для определенного качества расплава 8.

Существенную, лежащую в основе изобретения идею можно обобщить следующим образом:

Изобретение относится к способу для определения свойств содержания дуговой печи 1 для плавления загружаемого материала 1, в частности, для плавления лома и отходов, причем акустические сигналы N_e, N_g, N_d, которые измеряют с помощью по меньшей мере одного, предпочтительно нескольких акустических сенсорных датчиков 5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t предпочтительно в соединении с электрическими сигналами, которые измеряют с помощью по меньшей мере одного электрического сенсорного датчика 4а, оценивают, чтобы избежать, в частности, поломок электродов. Согласно изобретения производительность дуговой печи 1 повышают за счет того, что с помощью соответствующего регулирования дуговой печи 1 достигают более высокой удельной производительности плавки и уменьшают времена простоя. Удельный расход энергии на плавление снижают за счет перераспределения энергии в дуговой печи 1. Кроме того, износ стены в дуговой печи 1 снижают за счет уменьшения энергии излучения на внутренние стены корпуса печи 2 дуговой печи 1. Также согласно изобретению можно уменьшать расход электродов.

Изобретение относится к электросталеплавильному производству, а в частности к способу определения свойств и/или положения загружаемого материала в дуговой печи. Способ включает определение свойств и/или положения загружаемого материала, присутствующего в основном в твердой фазе в дуговой печи, которую разделяют на множество сегментов и предусматривают на каждом сегменте по меньшей мере один акустический сенсорный датчик. При этом электрической дугой между электродами и загружаемым материалом создают акустические сигналы, измеряют отраженные и/или проходящие сквозь загружаемый материал акустические сигналы посредством акустических сенсорных датчиков, оценивают измеренные акустические сигналы и определяют свойства и/или положение загружаемого материала в дуговой печи. Использование изобретения позволяет повысить производительность дуговой печи, снизить удельный расход энергии. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения свойств и/или положения загружаемого материала в дуговой печи, включающий определение свойств и/или положения загружаемого материала, присутствующего в основном в твердой фазе в дуговой печи (1) с корпусом (2) печи, которую разделяют на множество сегментов (Sn) и предусматривают на каждом сегменте (Sn) по меньшей мере один акустический сенсорный датчик (5a, 5b, 5c, 5e, 5g, 5h, 5s, 5t), при этом электрической дугой (6) между электродами (3а, 3b, 3с) и загружаемым материалом (7) создают акустические сигналы (N_e, N_g, N_d), измеряют отраженные и/или проходящие сквозь загружаемый материал (7) акустические сигналы (N_e, N_g, N_d) посредством акустических сенсорных датчиков (5а, 5b, 5с, 5е, 5g, 5h, 5s, 5t), оценивают измеренные акустические сигналы (N_e, N_g, N_d) и определяют свойства и/или положение загружаемого материала (7) в дуговой печи (1).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для измерения акустических сигналов (N_e, N_g, N_d) применяют по меньшей мере один акустический сенсорный датчик (5a, 5b, 5c, 5e, 5g, 5h, 5s, 5t), расположенный на корпусе (2) печи (1) и/или на других частях сегмента дуговой печи (1).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно измеряют электрические сигналы (ES) с помощью по меньшей мере одного электрического сенсорного датчика (4а).

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что посредством электрического сенсорного датчика (4а) измеряют электрические сигналы (ES) между по меньшей мере двумя электродами (3а, 3b, 3с) дуговой печи (1).

5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что для раннего распознавания обвалов загружаемого материала (7) запоминают в банке данных измеренные значения.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что измеренные значения сравнивают с соответствующими значениями в банке данных.

7. Способ эксплуатации дуговой печи (1), включающий получение информации о свойствах и/или положении загружаемого материала (7) в дуговой печи (1) способом по любому из пп.1-6 и использование ее для управления или регулирования работы дуговой печи (1).

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что регулируют подвод энергии к электродам (3а, 3b, 3с).

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что регулируют положение электродов (3а, 3b, 3с).

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что процесс эксплуатации дуговой печи (1) ведут намеренно несимметричным подводом энергии и/или несимметричным изменением положения электродов.

11. Способ по п.7, отличающийся тем, что регулируют подвод химической энергии в дуговую печь (1).

12. Устройство для определения свойств и/или положения загружаемого материала в дуговой печи (1) способом по любому из пп.1-6 или 7-11, в котором дуговая печь (1) с корпусом (2) разделена на множество сегментов (Sn) с размещением в сегменте (Sn) по меньшей мере одного акустического сенсорного датчика.