СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОГО БЛОКА, СОДЕРЖАЩЕГО ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНУ ГОРЕЛКУ, А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2014 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к способу динамического регулирования процесса плавления в электродуговой печи, содержащей по меньшей мере один блок с по меньшей мере одной горелкой, которая расположена на электродуговой печи. Кроме того, изобретение относится к устройству для осуществления этого способа.

Хорошо известно, что электродуговые печи наряду с электродами для плавления загружаемого материала, который содержит обычно большое количество скрапа, соответственно, металлолома, имеют несколько горелок в зоне стенки печи, которые должны поддерживать процесс плавления.

Эти горелки работают на органическом топливе, которое может находиться в газообразном и/или жидком, и/или твердом виде, как, например, в виде природного газа, нефти, угольной пыли и т.п., а также их смесей. В органическое топливо подмешивают содержащий кислород горючий газ, такой как чистый кислород или воздух, и смесь поджигают. Сгорание регулируют посредством регулирования подаваемого количества топлива и/или горючего газа.

В прошлом длительность работы одной или всех горелок задавалась заранее, без знания действительной оптимальной длительности работы в соответствующем цикле плавления. Однако эффективность ввода тепла в подлежащий плавлению загружаемый материал уменьшается при увеличении расстояния между горелкой и подлежащим плавлению загружаемым материалом и уменьшении поверхности загруженного материала в печном пространстве. Перенос тепла между образованным у горелки пламенем и загруженным материалом происходит в основном посредством конвекции и излучения, и на него оказывают влияние, в частности, температура пламени, температура подлежащего плавлению загружаемого материала и имеющаяся в распоряжении поверхность загруженного материала. Поэтому до настоящего времени горелки в зависимости от состава загружаемого материала часто работали так долго, пока не расплавлялось примерно 40-60% загруженного в последнем процессе загрузки в печное пространство материала.

Выключение горелки, при котором расстояние между горелкой и еще имеющимся в твердом состоянии загруженным материалом является еще небольшим, приводит к низкому энергетическому коэффициенту полезного действия электродуговой печи, а также к увеличению требуемой длительности плавления. Слишком небольшое расстояние между горелкой и загруженным материалом может дополнительно приводить к перегреву горелки или отклонению пламени горелки в направлении стенки печи и тем самым к повреждению электродуговой печи. Слишком позднее отключение горелки, т.е. в момент времени, в который расстояние между горелкой и находящимся в твердом состоянии загруженным материалом уже превысило оптимальное значение, приводит также к уменьшенному энергетическому коэффициенту полезного действия электродуговой печи, а также к ненужному расходу топлива при одновременном увеличении производственных затрат.

Таким образом, в зависимости от вида, формы и распределения загружаемого материала может быть оптимальной от цикла плавления к циклу плавления, от процесса загрузки к процессу загрузки и/или также от горелки к горелке внутри одного цикла плавления другая длительность работы каждой горелки.

Для улучшения энергетического коэффициента полезного действия горелки можно выполнять управление или регулирование блока, содержащего по меньшей мере одну горелку, динамически. Под динамическим регулированием понимается согласованное с действительными условиями и величинами помех регулирование блока, содержащего по меньшей мере одну горелку, в реальном времени.

Такой способ и такое устройство известны, например, из ЕР 1703241 В1. При этом приведено описание находящихся снаружи электродуговой печи вспомогательных средств для бесконтактного измерения расстояния между торцевой стороной горелки и имеющимся в целевой зоне в твердом состоянии загруженным материалом. Вспомогательные средства содержат источник сигналов, который передает сигнал через внутреннее пространство горелки в направлении целевой зоны, а также детектор, который измеряет отклоненный в целевой зоне, отраженный через внутреннее пространство горелки сигнал, а также промежуток времени от передачи до возвращения сигнала. В качестве подходящего источника сигнала приводится описание импульсного лазера, а в качестве детектора - фотоэлемента. Затем измеренное расстояние применяется для управления или регулирования работы горелки в реальном времени.

Таким образом, при решении, согласно ЕР 1703241 В1, в трудном окружении электродуговой печи предусмотрен источник сигналов, который, с одной стороны, увеличивает стоимость динамического регулирования и, с другой стороны, является чувствительным к помехам. Кроме того, измерению создает помехи, частично значительные, собственное излучение загруженного материала в целевой зоне.

Поэтому задачей изобретения является создание улучшенного способа динамического регулирования блока, содержащего по меньшей мере одну горелку, которая расположена на электродуговой печи, а также устройства для выполнения такого способа.

Задача решена относительно способа динамического регулирования по меньшей мере одного блока, содержащего по меньшей мере одну горелку, которая расположена на электродуговой печи, при этом по меньшей мере одна горелка соединена на противоположной печному пространству электродуговой печи стороне по меньшей мере с одним детектором инфракрасного излучения, с помощью которого выполняют измерение температуры, тем, что во время работы по меньшей мере одной горелки измеряют по меньшей мере одну первую температуру, которая основывается на излучаемом в направлении по меньшей мере одного детектора инфракрасного излучения по меньшей мере в одной горелке инфракрасном излучении, тем что по меньшей мере одну первую температуру коррелируют с длиной d горящего по меньшей мере у одной горелки пламени, которая пропорциональна расстоянию между находящимся в печном пространстве загруженным материалом и по меньшей мере одной горелкой, и тем, что по меньшей мере одну первую температуру используют для образования регулировочного сигнала для динамического регулирования блока, соответственно, по меньшей мере одного блока.

Задача решена с помощью устройства для выполнения способа, согласно изобретению, содержащего

- по меньшей мере один блок, который содержит по меньшей мере одну горелку, которая расположена на электродуговой печи,

- по меньшей мере одно регулировочное приспособление для динамического регулирования по меньшей мере одного блока на основании по меньшей мере одного регулировочного сигнала,

- по меньшей мере один детектор инфракрасного излучения, который на противоположной печному пространству электродуговой печи стороне по меньшей мере одной горелки соединен с ней так, что во время работы по меньшей мере одной горелки обеспечивается возможность измерения по меньшей мере одной первой температуры, которая основывается на излучаемом обратно в направлении по меньшей мере одного детектора инфракрасного излучения по меньшей мере в одной горелке инфракрасном излучении, и

по меньшей мере один вычислительный блок, который предназначен для корреляции по меньшей мере одной первой температуры с длиной d горящего по меньшей мере у одной горелки пламени, которая пропорциональна расстоянию между находящимся в печном пространстве загруженным материалом и по меньшей мере одной горелкой, и создания по меньшей мере одного регулировочного сигнала на основании по меньшей мере одной первой температуры.

При этом в способе согласно изобретению не требуется источник сигналов, с помощью которого необходимо передавать сигнал по меньшей мере через одну горелку в печное пространство. Имеется лишь по меньшей мере один детектор инфракрасного излучения, с помощью которого можно измерять инфракрасное излучение и соотносить со значением температуры. По меньшей мере одну первую температуру, которая основывается на излучаемом обратно в направлении по меньшей мере одного детектора инфракрасного излучения по меньшей мере в одной горелке инфракрасном излучении, измеряют в передней половине горелки внутри горелки. При этом измеряемое там в режиме горелки инфракрасное излучение состоит из суммы инфракрасных излучений, которые приходят из различных источников излучения в печном пространстве.

Как указывалось выше, измеряемое во время работы по меньшей мере одной горелки с помощью по меньшей мере одного детектора инфракрасного излучения в передней зоне горелки инфракрасное излучение S приходит, как правило, из различных источников излучения. При этом было установлено, что в качестве первого источника излучения для первого инфракрасного излучения S₁ служит, прежде всего, образуемое пламенем по меньшей мере у одной горелки собственное излучение. В качестве второго источника излучения для второго инфракрасного излучения S₂ служит загруженный материал. В качестве третьего источника излучения для третьего инфракрасного излучения S₃ служат завихренные в печном пространстве частицы пыли. Другие источники S_х излучения могут быть образованы электродами электродуговой печи, стенкой печи, другими горелками и т.д. Измеряемое в передней зоне по меньшей мере одной горелки с помощью по меньшей мере одного детектора инфракрасного излучения во время работы горелки инфракрасное излучение S состоит из суммы отдаваемых источниками излучения инфракрасных излучений S₁, S₂, S₃, S_x и пропорционально расстоянию между по меньшей мере одной горелкой, т.е. находящимся в печном пространстве концом по меньшей мере одной горелки, и находящимся в твердом виде перед этим концом по меньшей мере одной горелки загруженным материалом: S=ΣS₁+S₂+S₃+S_x≈d.

Было установлено, что особенно пригодны для применения в качестве детектора инфракрасного излучения пирометр или ондометр, поскольку их можно просто фокусировать на точку измерения внутри передней половины горелки. Однако можно использовать также другие детекторы инфракрасного излучения, пригодные для этого.

Таким образом, расстояние между по меньшей мере одной горелкой и загруженным материалом является непосредственной мерой для прогресса плавления в электродуговой печи и обеспечивает возможность динамического регулирования блока, содержащего по меньшей мере одну горелку, в частности, относительно снабжения газом и длительности горения горелки. Слишком раннее или слишком позднее выключение по меньшей мере одной горелки надежно предотвращается.

За счет этого экономится топливо и/или горючий газ в режиме горелки и повышается энергетический коэффициент полезного действия электродуговой печи. С другой стороны, можно своевременно распознавать и предотвращать грозящее повреждение электродуговой печи из-за неправильно направленного пламени. Минимизируется или предотвращается время простоя электродуговой печи и уменьшается стоимость запасных частей. Кроме того, уменьшается стоимость устройства для динамического регулирования и улучшается точность определения расстояния между горелкой и загруженным материалом.

Можно также начинать процесс загрузки или обычно следующий за режимом горелки режим работы кислородного копья в оптимальный момент времени. Оптимальный момент времени для другого процесса загрузки задается, например, регистрацией слишком большого расстояния между по меньшей мере одной горелкой и загруженным материалом. Оптимальный момент времени для подключения копья после достижения желаемого количества расплава в печи соответствует по существу определяемому оптимальному моменту времени выключения по меньшей мере одной горелки. За счет предотвращения слишком раннего начала режима работы кислородного копья предотвращается образование нежелательных брызг металла в печном пространстве, которые могут приводить при некоторых обстоятельствах к повреждению электродуговой печи.

Предпочтительно оценивают ход изменения по меньшей мере одной первой температуры. При достижении нижнего или верхнего предельного значения для длины d пламени происходит выключение по меньшей мере одной горелки или, в качестве альтернативного решения, уменьшение по меньшей мере одной подачи топлива по меньшей мере в одну горелку с образованием защитного пламени.

Предпочтительно, по меньшей мере один блок содержит дополнительно по меньшей мере одну систему копья. Она может быть выполнена в виде отдельного копья, которое входит в печное пространство. В качестве альтернативного решения, горелка и копье объединены в комбинацию горелки и копья, в которой расположенные концентрично друг другу трубы образуют горелку, при этом одна труба предназначена для применения в качестве копья. С помощью копья в печное пространство вдувают, например, воздух или кислород для фришевания металлического расплава. Режим работы кислородного копья начинают, например, тотчас или с задержкой во времени после выключения горелки или уменьшения по меньшей мере одной подачи топлива в горелку. Целенаправленное завершение режима горелки предотвращает слишком ранний запуск режима работы кислородного копья.

В режиме работы кислородного копья особенно предпочтительно в печное пространство вдувают через сопло газовую струю из кислорода со сверхзвуковой скоростью. При этом газовая струя предпочтительно окружена защитным пламенем. В комбинации горелки-копья защитное пламя создают с помощью горелки. Горелка комбинации горелки-копья снабжена для обеспечения возможности такого режима работы кислородного копья, в частности, в зоне своего обращенного к печному пространству конца, соплом Лаваля.

Во время режима работы кислородного копья предпочтительно измеряют по меньшей мере одну вторую температуру в печном пространстве электродуговой печи. С помощью вдуваемой через копье газовой струи временно сдувается образовавшийся на расплаве шлак и освобождается поверхность расплава для измерения температуры. Вторая температура соответствует в идеальном случае температуре освобожденной с помощью газовой струи поверхности расплава. При этом во время режима работы кислородного копья для измерения используется созданный вдуваемой через сопло газовой струей газовый канал, который обеспечивает четкий и без помех вид на расплав.

По меньшей мере один вычислительный блок предпочтительно предназначен для оценки хода изменения по меньшей мере одной первой температуры и при достижении нижнего или верхнего предельного значения длины d пламени выдачи по меньшей мере одного регулировочного сигнала по меньшей мере в одно регулировочное приспособление, которое вызывает выключение по меньшей мере одной горелки или, в качестве альтернативного решения, уменьшение подачи топлива по меньшей мере в одну горелку с образованием защитного пламени.

Как только определяется расстояние, которое лежит ниже нижнего предельного значения, то исходят из того, что по меньшей мере перед одной горелкой находится загруженный материал, который блокирует горелку или отклоняет пламя в направлении стенки печи и создает за счет этого опасность ее повреждения. За счет выключения соответствующей горелки это можно предотвращать.

Как только определяется расстояние, которое лежит выше верхнего предельного значения, то исходят из того, что по меньшей мере перед одной горелкой больше не находится достаточно большая поверхность загруженного материала, которая может принимать энергию, и что можно завершать режим горелки.

В случае, когда блок имеет по меньшей мере одно копье, то по меньшей мере один вычислительный блок предпочтительно предназначен, после выдачи по меньшей мере одного регулировочного сигнала для выключения горелки или для уменьшения по меньшей мере одной подачи топлива в горелку, для выдачи дополнительного регулировочного сигнала для запуска режима работы кислородного копья. По меньшей мере одно регулировочное приспособление предназначено, в частности, для обеспечения в режиме работы кислородного копья вдувания через сопло газовой струи в печное пространство со сверхзвуковой скоростью.

Предпочтительно, когда по меньшей мере одно регулировочное приспособление имеет по меньшей мере один первый регулировочный клапан для регулирования количества подаваемого топлива по меньшей мере в одну горелку и по меньшей мере один второй регулировочный клапан для регулирования количества подаваемого горючего газа по меньшей мере в одну горелку. Кроме того, по меньшей мере одно регулировочное приспособление предпочтительно имеет по меньшей мере один третий регулировочный клапан для регулирования вдуваемой через сопло в режиме работы кислородного копья газовой струи.

При этом блок предпочтительно содержит несколько горелок и/или копий, в частности, несколько комбинаций горелки-копья. Предусмотрена возможность их динамического и независимого друг от друга регулирования.

Электродуговая печь, содержащая по меньшей мере одно устройство, согласно изобретению, имеет высокий энергетический коэффициент полезного действия и тем самым может работать экономично.

Применение по меньшей мере одного устройства, согласно изобретению, предпочтительно для выполнения способа, согласно изобретению, в электродуговой печи.

Ниже приводится в качестве примера пояснение изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - разрез части электродуговой печи с горелкой и детектором инфракрасного излучения;

фиг.2 - электродуговая печь с несколькими горелками и детектором инфракрасного излучения, на виде сверху;

фиг.3 - горелка в режиме горелки, на виде сбоку;

фиг.4 - горелка в режиме горелки, на другом виде сбоку;

фиг.5 - измеренный ход изменения температуры в первом цикле плавления; и

фиг.6 - измеренный ход изменения температуры во втором цикле плавления.

На фиг.1 показана в разрезе часть электродуговой печи 1, в печном пространстве которой расположен подлежащий плавлению загружаемый материал 2. Он содержит преимущественно скрап, соответственно, металлолом, дополнительно куски угля и другие добавки. В стенке 1а электродуговой печи 1 установлена горелка 3, которая ориентирована в направлении печного пространства 1а. Горелка 3 имеет канал К, предназначенный для направления газа в печное пространство 1а.

Горелка 3 образует одновременно копье (комбинация горелки-копья), при этом канал К используется для прохождения необходимой в режиме работы кислородного копья газовой струи. Горелка 3 имеет подводящее газ приспособление 4 для подачи необходимого в режиме работы кислородного копья газа, который предпочтительно вдувается через сопло со сверхзвуковой скоростью в печное пространство.

Кроме того, имеются по меньшей мере одно приспособление 5 подачи топлива и по меньшей мере одно приспособление 6 подачи горючего газа. С помощью приспособления 5 в горелку 3 подается топливо, в данном случае предпочтительно природный газ. Топливо сжигается вместе с горючим газом, в данном случае предпочтительно в виде кислорода, который подается с помощью приспособления 6 подачи горючего газа.

Кроме того, горелка 3 имеет охлаждающее устройство 7 для подачи охлаждающего средства, в частности, воды. С помощью охлаждающей среды горелка 3 защищается от перегрева.

Детектор инфракрасного излучения 10 на противоположной печному пространству 1а электродуговой печи 1 стороне горелки 3 соединен с ней так, что обеспечивается возможность измерения температуры. Канал К горелки 3 предпочтительно имеет продольную ось А. Из горячего печного пространства 1а инфракрасное излучение может распространяться вдоль продольной оси А и попадает в канал К горелки 3. Из канала К инфракрасное излучение попадает в данном случае в фокусирующее приспособление 8, например систему линз, которое фокусирует инфракрасное излучение и вводит в данном примере выполнения в световод 9. С помощью световода 9 инфракрасное излучение подается в детектор 10 инфракрасного излучения, который из подводимого инфракрасного излучения определяет температуру. Это можно осуществлять, например, с помощью детектора 10 инфракрасного излучения, который выполнен в виде пирометра или ондометра.

Детектор 10 инфракрасного излучения предпочтительно выполнен так, что он может определять температуру различных спектральных составляющих инфракрасного излучения. За счет этого значительно уменьшаются погрешности определения температуры. Этого можно достигать, например, с помощью пирометра частного, который также называется пирометром отношения или двухцветным пирометром. Можно использовать также другие подходящие детекторы 10 инфракрасного излучения с соответствующей точностью измерения.

После соединения детектора 10 инфракрасного излучения с горелкой 3 в данном случае через световод 9 и фокусирующее приспособление 8, детектор 10 инфракрасного излучения может находиться не в непосредственной близости от горелки 3. Детектор 10 инфракрасного излучения может быть также соединен с другими горелками, которые расположены на печи 1 (см. фиг.2). Однако можно также отказаться от световода 9, когда детектор инфракрасного излучения непосредственно соединен с фокусирующим приспособлением 8 или с противоположным печному пространству 1а концом горелки 3.

Во время процесса плавления и работы горелки 3, с помощью детектора 10 инфракрасного излучения измеряется по меньшей мере одна первая температура, которая основывается по меньшей мере на одном излучаемом обратно в направлении по меньшей мере одного детектора 10 инфракрасного излучения по меньшей мере в одну горелку 3 инфракрасном излучении. Точка фокусирования при измерении температуры лежит в первой половине горелки 3.

Для динамического регулирования блока, содержащего горелку, имеется регулировочное приспособление 13, которое на основании по меньшей мере одного регулировочного сигнала регулирует подачу топлива и горючего газа в режиме горелки и дополнительно, например, подачу газовой струи во время режима работы кислородного копья, и т.д.

Кроме того, имеется вычислительный блок 11, который соединен с детектором 10 инфракрасного излучения и предназначен для корреляции по меньшей мере одной первой температуры с длиной d горящего у горелки 3 пламени (см. фиг.2 и 3), которая пропорциональна расстоянию между находящимся в печном пространстве 1а загружаемым материалом 2 и горелкой 3. Для этого в вычислительном блоке 11 имеется по меньшей мере одна схема корреляции, с помощью которой в режиме горелки можно соотносить определяемую первую температуру с определяемой длиной d пламени. Такую схему корреляции можно определять экспериментально заранее для электродуговой печи 1 в зависимости от загружаемого материала 2 и соответственно выбирать для последующих циклов плавления. Вычислительный блок 11 создает по меньшей мере один регулировочный сигнал на основании по меньшей мере одной первой температуры, соответственно, соотнесенной длины d пламени, и передает по меньшей мере один регулировочный сигнал в регулировочное приспособление 13.

На основании по меньшей мере одного регулировочного сигнала, регулировочное приспособление 13 выполняет регулирование блока, содержащего горелку 3, которое приводит к включению или выключению горелки 3, изменению подачи топлива и/или горючего газа, начинанию процесса загрузки, начинанию режима работы кислородного копья и/или выбору количества вдуваемого в режиме работы кислородного копья газа, возможно также изменению подачи тока в электроды электродуговой печи 1, изменению положения электродов электродуговой печи 1 и т.д. Это изображено на фиг.1 с помощью отходящей влево от регулировочного приспособления 13 стрелки 12.

Режим работы кислородного копья предпочтительно запускается лишь тогда, когда загружаемый материал 2 полностью находится в расплавленном состоянии. С помощью газовой струи, которая в режиме работы кислородного копья выходит из горелки 3 со сверхзвуковой скоростью, локально удаляется, соответственно, сдувается шлак, который образовался на расплаве. Тем самым поверхность расплава освобождается для бесконтактного определения температуры и можно определять температуру расплава в печном пространстве с помощью детектора 10 инфракрасного излучения или другого детектора.

На фиг.2 схематично показана на виде сверху электродуговая печь 1, через стенку 1b которой проходит несколько горелок 3, 14, 15, 16. Горелки 3, 14, 15, 16 снабжены детектором 10 инфракрасного излучения, при этом каждая горелка 3, 14, 15, 16 соединена с детектором 10 инфракрасного излучения через соответствующий световод 9. При этом детектор 10 инфракрасного излучения выполнен в данном случае с возможностью различения приходящих от разных горелок 3, 14, 15, 16 сигналов. У горелок 3, 14, 15, 16 расположены не изображенные на фиг.2 фокусирующие приспособления (см. фиг.1), которые фокусируют приходящее из печного пространства 1а, входящее в соответствующую горелку 3, 14, 15, 16 тепловое излучение и вводят в световоды 9. Регулировочное приспособление 13 предназначено в данном случае для динамического регулирования блока, содержащего по меньшей мере одну горелку 3, 14, 15, 16 (смотри стрелку 12а) и дополнительно для регулирования, соответственно, изменения подачи тока и/или положения электродов 18 электродуговой печи 1 (смотри стрелу 12b).

На фиг.3 и 4 схематично показана на виде сбоку горелка 3 из фиг.1 в режиме горелки, при этом образующееся у горелки 3 пламя 3а ориентировано в направлении подлежащего плавлению загруженного материала 2.

Измеряемое во время работы горелки 3 с помощью схематично показанного здесь детектора 10 инфракрасного излучения в передней половине горелки 3 инфракрасное излучение S приходит, как правило, из различных источников излучения. При этом было установлено, что в качестве первого источника первого инфракрасного излучения S₁ служит, прежде всего, образуемое пламенем 3а у горелки 3 собственное излучение. В качестве второго источника второго инфракрасного излучения S₂ служит загруженный материал 2. В качестве третьего источника третьего инфракрасного излучения S₃ служат завихренные в печном пространстве или содержащиеся в пламени частицы. Другие источники S_x излучения могут быть образованы электродами 18 (см. фиг.2) стенкой 1b печи, другими горелками 14, 15, 16 и т.д. Измеряемое в горелке 3 с помощью детектора 10 инфракрасного излучения во время режима горелки инфракрасное излучение S состоит из суммы отдаваемых источниками излучения инфракрасных излучений S₁, S₂, S₃, S_x и коррелируется с длиной d пламени, которая пропорциональна расстоянию между по меньшей мере одной горелкой, т.е. находящимся в печном пространстве концом по меньшей мере одной горелки, и находящимся в твердом виде перед этим концом по меньшей мере одной горелки загруженным материалом. При этом S=ΣS₁+S₂+S₃+S_x≈d.

Как показано на фиг.3 и 4, расстояние между загруженным материалом 2 и горелкой 3 тем больше, чем длиннее пламя 3а, соответственно, чем больше длина d пламени. Если длина d пламени становится меньше нижнего предельного значения или если она превышает верхнее предельное значение, то происходит выключение горелки 3 или уменьшение по меньшей мере количества подаваемого топлива.

На фиг.5 и 6 показан полученный с помощью детектора инфракрасного излучения во время процесса загрузки и плавления в передней половине горелки ход изменения температуры Т в °С в зависимости от времени t в секундах. При этом на фиг.5 показан измеренный в передней половине горелки ход изменения температуры, в то время как на фиг.6 показан измеренный в передней половине комбинации горелки-копья ход изменения температуры. Кроме того, показан ход изменения мощности Р горелки, соответственно, горелки комбинации горелки-копья в зависимости от времени t.

Открывание электродуговой печи и загрузка материала в печное пространство происходит в обозначенные буквой С периоды времени, в которых горелка, соответственно, горелка комбинации горелки-копья не работает.

В обозначенные буквами ВР периоды времени происходит работа горелки. Во время работы горелки определяемая с помощью детектора инфракрасного излучения температура Т сначала в среднем непрерывно повышается (смотри усредненный ход изменения температуры Tm) и после определенного промежутка времени значительно падает. Пока температура Т во время работы горелки в среднем увеличивается, обеспечивается эффективный перенос вносимого с помощью горелки в печное пространство количества энергии в загруженный материал. Как только температура Т во время режима горелки начинает непрерывно падать, то больше не обеспечивается эффективный перенос тепла в загруженный материал, и можно выполнять выключение горелки. В этот момент времени tx расстояние между загруженным материалом и горелкой уже настолько велико и/или поверхность загруженного материала сократилась настолько, что вносимое за счет сгорания в печное пространство количество энергии уже не передается главным образом в загруженный материал. Загруженный материал не обеспечивает больше достаточно большую поверхность для переноса тепла, и большая часть вносимой с помощью горелки энергии остается не использованной для плавления загруженного материала. Энергия отдается в атмосферу печи, которая отводится из печного пространства через вытяжку.

Показанная на фиг.5 заштрихованная площадь под кривой мощности Р представляет количество энергии, которое можно экономить при выключении горелки, согласно изобретению, в момент времени tx.

Экстремальный подъем температуры Т во время работы горелки, показанный на фиг.6, характеризует, как правило, блокирование ВВ горелки загруженным материалом, при этом отверстие горелки полностью или почти полностью блокировано загруженным материалом. Если температура Т не падает снова в течение самого кратчайшего времени, то необходимо выключать горелку для предотвращения повреждения электродуговой печи. Смещение загруженного материала с устранением блокирования ВВ горелки может происходить, например, посредством продолжения процесса плавления, с помощью другого процесса загрузки или перемещения электродов относительно печного пространства электродуговой печи.

Обозначенный на фиг.6 буквами LP промежуток времени означает режим работы кислородного копья, который инициируется при образовании достаточно большого количества расплава в электродуговой печи посредством выключения горелки комбинации горелки-копья и включения копья в комбинации горелки-копья. Во время режима работы кислородного копья определяют температуру поверхности образованного в печном пространстве расплава с помощью детектора инфракрасного излучения, при этом предпочтительно локально сдувают находящийся на расплаве шлак. При этом мощность Р комбинации горелки-копья достигает максимального значения. В режиме работы кислородного копья происходит, например, вдувание через сопло кислорода в печное пространство, с целью фришевания образованного расплава. Во время режима работы кислородного копья определяемая с помощью детектора инфракрасного излучения температура Т остается в основном постоянной.

Показанная на фиг.6 заштрихованная площадь под кривой мощности Р представляет количество энергии, которое можно экономить при выключении горелки, согласно изобретению, в момент времени tx. В этом случае режим работы кислородного копья можно начинать раньше на период времени Δt=t_L-tx. Таким образом, момент времени tx соответствует оптимальному моменту времени для выключения горелки и начала режима работы кислородного копья.

Естественно, что в рамках изобретения возможны другие варианты выполнения электродуговой печи, горелки, комбинации горелки-копья, отдельных горелки и копья и т.д., которые здесь отдельно не показаны.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу и устройству динамического регулирования процесса плавления в электродуговой печи. Способ включает измерение по меньшей мере одной первой температуры по меньшей мере одной горелки, при этом указанная температура основывается на излучаемом в направлении по меньшей мере одного детектора инфракрасного излучения по меньшей мере в одной горелке инфракрасном излучении. По меньшей мере одну первую температуру коррелируют с длиной d горящего по меньшей мере у одной горелки пламени, которая пропорциональна расстоянию между находящимся в печном пространстве загруженным материалом и по меньшей мере одной горелкой. По меньшей мере одну первую температуру используют для образования по меньшей мере одного регулировочного сигнала для динамического регулирования по меньшей мере одного блока, содержащего по меньшей мере одну горелку. Кроме того, изобретение относится' к устройству для динамического регулирования процесса плавления в электродуговой печи, а также к электродуговой печи, содержащей по меньшей мере одно такое устройство. Использование изобретения обеспечивает улучшение управления или регулирования работы горелки в реальном времени. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ динамического регулирования процесса плавления в электродуговой печи по меньшей мере с одним блоком, содержащим по меньшей мере одну горелку (3, 14, 15, 16), которая расположена на электродуговой печи (1), причем эта по меньшей мере одна горелка соединена на противоположной печному пространству (1а) электродуговой печи (1) стороне по меньшей мере с одним детектором (10) инфракрасного излучения, с помощью которого выполняют измерение температуры, при котором во время работы по меньшей мере одной горелки (3, 14, 15, 16) измеряют по меньшей мере одну первую температуру, которая основывается на излучаемом в направлении по меньшей мере одного детектора (10) инфракрасного излучения по меньшей мере в одной горелке (3, 14, 15, 16) инфракрасном излучении, причем по меньшей мере одну первую температуру коррелируют с длиной d горящего по меньшей мере у одной горелки пламени (3а), которая пропорциональна расстоянию между находящимся в печном пространстве (1а) загруженным материалом (2) и по меньшей мере одной горелкой (3, 14, 15, 16), при этом по меньшей мере одну первую температуру используют для образования по меньшей мере одного регулировочного сигнала для динамического регулирования по меньшей мере одного блока.

2. Способ по п.1, в котором оценивают ход изменения по меньшей мере одной первой температуры и при достижении нижнего или верхнего предельного значения для длины d пламени происходит выключение по меньшей мере одной горелки (3, 14, 15, 16) или уменьшение по меньшей мере одной подачи топлива по меньшей мере в одну горелку (3, 14, 15, 16) с образованием защитного пламени.

3. Способ по п.2, в котором по меньшей мере один блок содержит дополнительно по меньшей мере одну систему кислородного копья, и после выключения по меньшей мере одной горелки (3, 14, 15, 16) или уменьшения по меньшей мере одной подачи топлива по меньшей мере в одну в горелку (3, 14, 15, 16) начинают режим работы кислородного копья.

4. Способ по п.3, в котором в режиме работы кислородного копья в печное пространство (1а) вдувают через сопло газовую струю из кислорода со сверхзвуковой скоростью.

5. Способ по п.3 или 4, в котором в режиме работы кислородного копья измеряют с помощью по меньшей мере одного детектора (10) инфракрасного излучения по меньшей мере одну вторую температуру в печном пространстве (1а) электродуговой печи (1).

6. Устройство для динамического регулирования процесса плавления в электродуговой печи, содержащее по меньшей мере один блок, который содержит по меньшей мере одну горелку (3, 14, 15, 16), расположенную на электродуговой печи (1), по меньшей мере одно регулировочное приспособление (13) для динамического регулирования по меньшей мере одного блока на основании по меньшей мере одного регулировочного сигнала, по меньшей мере один детектор (10) инфракрасного излучения, который на противоположной печному пространству (1а) электродуговой печи (1) стороне соединен по меньшей мере с одной горелкой (3, 14, 15, 16), с возможностью обеспечения измерения температуры, причем во время работы по меньшей мере одной горелки (3, 14, 15, 16) обеспечивается возможность измерения по меньшей мере одной первой температуры, которая основывается на излучаемом обратно в направлении по меньшей мере одного детектора (10) инфракрасного излучения по меньшей мере в одной горелке (3, 14, 15, 16) инфракрасном излучении, и по меньшей мере один вычислительный блок (11), который предназначен для корреляции по меньшей мере одной первой температуры с длиной d горящего по меньшей мере у одной горелки (3, 14, 15, 16) пламени (3а), которая пропорциональна расстоянию между находящимся в печном пространстве (1а) загруженным материалом (2) и по меньшей мере одной горелкой (3, 14, 15, 16), и создания по меньшей мере одного регулировочного сигнала на основании по меньшей мере одной первой температуры.

7. Устройство по п.6, в котором по меньшей мере один блок дополнительно содержит по меньшей мере одну систему кислородного копья.

8. Устройство по п.6 или 7, в котором по меньшей мере один вычислительный блок (11) предназначен для оценки хода изменения по меньшей мере одной первой температуры и при достижении нижнего или верхнего предельного значения длины d пламени выдачи по меньшей мере одного регулировочного сигнала по меньшей мере в одно регулировочное приспособление (13), которое вызывает выключение по меньшей мере одной горелки (3, 14, 15, 16) или уменьшение по меньшей мере одной подачи топлива по меньшей мере в одну горелку (3, 14, 15, 16) с образованием защитного пламени.

9. Устройство по п.8, в котором при содержании в блоке по меньшей мере одного кислородного копья, по меньшей мере один вычислительный блок (11) предназначен, после выдачи по меньшей мере одного регулировочного сигнала для выключения горелки или для уменьшения по меньшей мере одной подачи топлива, для выдачи дополнительного регулировочного сигнала для запуска режима работы кислородного копья.

10. Устройство по п.9, в котором по меньшей мере одно регулировочное приспособление (13) предназначено для обеспечения в режиме работы кислородного копья вдувания через сопло газовой струи в печное пространство (1а) со сверхзвуковой скоростью.

11. Устройство по любому из пп.6, 7, 9 или 10, в котором по меньшей мере одно регулировочное приспособление (13) имеет по меньшей мере один первый регулировочный клапан для регулирования количества подаваемого топлива по меньшей мере в одну горелку (3, 14, 15, 16) и по меньшей мере один второй регулировочный клапан для регулирования количества подаваемого горючего газа по меньшей мере в одну горелку (3, 14, 15, 16).

12. Устройство по п.8, в котором по меньшей мере одно регулировочное приспособление (13) имеет по меньшей мере один первый регулировочный клапан для регулирования количества подаваемого топлива по меньшей мере в одну горелку (3, 14, 15, 16) и по меньшей мере один второй регулировочный клапан для регулирования количества подаваемого горючего газа по меньшей мере в одну горелку (3, 14, 15, 16).

13. Устройство по п.11, в котором по меньшей мере одно регулировочное приспособление (13) имеет по меньшей мере один третий регулировочный клапан для регулирования газовой струи в режиме работы кислородного копья.

14. Устройство по п.12, в котором по меньшей мере одно регулировочное приспособление (13) имеет по меньшей мере один третий регулировочный клапан для регулирования газовой струи в режиме работы кислородного копья.

15. Электродуговая печь, содержащая по меньшей мере одно устройство по любому из пп.6-14.