CN119123813A - 带有高度检测系统的熔炉 - Google Patents

Abstract

熔炉10包括容器12，容器12具有在顶部和底部之间延伸的中心轴线。容器容纳具有上表面24的材料主体20，上表面24具有上方高度l_u。熔炉包括非接触式传感器30.1，用于感测参考点和上表面上的一位置之间的距离32。非接触式传感器包括电磁信号收发器36、38，用于朝向上表面发射信号并接收该信号的反射的天线40，以及在该收发器和该天线之间延伸的信号导管46。收发器位于以下位置之一：a)低于上方高度l_u的水平面，b)高于上方高度l_u的水平面并超出第一线39，第一线39与线41上的层间隔距离d₀>0，线41垂直于中心轴线。

Description

带有高度检测系统的熔炉

技术领域

本发明涉及熔炉，更具体地说，涉及一种具有原料(feed material)高度检测系统的电弧炉。

背景技术

在EP2564141B1中，公开了一种熔炉，其包括底部、至少一个侧壁和顶部，它们共同形成熔炉容器以容纳在熔炉中处理的材料。熔炉包括至少一个非接触式传感器，用于确定该熔炉中材料相对于传感器的位置或高度。基于熔炉中材料的高度，可以修改该熔炉的一个或多个操作参数，包括例如将额外材料引入容器的速率和从该容器中取出材料的速率。如附图1(也是EP2564141B1的图1)所示，传感器110位于原料层120正上方。传感器通常包括位于原料层正上方固定位置的至少一个发送器和位于该原料层正上方的至少一个接收器。传感器110可以设置在顶部106中，或者在该顶部下方，或者在该顶部上方，但是在所有情况下都在原料层120正上方。在这些情况下，至少部分地围绕每个非接触式传感器110设置特殊的外壳或保护罩134，从而电磁屏蔽该非接触式传感器免受非接触式传感器110和原料层120之间存在的电磁干扰(“EMI”)。在至少一些实施例中，EMI保护罩134在其面向该层的底端包括热辐射保护罩136，热辐射保护罩136为可替换盒体的形式，包含耐火布。

至少一个非接触式传感器的上述配置和布置不适于至少一些应用，因为它可能太复杂而无法调试和/或维护和保养。它也可能过于暴露在不利的炉内环境中，体积太大且太昂贵。

发明内容

因此，本发明的一目的是提供一种电熔炉，申请人认为使用该电熔炉至少可以减轻上述缺点，或者可以为已知的电熔炉提供一种有用的替代物。

根据本发明，提供了一种电熔炉，包括：

至少一个电极；

容器，该容器包括底部、至少一个侧壁和包括顶部的顶部区域，该容器保持待处理的材料主体，该容器具有在该顶部和该底部之间延伸的中心轴线，该材料主体包括具有上表面的至少一个层，该上表面具有上方高度(l_u)和下方高度(l_l)，该至少一个电极穿过该顶部延伸到该容器中；和

至少一个非接触式传感器，用于感测参考点和该上表面上的一位置之间的距离，该非接触式传感器包括电磁信号发送器、电磁信号接收器、朝向该上表面的电磁信号发射器，该发射器位于该熔炉的该顶部区域中的该上表面上方间隔一定距离处、收集器，用于来自该上表面被发射的信号的反射、信号导管，位于下列中的至少一处，a)该发送器和该发射器之间，b)该接收器和该收集器之间，并且其中该发送器和接收器中的至少一个位于该容器外部的以下位置之一：a)低于该上表面的上方高度(l_u)的水平面；b)高于该上表面的上方高度(l_u)并且超出第一线的水平面，该第一线与在第二线上的该层间隔距离d₀>0，该第二线垂直于该中心轴线，并且该第一线平行于该中心轴线延伸。

顶部区域包括顶部本身以及分别在该顶部上方和下方紧邻该顶部的区域。

熔炉可以是电弧炉。

熔炉可以是冶金炉。

该层可以是原料的顶层。

至少一个非接触式传感器可以连接到控制器，用于生成与感测到的距离相关的数据。

在一些实施例中，熔炉可以包括连接到控制器的多个非接触式传感器，每个该非接触式传感器用于感测相应参考点和上表面上多个分散位置中的对应一个之间的相应距离，该控制器可操作用于从相应感测的距离产生成与该上表面相关的轮廓数据。

在一些实施例中，发送器和接收器可以位于低于上表面的上方高度的水平面。

发送器和接收器可以位于上表面的上方高度和下方高度之间的水平面。

发送器和接收器可以位于容器的至少一个侧壁的外表面附近。

可替代地，发送器和接收器可以位于与容器间隔一定距离的位置。

在其他实施例中，发送器和接收器可以位于高于上表面的上方高度的水平面。

至少一个非接触式传感器可以包括任何合适类型的传感器，包括例如激光传感器、自动探测传感器、声学传感器、光学传感器(包括数字图像处理或光学传感)、μ子(Muon)粒子传感器、脉冲或频率调制电磁传感器、超声波传感器、yo-yo传感器，但优选为雷达传感器。

雷达传感器可以包括微波雷达收发器设备。

发射器和收集器可以组合在任何合适的天线中，例如喇叭天线。

波导管可以将收发器设备连接到天线。

该熔炉可以包括位于顶部中原料端口处的材料供给布置，该材料供给布置可以包括箱体，该箱体限定了箱体顶壁中的原料入口和箱体底壁中的原料出口，该入口相对于出口线性偏移，并且发射器和收集器与出口成直线定位，以具有穿过出口的直接视线。

熔炉可以具有任何合适的形状，仅举几个例子，例如矩形、正方形和圆形。

根据本发明的另一方面，提供了一种电熔炉，包括：

至少一个电极；

容器，该容器包括底部、至少一个侧壁和包括顶部的顶部区域，该容器保持待处理的材料主体，该容器具有在该顶部和该底部之间延伸的中心轴线，该材料主体包括具有上表面的至少一个层，该至少一个电极穿过该顶部延伸到该容器中；和

至少一个非接触式传感器，用于感测参考点和该上表面上的一位置之间的距离，该非接触式传感器包括电磁信号收发器设备、天线，该天线位于该熔炉顶部区域中的该上表面上方间隔一定距离处、以及信号导管，该信号导管在该电磁信号收发器设备和该天线之间延伸，其中该收发器设备位于该容器外部的预定位置处，在该预定位置处，该容器和距离中的至少一个将该容器内部的电磁干扰(EMI)衰减到这样的程度，即除了该收发器设备的原始制造商外壳以外，该收发器设备的EMI保护罩被省去。

根据本发明的又一方面，提供了一种操作电熔炉的方法，该电熔炉包括容器，该容器包括底部、至少一个侧壁和包括顶部的顶部区域，该容器容纳待加工的材料主体，该材料主体包括具有上表面的至少一个层；穿过该顶部延伸到该容器中的至少一个电极；以及至少一个非接触式传感器，用于感测参考点和该上表面上的一位置之间的距离，该非接触式传感器包括电磁信号收发器设备、天线，该天线位于该熔炉的该顶部区域中的该上表面上方间隔一定距离处、以及信号导管，该信号导管在该电磁信号收发器设备和该天线之间延伸，该方法包括：

将该收发器设备定位在该容器外部；

利用该信号导管，以及利用该容器和到收发器设备的距离二者中的至少一个来将存在于该容器内部的电磁干扰(EMI)衰减到这样的程度，即在该收发器设备处，除了设置该收发器设备的原始制造商外壳之外，不为该收发器设备设置EMI保护罩。

附图说明

现在将参考附图，仅通过示例的方式进一步描述本发明，其中：

图1是现有技术冶金炉的示意图；

图2是电熔炉的第一示例实施例的部分截面示意图；

图3是熔炉的第二示例实施例的类似视图；

图4是熔炉的第三示例实施例的又一类似视图；和

图5是用于熔炉的材料供给组件的示意图，该供给组件包括或容纳天线。

具体实施方式

在图2至4中，电熔炉的第一示例实施例总体上由附图标记10表示。

电熔炉10包括容器12，容器12包括底部14、至少一个侧壁16和位于该熔炉顶部区域中的顶部18。容器具有在顶部和底部之间延伸的中心轴线19。容器限定了容纳待加工材料主体20的腔室21。至少一个电极23穿过顶部向主体延伸。主体包括至少一层，例如具有上表面24的原料顶层22。上表面具有上方高度l_u和下方高度l_l。熔炉10还包括至少一个非接触式传感器30.1和30.2，用于感测参考点(例如点34)和上表面24上的一位置之间的距离32。至少一个非接触式传感器30.1包括电磁信号发送器36、电磁信号接收器38、朝向上表面24的电磁信号42的发射器40，该发射器位于该上表面上方间隔一定距离处，收集器40用于来自该上表面被发射的信号的反射44。信号导管46在下列各项位置中的至少一个延伸：a)发送器36和发射器40之间，b)接收器38和收集器40之间。发送器36和接收器38中的至少一个位于下列各项位置中的其中之一：a)低于上表面24的上方高度l_u的水平面(如图2和3所示)；以及b)高于上表面24的上方高度l_u的水平面并且超过第一线39，第一线39与在第二线41上的层22间隔距离d₀>0，第二线41垂直于中心轴线，并且第一线39平行于中心轴线延伸(如图4所示)。

参考图2至4，至少一个非接触式传感器30.1、30.2连接到控制器48，用于产生与感测距离32相关的数据。

在顶部18中限定了用于原料的至少一个原料端口49。可以设置与进料口49连通的进料槽(未示出)。如下文将参照图5更详细描述的，在一些实施例中，供给组件或死区70可以设置在顶部18上方或顶部18中。

材料主体20包括炉料，炉料包括熔融金属主体50、该熔融金属主体上的炉渣层52和该炉渣层上的原料层22。应当理解，在容器侧壁之间延伸的上表面24具有在下方高度l_l和上方高度l_u之间延伸的三维轮廓。还应当理解，该轮廓不是保持静态的，而是动态的，并且在使用过程中随着原料的加入和经处理的熔融金属、锍和/或炉渣从熔炉中流出而变化。

因此，在示例实施例中，设置多个非接触式传感器30.1和30.2来监测上表面24上多个分散位置处的高度。所述非接触式传感器中的每一个配置成感测相应参考点和上表面24上的多个分散位置中相应的一个之间的相应距离，并且控制器可操作以从相应的感测到的距离生成与上表面24相关的轮廓数据。

非接触式传感器可以是任何合适的传感器，但是优选地包括微波雷达传感器，例如以商标名为VEGA或Siemens出售的传感器。雷达传感器包括容纳在原始制造商(originalmanufacturer,“OM”)外壳54中的雷达收发器设备36、38。收发器设备36、38包括发送器36和接收器38。

发射器和收集器可以包含在喇叭天线40中。喇叭天线40安装在顶部区域的合适位置，例如顶部18下方(未示出)、限定在顶部18中的通道内(未示出)或通道上方，如图2至图4所示。

喇叭天线40可以安装在由安装在顶部18的通道64中的立柱62限定的腔室60中。腔室60可以与用于合适的冷却流体的供给导管66连通，以冷却喇叭天线的外表面。

一端固定在外壳54上而另一端固定在喇叭天线上的波导管46将收发器设备连接到该喇叭天线上，以将来自该收发器设备的发送器36的电磁信号42引导到该喇叭天线上，并在那里向表面24发射。反射44由喇叭天线收集，并由波导管46引导至收发器设备的接收器38。如图4所示，用于合适的冷却流体的入口68可以被限定在波导管46中，以从内部冷却喇叭天线。

如图2和3所示，收发器设备36、38可以位于容器外部，邻近容器12的至少一个侧壁16或底部14的外表面。收发器设备36、38可以位于离容器任何合适的距离d1处。如图2和图3所示，收发器设备36、38可以紧邻侧壁(未示出)或与其间隔一定距离。在图2中，收发器设备36、38位于低于上表面24的上方高度l_u的水平面，而在图3中，收发器设备36、38位于上表面24的上方高度l_u和下方高度l_l之间的水平面。

应当理解，波导管46必须具有所需的长度，以将位于上述位置的收发器设备36、38连接到容器顶部区域的喇叭天线40。

图4示出了电熔炉10的另一个示例实施例。在该实施例中，收发器设备包括容纳在OM外壳54中的发送器36和接收器38，该收发器设备位于相对于层22的任何水平面，包括高于上表面24的上方高度l_u的水平面，并且超过第一线39，第一线39与在第二线41上的该层间隔距离d₀>0，第二线41垂直于中心轴线19，并且第一线39平行于中心轴线19延伸。在该特定实施例中，收发器设备36、38可以位于比顶部18高几米的水平面处。

层22上方的熔炉中的电磁干扰(EMI)主要从以50Hz通电的电极23发出，通过侧壁16和距离(根据平方反比定律)被充分衰减，并且衰减到这样的程度，即对于OM外壳54中的雷达收发器设备36、38或者非接触式传感器30的任何其他部分，不需要特殊的EMI保护罩。

在图5中，示出了供给组件70的一个示例实施例。该组件包括箱体72，箱体72在该箱体的顶壁上限定了用于原料的入口74，在该箱体的底壁上限定了用于原料的出口76。出口76相对于入口74线性偏移。因此，用于原料的弯曲通道78在入口74和出口76之间延伸。喇叭天线40安装在出口76正上方的箱体内或箱体上，使得它具有穿过出口的直接视线，并且使得对于天线40和表面24之间的信号42和反射44，存在穿过出口76的直线路径。

可以设置热屏蔽系统80来保护天线40免受来自熔炉中过程的辐射热。屏蔽系统可以包括在天线和出口76(以及因此的过程)之间的选择性地可打开和可关闭的护窗82，以及可选地在天线40和通道78之间的侧壁84。护窗82可以是“滑动门”或挡板的形式，其可以由手动、电动、液压或气动控制86中的至少一个选择性地控制。

Claims (16)

1.一种电熔炉，包括：

至少一个电极；

容器，所述容器包括底部、至少一个侧壁和包括顶部的顶部区域，所述容器保持待处理的材料主体，所述容器具有在所述顶部和所述底部之间延伸的中心轴线，所述材料主体包括具有上表面的至少一个层，所述上表面具有上方高度(l_u)和下方高度(l_l)，所述至少一个电极穿过所述顶部延伸到所述容器中；和

至少一个非接触式传感器，用于感测参考点和所述上表面上的一位置之间的距离，所述非接触式传感器包括电磁信号发送器、电磁信号接收器、朝向所述上表面的电磁信号发射器，所述发射器位于所述熔炉的所述顶部区域中的所述上表面上方间隔一定距离处、收集器，用于对来自所述上表面所发射的信号的反射、信号导管，位于下列各项位置中的至少一处：a)所述发送器和所述发射器之间，和b)所述接收器和所述收集器之间，其中所述发送器和所述接收器中的至少一个位于所述容器外部的以下位置之一：a)低于所述上表面的所述上方高度(l_u)的水平面；以及b)高于所述上表面的所述上方高度(l_u)的水平面并且超出第一线，所述第一线在第二线上的所述层间隔距离d₀>0，所述第二线垂直于所述中心轴线，并且所述第一线平行于所述中心轴线延伸。

2.根据权利要求1所述的熔炉，其中所述层是原料的顶层。

3.根据权利要求1和权利要求2中任一项所述的熔炉，其中，所述至少一个非接触式传感器连接到控制器，所述控制器用于生成与感测到的距离相关的数据。

4.根据权利要求3所述的熔炉，包括连接到所述控制器的多个所述非接触式传感器，所述非接触式传感器中的每一个用于感测相应参考点和所述上表面上多个分散位置中的相应一个之间的相应距离，所述控制器可操作以从相应感测到的距离生成与所述上表面相关的轮廓数据。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的熔炉，其中所述发送器和所述接收器位于低于所述上表面的所述上方高度的水平面。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的熔炉，其中所述发送器和所述接收器位于所述上表面的所述上方高度和所述下方高度之间的水平面。

7.根据权利要求5和6中任一项所述的熔炉，其中所述发送器和所述接收器位于所述容器的所述至少一个侧壁的外表面附近。

8.根据权利要求5和6中任一项所述的熔炉，其中所述发送器和所述接收器与所述容器间隔设置。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的熔炉，其中所述发送器和所述接收器位于高于所述上表面的所述上方高度的水平面。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的熔炉，其中，所述至少一个非接触式传感器包括激光传感器、自动探测传感器、声学传感器、光学传感器、μ子粒子传感器、脉冲或频率调制电磁传感器、超声波传感器和yo-yo传感器中的任一种。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的熔炉，其中，所述至少一个非接触式传感器包括雷达传感器。

12.根据权利要求11所述的熔炉，其中，所述雷达传感器包括用作所述发射器和所述收集器的微波雷达收发器设备、天线、以及波导管，所述波导管将所述收发器设备连接到所述天线。

13.根据权利要求12所述的熔炉，其中所述天线是喇叭天线。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的熔炉，包括位于所述顶部中原料端口处的材料供给布置，所述材料供给布置包括箱体，所述箱体限定了位于所述箱体的顶壁中的原料入口和位于所述箱体的底壁中的原料出口，所述入口相对于所述出口线性偏移，并且其中所述发射器和收集器与所述出口成直线定位，以具有穿过所述出口的视线。

15.一种电熔炉，包括：

至少一个电极；

容器，所述容器包括底部、至少一个侧壁和包括顶部的顶部区域，所述容器保持待处理的材料主体，所述容器具有在所述顶部和所述底部之间延伸的中心轴线，所述材料主体包括具有上表面的至少一个层，所述至少一个电极穿过所述顶部延伸到所述容器中；和

至少一个非接触式传感器，用于感测参考点和所述上表面上的一位置之间的距离，所述非接触式传感器包括电磁信号收发器设备、天线，所述天线位于所述熔炉的所述顶部区域中的所述上表面上方间隔一定距离处、以及信号导管，所述信号导管在所述电磁信号收发器设备和所述天线之间延伸，其中所述收发器设备位于所述容器外部的预定位置处，在所述预定位置处，所述容器和距离中的至少一个将所述容器内部的电磁干扰EMI衰减到这样的程度，使得除了所述收发器设备的原始制造商外壳以外，所述收发器设备的EMI保护罩被省去。

16.一种操作电熔炉的方法，所述电熔炉包括容器，所述容器包括底部、至少一个侧壁和包括顶部的顶部区域，所述容器容纳待加工的材料主体，所述材料主体包括具有上表面的至少一个层；穿过所述顶部延伸到所述容器中的至少一个电极；以及至少一个非接触式传感器，用于感测参考点和所述上表面上的一位置之间的距离，所述非接触式传感器包括电磁信号收发器设备、天线，所述天线与所述熔炉的所述顶部区域中的所述上表面上方间隔设置、以及信号导管，所述信号导管在所述电磁信号收发器设备和所述天线之间延伸，所述方法包括：

将所述收发器设备定位在所述容器外部；

利用所述信号导管，以及利用所述容器和到所述收发器设备的距离二者中的至少一个来将存在于所述容器内部的电磁干扰EMI衰减到这样的程度，使得在所述收发器设备处，除了针对所述收发器设备的原始制造商外壳之外，不为所述收发器设备设置EMI保护罩。