JP7783341B2 - レベル検出システム付き炉 - Google Patents

Description

本発明は、炉に関し、より詳細には、供給材料レベル検出システムを備えた電気アーク炉に関する。

ＥＰ２５６４１４１Ｂ１には、炉内で処理されている材料を収容するための炉容器を集合的に形成する、底部と少なくとも１つの側壁と屋根とを備えた炉が開示されている。炉は、少なくとも１つの非接触センサを備え、このセンサは、センサに対する炉内の材料の位置つまりレベルを測定するために使用される。炉内の材料のレベルに基づいて、炉の１つ以上の運転パラメータ、例えば、追加の材料を容器に導入する速度や材料を容器から引き出す速度などを変更することができる。添付の図１（ＥＰ２５６４１４１Ｂ１の図１でもある）に示すように、センサ１１０は供給材料層１２０の真上に位置決めされる。センサは、典型的には、供給材料層の真上の固定位置にある少なくとも１つの送信器と、供給材料層の真上の少なくとも１つの受信器とを備える。センサ１１０は、屋根１０６の中に設けられてもよく、屋根の下方に設けられてもよく、屋根の上方に設けられてもよいが、いずれの場合も、供給材料層１２０の真上に設けられる。これらの状況では、非接触センサ１１０と供給材料層１２０との間に存在する電磁干渉（「ＥＭＩ」）から非接触センサを電磁的に遮蔽するために、特殊なハウジングまたはシールド１３４が、各非接触センサ１１０の周囲に少なくとも部分的に設けられる。少なくともいくつかの実施形態では、ＥＭＩシールド１３４は、上記層に面するその下端に、耐火性布を含む交換可能なカセットの形態の熱放射シールド１３６を備える。

少なくとも１つの非接触センサの上記の構成および配置は、試運転（commission）ならびに／または維持管理および保守点検を行うのに複雑過ぎる場合があるという意味で、少なくとも一部の用途には適さない。また、過酷な炉内環境に曝され過ぎる場合や、大型になり過ぎる場合や、高価になり過ぎる場合もある。

ＥＰ２５６４１４１Ｂ１

したがって、本発明の目的は、上述の欠点を少なくとも緩和し得るかまたは公知の炉の有用な代替となり得ると本出願人が考える電気炉を提供することである。

本発明によると、
少なくとも１つの電極と、
基部と、少なくとも１つの側壁と、屋根を含む屋根領域とを備え、処理対象の材料を保持し、上記屋根と上記基部との間に延びる中心軸を有する容器であって、上記材料が、上側レベル（ｌ_ｕ）と下側レベル（ｌ_ｌ）とを有する上面を有する少なくとも１つの層を含み、上記少なくとも１つの電極が、上記屋根を貫通して該容器内まで延びる、容器と、
基準点と上記上面上のある位置との間の距離を検知するための少なくとも１つの非接触センサであって、電磁信号送信器と、電磁信号受信器と、上記上面に向けて電磁信号を発射する発射器であって、上記屋根領域に上記上面から上方に離隔して位置する発射器と、発射された上記信号の上記上面からの反射のための収集器と、ａ）上記送信器と上記発射器との間、およびｂ）上記受信器と上記収集器との間の少なくとも一方における信号ガイドとを備え、上記送信器および上記受信器の少なくとも一方が、上記容器の外部で、ａ）上記上面の上側レベル（ｌ_ｕ）よりも低い高さに位置しているか、または、ｂ）上記上面の上側レベル（ｌ_ｕ）よりも高い高さにおいて、上記中心軸に垂直な第２の線に沿って上記層から距離ｄ_０＞０だけ離隔された、上記中心軸と平行に延びる第１の線よりも外側に位置している、非接触センサと、を備える電気炉が提供される。

上記屋根領域は、屋根自体と、屋根の上方および下方で屋根に直接隣接する領域とを含む。

上記炉は、電気アーク炉であってもよい。

上記炉は、冶金炉であってもよい。

上記層が供給材料の最上層であってもよい。

上記少なくとも１つの非接触センサが、検知された距離に関するデータを生成するためのコントローラに接続されていてもよい。

いくつかの実施形態では、上記炉が、上記コントローラに接続された複数の上記非接触センサを備え、上記非接触センサの各々が、それぞれの基準点と上記上面上の分散された複数の位置のそれぞれ１つとの間のそれぞれの距離を検知するためのものであり、上記コントローラが、それぞれの検知された上記距離から上記上面に関するプロファイルデータを生成するように動作してもよい。

いくつかの実施形態では、上記送信器と上記受信器とが、上記上面の上側レベルよりも低い高さに位置していてもよい。

上記送信器と上記受信器とが、上記上面の上側レベルと下側レベルとの間の高さに位置していてもよい。

上記送信器と上記受信器とが、上記容器の上記少なくとも１つの側壁の外面に隣接して位置していてもよい。

あるいは、上記送信器と上記受信器とが、上記容器から離隔して位置していてもよい。

他の実施形態では、上記送信器と上記受信器とが、上記上面の上側レベルよりも高い高さに位置していてもよい。

上記少なくとも１つの非接触センサは、例えば、レーザセンサ、自動測深センサ（automated sounding sensor）、音響センサ（acoustic sensor）、光学センサ（デジタル画像処理または光センシングを含む）、ミューオン粒子センサ（Muon particle sensor）、パルス電磁センサまたは周波数変調電磁センサ、超音波センサ、ヨーヨーセンサ（yo-yo sensor）を含む任意の適切なタイプのセンサを含んでもよいが、レーダセンサであることが好ましい。

上記レーダセンサが、マイクロ波レーダ送受信装置を備えていてもよい。

上記発射器と収集器とが、ホーンアンテナなどの任意の適切なアンテナに組み合わされていてもよい。

導波管が上記送受信装置を上記アンテナに接続していてもよい。

上記炉が、上記屋根に形成された供給ポートに材料供給構成を備えてもよく、上記材料供給構成が、供給材料用の入口が頂壁に画定され、供給材料用の出口が底壁に画定されたボックスであって、該入口が該出口に対して直線的にオフセットされたボックスを備えてもよく、上記発射器と上記収集器とは、上記出口を通るまっすぐな見通し線が得られるように上記出口と一直線上に位置している。

上記炉は、いくつか例を挙げると、長方形、正方形、および円形などの任意の適切な形状を有し得る。

本発明の別の態様によると、
少なくとも１つの電極と、
基部と、少なくとも１つの側壁と、屋根を含む屋根領域とを備え、処理対象の材料を保持し、上記屋根と上記基部との間に延びる中心軸を有する容器であって、上記材料が、上面を有する少なくとも１つの層を含み、上記少なくとも１つの電極が、上記屋根を貫通して該容器内まで延びる、容器と、
基準点と上記上面上のある位置との間の距離を検知するための少なくとも１つの非接触センサであって、電磁信号送受信装置と、上記屋根領域に上記上面から上方に離隔して位置するアンテナと、上記電磁信号送受信装置と上記アンテナとの間に延びる信号ガイドとを備え、上記送受信装置が、上記容器の外部であって、上記容器と距離とのうちの少なくとも一方が上記容器内の電磁干渉（ＥＭＩ）を上記送受信装置用のメーカー純正ハウジング以外の上記送受信装置用のＥＭＩシールドが不要になる程度にまで減衰させる所定の位置に配置されている、非接触センサと、を備える電気炉が提供される。

本発明のさらに別の態様によると、基部と少なくとも１つの側壁と屋根を含む屋根領域とを備え、上面を有する少なくとも１つの層を含む処理対象の材料を保持する容器と；上記屋根を貫通して上記容器内まで延びる少なくとも１つの電極と；基準点と上記上面上のある位置との間の距離を検知するための少なくとも１つの非接触センサであって、電磁信号送受信装置と、上記屋根領域に上記上面から上方に離隔して位置するアンテナと、上記電磁信号送受信装置と上記アンテナとの間に延びる信号ガイドとを備える非接触センサと、を備える電気炉の運転方法であって、
上記送受信装置を上記容器の外部に配置することと、
上記信号ガイドと、上記容器と上記送受信装置までの距離とのうちの少なくとも一方とを利用して、上記容器内に存在する電磁干渉（ＥＭＩ）を、上記送受信装置において上記送受信装置用のメーカー純正ハウジング以外に上記送受信装置用のＥＭＩシールドが設けられない程度にまで減衰させること、とを含む方法が提供される。

ここで、以下の添付の図面を参照しながら、単に例示の目的で、本発明をさらに説明する。
図１は、従来技術の冶金炉の概略図である。 図２は、電気炉の第１の例示的な実施形態の部分断面概略図である。 図３は、炉の第２の例示的な実施形態を示す同様の図である。 図４は、炉の第３の例示的な実施形態を示す別の同様の図である。 図５は、アンテナを備えるかまたは格納する、炉の材料供給アセンブリの概略図である。

電気炉の第１の例示的な実施形態が、図２～図４において全体として参照符号１０で示されている。

電気炉１０は、基部１４と、少なくとも１つの側壁１６と、炉の屋根領域における屋根１８とを備える容器１２を備えている。容器は、屋根と基部との間に延びる中心軸１９を有する。容器は、処理対象の材料２０を保持するチャンバ２１を画定する。少なくとも１つの電極２３が、屋根を貫通して材料に向かって延びている。材料は、上面２４を有する供給材料の最上層２２などの少なくとも１つの層を含む。上面は、上側レベルｌ_ｕと下側レベルｌ_ｌとを有する。炉１０は、基準点（点３４など）と上面２４上のある位置との間の距離３２を検知するための少なくとも１つの非接触センサ３０．１および３０．２をさらに備えている。少なくとも１つの非接触センサ３０．１は、電磁信号送信器３６と、電磁信号受信器３８と、上面２４に向けて電磁信号４２を発射する、当該上面から上方に離隔して位置する発射器４０と、発射された信号の当該上面からの反射４４のための収集器４０とを備える。ａ）送信器３６と発射器４０との間、およびｂ）受信器３８と収集器４０との間の少なくとも一方において信号ガイド４６が延びている。送信器３６および受信器３８の少なくとも一方は、ａ）上面２４の上側レベルｌ_ｕよりも低い高さに位置している（図２および図３に示すように）か、または、ｂ）上面２４の上側レベルｌ_ｕよりも高い高さにおいて、中心軸に垂直な第２の線４１に沿って層２２から距離ｄ_０＞０だけ離隔された、中心軸と平行に延びる第１の線３９よりも外側に位置している（図４に示すように）。

図２～図４を参照すると、少なくとも１つの非接触センサ３０．１、３０．２は、検知された距離３２に関するデータを生成するためのコントローラ４８に接続されている。

屋根１８には、供給材料用の少なくとも１つの供給ポート４９が画定されている。ポート４９と連通する供給シュート（図示せず）が設けられてもよい。図５を参照しながらより詳細に後述するように、いくつかの実施形態では、屋根１８の上方または屋根１８の中に、供給アセンブリまたはデッドボックス７０が設けられてもよい。

材料２０は、溶融金属５０と、溶融金属上のスラグ層５２と、スラグ層上の供給材料層２２とを含む装入物を含む。容器の側壁間に延在する上面２４は、下側レベルｌ_ｌと上側レベルｌ_ｕとの間で延在する三次元プロファイルを有することが理解されるであろう。さらに、このプロファイルは静的なままではなく、動的であり、使用中、供給材料が追加されたり、処理された溶融金属、マット、および／またはスラグが炉から出銑されたりすると、変化することが理解されるであろう。

したがって、例示的な一実施形態では、上面２４上の分散された複数の位置でレベルを監視するために、複数の非接触センサ３０．１および３０．２が設けられる。非接触センサの各々は、それぞれの基準点と上面２４上の分散された複数の位置のうちのそれぞれ１つとの間のそれぞれの距離を検知するように構成され、コントローラは、それぞれの検知された距離から、上面２４に関するプロファイルデータを生成するように動作する。

非接触センサは、任意の適切なセンサであってよいが、好ましくは、例えば、ＶＥＧＡまたはＳｉｅｍｅｎｓの商標名で販売されているようなマイクロ波レーダセンサを含む。レーダセンサは、メーカー純正（original manufacturer）（「ＯＭ」）のハウジング５４に格納されたレーダ送受信装置３６、３８を備える。送受信装置３６、３８は、送信器３６と受信器３８とを備える。

発射器と収集器は、ホーンアンテナ４０において具体化されてもよい。ホーンアンテナ４０は、屋根１８の下方（図示せず）、屋根１８に画定された貫通部（passage）内（図示せず）、または図２～図４に示すように貫通部の上方などの、屋根領域の適切な位置に設置される。

ホーンアンテナ４０は、屋根１８の貫通部６４に取り付けられた立上り部６２によって画定されたチャンバ６０内に取り付けられてもよい。チャンバ６０は、ホーンアンテナの外面を冷却するために、適切な冷却流体のための供給導管６６と連通していてもよい。

一端がハウジング５４に固定され、他端がホーンアンテナに固定された導波管４６が、送受信装置をホーンアンテナに接続しており、電磁信号４２を送受信装置の送信器３６からホーンアンテナに導き、そこで、電磁信号は表面２４に向けて発射される。反射４４は、ホーンアンテナによって収集され、導波管４６によって送受信装置の受信器３８に導かれる。図４に示すように、ホーンアンテナを内部から冷却するために、適切な冷却流体のための入口６８が導波管４６に設けられてもよい。

図２および図３に示すように、送受信装置３６、３８は、容器の外部で、容器１２の少なくとも１つの側壁１６または基部１４の外面に隣接して位置していてもよい。送受信装置３６、３８は、容器から任意の適切な距離ｄ_１に位置していてもよい。送受信装置３６、３８は、側壁に直接隣接して（図示せず）位置していてもよく、あるいは、図２および図３に示すように側壁から離隔されていてもよい。図２では、送受信装置３６、３８が上面２４の上側レベルｌ_ｕよりも低い高さに位置しており、図３では、送受信装置３６、３８が上面２４の上側レベルｌ_ｕと下側レベルｌ_ｌとの間の高さに位置している。

導波管４６は、上記で言及した位置にある送受信装置３６、３８を容器の屋根領域にあるホーンアンテナ４０に接続するために必要な長さを有していなければならないことが理解されるであろう。

電気炉１０の別の例示的な実施形態を図４に示す。この実施形態では、メーカー純正ハウジング５４に格納された送信器３６と受信器３８とを備える送受信装置が、上面２４の上側レベルｌ_ｕよりも高い高さを含む、層２２に対する任意の高さにおいて、中心軸１９に垂直な第２の線４１に沿って上記層から距離ｄ_０＞０だけ離隔された、中心軸１９と平行に延びる第１の線３９よりも外側に位置している。この特定の実施形態では、送受信装置３６、３８は、屋根１８よりも数メートル高い高さに位置していてもよい。

炉内の層２２上方の電磁干渉（ＥＭＩ）は、５０Ｈｚで通電される電極２３から主に発生するが、側壁１６と距離（逆二乗の法則による）とによって、メーカー純正ハウジング５４内のレーダ送受信装置３６、３８または非接触センサ３０のその他の部分に特殊なＥＭＩシールドが必要とされない程度にまで十分に減衰される。

図５に、供給アセンブリ７０の例示的な一実施形態を示す。このアセンブリは、供給材料用の入口７４が頂壁に画定され、供給材料用の出口７６が底壁に画定されたボックス７２を備える。出口７６は入口７４に対して直線的にオフセットされている。したがって、供給材料のための湾曲した流路７８が入口７４と出口７６との間に延びている。ホーンアンテナ４０が、出口７６の真上に、ボックス内またはボックス上に取り付けられ、それにより、出口を通るまっすぐな見通し線（a direct line of sight）が得られ、アンテナ４０と上面２４との間に信号４２および反射４４のための出口７６を通る直線通路が存在している。

炉内での処理によって生じる輻射熱からアンテナ４０を保護するための熱遮蔽システム８０が設けられてもよい。この遮蔽システムは、アンテナと出口７６（ひいては上記処理）との間の選択的に開閉可能なシャッタ８２と、必要に応じて、アンテナ４０と流路７８との間の側壁８４とを備え得る。シャッタ８２は、手動式、電気式、油圧式、または空気圧式のうちの少なくとも１つの制御装置８６によって選択的に制御され得る「スライドゲート」またはフラップの形態であってもよい。

Claims (16)

1. 少なくとも１つの電極と、
   基部と、少なくとも１つの側壁と、屋根を含む屋根領域とを備え、処理対象の材料を保持し、前記屋根と前記基部との間に延びる中心軸を有する容器であって、前記材料が、上側レベル（ｌ_u）と下側レベル（ｌ_l）とを有する上面を有する少なくとも１つの層を含み、前記少なくとも１つの電極が、前記屋根を貫通して該容器内まで延びる、容器と、
   基準点と前記上面上のある位置との間の距離を検知するための少なくとも１つの非接触センサであって、電磁信号送信器と、電磁信号受信器と、前記上面に向けて電磁信号を発射する発射器であって、前記屋根領域に前記上面から上方に離隔して位置する発射器と、発射された前記信号の前記上面からの反射のための収集器と、ａ）前記送信器と前記発射器との間、およびｂ）前記受信器と前記収集器との間の少なくとも一方における信号ガイドとを備え、前記送信器および前記受信器の少なくとも一方が、前記容器の外部で、ａ）前記上面の上側レベル（ｌ_u）よりも低い高さに位置しているか、または、ｂ）前記上面の上側レベル（ｌ_u）よりも高い高さにおいて、前記中心軸に垂直な第２の線に沿って前記層から距離ｄ₀＞０だけ離隔された、前記中心軸と平行に延びる第１の線よりも外側に位置しており、前記送信器および前記受信器の少なくとも一方が、前記容器の内部からの電磁干渉（ＥＭＩ）が十分に減衰されて、前記送信器および前記受信器の少なくとも一方がメーカー純正ハウジング以外のＥＭＩシールドなしで動作できる位置に配置されている、非接触センサと、を備える電気炉。
2. 前記層が供給材料の最上層である、請求項１に記載の炉。
3. 前記少なくとも１つの非接触センサが、検知された距離に関するデータを生成するためのコントローラに接続されている、請求項１および請求項２のいずれか一項に記載の炉。
4. 前記コントローラに接続された複数の前記非接触センサを備え、前記非接触センサの各々が、それぞれの基準点と前記上面上の分散された複数の位置のそれぞれ１つとの間のそれぞれの距離を検知するためのものであり、前記コントローラが、それぞれの検知された前記距離から前記上面に関するプロファイルデータを生成するように動作する、請求項３に記載の炉。
5. 前記送信器と前記受信器とが、前記上面の上側レベルよりも低い高さに位置している、請求項１に記載の炉。
6. 前記送信器と前記受信器とが、前記上面の上側レベルと下側レベルとの間の高さに位置している、請求項１に記載の炉。
7. 前記送信器と前記受信器とが、前記容器の前記少なくとも１つの側壁の外面に隣接して位置している、請求項５および請求項６のいずれか一項に記載の炉。
8. 前記送信器と前記受信器とが、前記容器から離隔して位置している、請求項５および請求項６のいずれか一項に記載の炉。
9. 前記送信器と前記受信器とが、前記上面の上側レベルよりも高い高さに位置している、請求項１に記載の炉。
10. 前記少なくとも１つの非接触センサが、レーザセンサ、自動測深センサ、音響センサ、光学センサ、ミューオン粒子センサ、パルス電磁センサまたは周波数変調電磁センサ、超音波センサ、およびヨーヨーセンサのうちのいずれか１つを含む、請求項１に記載の炉。
11. 前記少なくとも１つの非接触センサが、レーダセンサを含む、請求項１に記載の炉。
12. 前記レーダセンサが、マイクロ波レーダ送受信装置と、前記発射器および前記収集器として働くアンテナと、前記送受信装置を前記アンテナに接続する導波管とを備える、請求項１１に記載の炉。
13. 前記アンテナがホーンアンテナである、請求項１２に記載の炉。
14. 前記屋根に形成された供給ポートに材料供給構成を備え、前記材料供給構成は、供給材料用の入口が頂壁に画定され、供給材料用の出口が底壁に画定されたボックスであって、前記入口が前記出口に対して直線的にオフセットされたボックスを備え、前記発射器と前記収集器とは、前記出口を通る見通し線が得られるように前記出口と一直線上に位置している、請求項１に記載の炉。
15. 少なくとも１つの電極と、
    基部と、少なくとも１つの側壁と、屋根を含む屋根領域とを備え、処理対象の材料を保持する容器であって、前記材料が、上面を有する少なくとも１つの層を含み、前記少なくとも１つの電極が、前記屋根を貫通して該容器内まで延びる、容器と、
    基準点と前記上面上のある位置との間の距離を検知するための少なくとも１つの非接触センサであって、電磁信号送受信装置と、前記屋根領域に前記上面から上方に離隔して位置するアンテナと、前記電磁信号送受信装置と前記アンテナとの間に延びる信号ガイドとを備え、前記送受信装置が、前記容器の外部であって、前記容器と距離とのうちの少なくとも一方が前記容器内の電磁干渉（ＥＭＩ）を前記送受信装置用のメーカー純正ハウジング以外の前記送受信装置用のＥＭＩシールドが不要になる程度にまで減衰させる所定の位置に配置されている、非接触センサと、を備える電気炉。
16. 請求項１５に記載の電気炉の運転方法であって、
    前記送受信装置を前記容器の外部に配置することと、
    前記信号ガイドと、前記容器と前記送受信装置までの距離とのうちの少なくとも一方とを利用して、前記容器内に存在する電磁干渉（ＥＭＩ）を、前記送受信装置において前記送受信装置用のメーカー純正ハウジング以外に前記送受信装置用のＥＭＩシールドが設けられない程度にまで減衰させることと、を含む方法。