TW202523001A

TW202523001A - 金屬原料的高度輪廓製作裝置、電爐設備的控制裝置及電爐設備

Info

Publication number: TW202523001A
Application number: TW113138114A
Authority: TW
Inventors: 菅澤敏明
Original assignee: 日商鋼鐵普藍特克股份有限公司
Priority date: 2023-11-17
Filing date: 2024-10-07
Publication date: 2025-06-01
Also published as: WO2025105022A1; JP2025082458A

Abstract

一種金屬原料的高度輪廓製作裝置，包括：二維以上的測距雷達，包括用於熔化該金屬原料的熔化室，和從上方插入到該熔化室的電極，在透過從該電極產生的電弧來熔化裝填到該熔化室內的該金屬原料的電爐設備中，設置在該電爐設備內能夠測量該金屬原料的頂面位置處；以及計算部，基於該測距雷達測量到的該頂面位置的資料來計算該金屬原料的高度輪廓。

Description

金屬原料的高度輪廓製作裝置、電爐設備的控制裝置及電爐設備

本發明是有關一種在使用電弧熔化金屬原料的電爐設備中測量熔化室或預熱室內的金屬原料的高度的裝置，以及用於基於此測量的結果來控制電爐設備的裝置以及電爐設備。

專利文獻1揭示了一種使用ITV（Industrial Television）攝影機觀察金屬原料的熔化狀態以便確定在使用電弧熔化金屬原料的電爐設備中金屬原料的燒穿的方法。此外，專利文獻2揭示了一種使用微波物位計或微波開關來測量電爐設備的預熱室中所填充的金屬原料的物位（高度）的方法。

[專利文獻] 專利文獻1：特開平7-286218號公報專利文獻2：特開2004-250724號公報

在熔化金屬原料的電爐設備的熔化室和預熱室中會不斷產生火焰、煙霧和粉塵。因此，在使用可見光或紅外光的光學觀察中，例如使用ITV攝影機來觀察，由於可見光和紅外光被火焰、煙霧、粉塵等遮掩，故有時很難掌控金屬原料的熔化狀態。

另一方面，當測量對像是熔融金屬、爐渣、粒度均勻的金屬原料等時，微波物位計或微波開關可以接收良好的反射波，並且可以進行精確的測量。然而，例如，如果待測物是具有多種形狀和表面的鐵屑，則存在由於反射波的多次反射而導致誤檢測的可能性，並且反射波的強度可能會減弱，因此很難進行穩定且準確的測量。

本發明是有鑑於上述問題而發明之，其目的在於透過簡單的構造以高精度地製作出金屬原料的高度輪廓。

達成上述目的的本發明是一種金屬原料的高度輪廓製作裝置，包括有：二維以上的測距雷達，包括用於熔化該金屬原料的熔化室，和從上方插入到該熔化室的電極，在透過從該電極產生的電弧來熔化裝填到該熔化室內的該金屬原料的電爐設備中，設置在該電爐設備內能夠測量待測物的位置；以及計算部，基於該測距雷達測量到的該待測物的資料來計算該金屬原料的高度輪廓。

本發明的其他特徵將從本說明書的描述和附圖中變得顯而易見。

根據本發明，能夠以簡單的構造高精度地製作出金屬原料的高度輪廓。

根據以下描述的說明書和附圖，至少讓以下事項將變得清楚。

揭示有一種金屬原料的高度輪廓製作裝置，其特徵包括有：二維以上的測距雷達，包括用於熔化該金屬原料的熔化室和從上方插入到該熔化室的電極，在透過從該電極產生的電弧來熔化裝填到該熔化室內的該金屬原料的電爐設備中，設置在該電爐設備內能夠測量待測物的位置；及計算部，基於該測距雷達測量到的該待測物的資料來計算該金屬原料的高度輪廓。

根據這樣的金屬原料的高度輪廓製作裝置，能夠以簡單的構造高精度地製作金屬原料的高度輪廓。

這樣的金屬原料的高度輪廓製作裝置，其中，該測距雷達為頻率連續調變雷達，該計算部之構造是基於使用該待測物的速度資訊從該待測物的資料中扣除粉塵和飛濺物中的至少一種的測量資料而獲得的資料，來計算該金屬原料的高度輪廓。

這樣的金屬原料的高度輪廓製作裝置，其中，該測距雷達設置在該熔化室的內側頂部，並且構成為能夠測量該熔化室內的該待測物。

這樣的金屬原料的高度輪廓製作裝置，其中，該電爐設備還包括與該熔化室直接連接設置的用於預熱該金屬原料之預熱室，該測距雷達設置在該預熱室的內側頂部，並構成為能夠對該預熱室內的該待測物進行測量。

這樣的金屬原料的高度輪廓製作裝置，其中，較佳地該電爐設備還包括與該熔化室直接連接設置的用於預熱該金屬原料之預熱室，該測距雷達設置在該熔化室的內側頂部及該預熱室的內側頂部，並構成為能夠對該熔化室內和該預熱室內的該待測物進行測量。

揭示有一種電爐設備的控制裝置，其特徵包括：上述之金屬原料的高度輪廓製作裝置；及控制部，根據由該金屬原料的高度輪廓製作裝置製作的該熔化室內的該金屬原料的高度輪廓，構成為控制將該金屬原料供應至該熔化室的供給時間和供給量和投入至該熔化室的能量的量之中的至少其中之一。

根據這樣的電爐設備的控制裝置，能夠提高電爐設備的熱效率，且能夠提高生產率。

揭示有一種電爐設備的控制裝置，其特徵包括：上述之金屬原料的高度輪廓製作裝置；及控制部，根據由該金屬原料的高度輪廓製作裝置製作的該預熱室內的該金屬原料的高度輪廓，構成為控制將該金屬原料從該預熱室供給到該熔化室的供給時間和供給量。

揭示有一種電爐設備的控制裝置，其特徵包括：上述之金屬原料的高度輪廓製作裝置；及控制部，根據第一輪廓，由該金屬原料的高度輪廓製作裝置製作的該熔化室內的該金屬原料的高度輪廓；和第二輪廓，為該預熱室內的該金屬原料的高度輪廓，構成為控制將投入到該熔化室的能量的量和將該金屬原料從該預熱室往該熔化室供給的供給時間和供給量之中的至少其中之一。

揭示有一種電爐設備，其特徵包括用於熔化金屬原料的熔化室和從上方插入到該熔化室的電極，在透過從該電極產生的電弧來熔化裝填到該熔化室內的該金屬原料，其中，包含有上述的控制裝置。

根據這樣的電爐設備，可獲得熱效率高、生產率高的電爐設備。

（第一實施例）圖1為設置有本發明的第一實施例的高度輪廓製作裝置20的電爐設備100的說明圖。圖2為包括測量熔化室18內部的測距雷達30的水冷噴槍31的詳細說明圖。

＜方向等的定義＞以下，如圖1和圖2所示，將垂直方向稱為「上下方向」，將垂直朝上的方向簡稱為「上方向」，並將垂直朝下的方向簡稱為「下方向」。「上下方向」有時被稱為「高度方向」。此外，水平方向可以被稱為「橫方向」或「寬度方向」。

除非另有說明，上述方向等的定義對於本說明書的其他實施例也是通用的。

＜電爐設備100的概述＞電爐設備100是在電爐中用以熔化金屬原料1的設備。在本實施例中，在電爐設備100中熔化的金屬原料1例如是鐵屑。然而，在電爐設備100中熔化的金屬原料1不限於鐵屑，並且可以包括直接還原鐵（DRI：Direct reduced iron）、熱壓鐵（HBI：Hot Briquetted Iron）、冷生鐵（型鐵）、鋁等。在以下的說明中，有時將金屬原料1熔化而得到的熔融狀態的金屬稱為「熔融金屬」。

在電爐設備100中所用的電弧爐中，是透過對設置在電爐設備100中的電極14（後述）通電，如圖1所示，從電極14產生電弧4。然後，金屬原料1被從電極14產生的電弧4的熱（電弧熱）加熱並熔化，並且產生熔融金屬。另外，金屬原料1也透過浸入到熔融金屬2而熔化。

本實施例的電爐設備100所使用的電爐為連續裝料式電爐。然而，電爐設備100中使用的電爐不限於連續裝料式電爐，而是可以是後述第二實施例的分批裝料式電爐，或者任何其他裝料方法。連續裝料式電爐和分批裝料式電爐的細節將在後面描述。

電爐設備100包括有熔化設備110和料斗15。

＜熔化設備110＞熔化設備110是電爐的主要設備，金屬原料1被裝填入其中並且利用電弧熱來熔化金屬原料1。如圖1所示，金屬原料1在熔化設備110中被加熱並熔化，並且形成熔融金屬2和爐渣3。熔融金屬2依需求進行脫碳等精煉，熔湯從未圖示的熔湯出口流出。在排出熔融金屬2之前排出爐渣3。該注意的是在裝填到熔化設備110中的金屬原料1中，尚未熔化的成分作為未熔化的金屬原料1殘留在熔化設備110中。

熔化設備110包括：熔化室18、預熱室19、電極14、電源裝置23和擠壓裝置21。

・熔化室18 熔化室18是用於熔化金屬原料1的熔化設備110的一部分。熔化室18與預熱室19直接連接，如圖1所示，在預熱室19中預熱的金屬原料1經由擠壓裝置21被擠壓到熔化室18中。在熔化室18的上方設置有爐灶蓋16。爐灶蓋16具有插入電極14的開口、以及插入包括有測距雷達30（後述）的水冷噴槍31的開口。爐灶蓋16具有用於開閉供水冷噴槍31（後述）插入的開口的開閉器22（未繪示於圖1，參照圖2）。開閉器22可以透過未圖示的驅動裝置往橫方向移動。由此，能夠使插入水冷噴槍31的開口成為打開狀態和關閉狀態。當形成在爐灶蓋16中的開口處於打開狀態時，水冷噴槍31（測距雷達30）穿過此開口插入並且配置成測量熔化室18內的待測物。

熔化室18的外殼由鐵製成，並具有構成作為熔融金屬2的積存部分的內襯。內襯由耐火材料製成，並且可以積存熔化金屬原料1而獲得的熔融金屬2。熔化室18之中不與熔融金屬接觸的頂側部分可以配置有具有未圖示的水冷結構的水冷面板。水冷面板例如由複數個塊狀水冷箱構成。

除了上述構造之外，熔化室18還可以包括：燃燒器、氧氣吹槍和碳質材料吹槍中的至少一種。燃燒器、氧氣吹槍和碳質材料吹槍可被設置為傾斜地穿透熔化室18的外殼並且可沿對角方向在熔化室18內移動。燃燒器透過燃料氣體的燃燒熱來促進金屬原料1的熔化。從氧氣噴槍往熔化室18內吹入脫碳用的氧氣。此外，由碳材料吹槍將焦炭、木炭、煤、木炭、石墨等碳材料吹入到熔化室18中，透過燃燒熱促進金屬原料1的熔化並使熔融金屬2滲碳。此時，使用空氣、氮氣等作為輸送碳質材料的氣體。

・預熱室19 預熱室19是熔化設備110的一部分，用於在金屬原料1於熔化室18中熔化之前用高溫廢氣預熱金屬原料1。預熱室19，如圖1所示，與熔化室18直接連接，金屬原料1從料斗15裝填到預熱室19。預熱室19的頂部設有蓋子17。蓋子17可以透過未圖示的驅動裝置來進行上下移動和/或旋轉之至少一者。由此，能夠使預熱室19的頂部成為打開狀態和關閉狀態。當預熱室19的頂部處於打開狀態（亦即圖1所示的狀態）時，可以從料斗15裝填金屬原料1。

廢氣管（未圖示）連接到預熱室19的頂部，用於將熔化室18中所產生的廢氣排放到外部。由此，熔化室18中產生的廢氣對預熱室19中的金屬原料1進行預熱，然後從廢氣管排出。此時，透過將預熱室19的頂部保持在關閉狀態，可以有效地預熱金屬原料1，而廢氣的熱量不會從預熱室19的頂部散失。

・電極14 電極14是用以產生電弧4的電極（電弧電極）。電極14透過形成在爐灶蓋6中的開口從爐灶蓋16上方插入到熔化室18中。電極14是石墨電極。由於本實施例的電爐是直流電弧爐，因此圖1示出了一個電極14。在像本實施例這樣的直流電弧爐的情況下，一個電極14位於熔化室18而另一電極（未圖示）位於熔化室18的底部。然而，本發明既適用於交流電弧爐又適用於直流電弧爐，當電爐設備100中使用的電爐是三相交流電弧爐時，三個電極14插入到熔化室18的底部。

在本實施例中，透過從電源裝置23施加直流電壓來對電極14進行通電。由此，在電極14與金屬原料1或熔融金屬2（爐渣3）之間產生電弧，並能透過電弧熱（亦即，產生熔融金屬2）來加熱並熔化金屬原料1。

・電源裝置23 電源裝置23是用於向電極14施加電壓的裝置。如上所述，本實施例的電爐設備100所使用的電爐為直流電弧爐，電源裝置23向電極14施加直流電壓。電源裝置23具有測量施加到電極14的電壓和電流的電量測量裝置。電量測量裝置包括有電壓計和電流計。由於電源裝置23具有電量測量裝置，因此電源裝置23被構成為能夠測量施加到電極14的電壓和電流的各自數值，並可以將測量到的電壓、電流、電力等各種電量輸出到外部裝置（在此為後述的控制裝置10）。

・擠壓裝置21 擠壓裝置21是用於將金屬原料1從預熱室19擠壓到熔化室18的裝置。擠壓裝置21，如圖1所示，設置在預熱室19的底部。金屬原料1在預熱室19中預熱，直到被擠壓裝置21擠壓到熔化室18中。

・其他此外，熔化設備110設置有傾斜機構（未圖示），傾斜機構在流出熔融金屬2或排出爐渣3時讓熔化設備110傾斜。

＜料斗15＞料斗15是用於將金屬原料1輸送至預熱室19的頂部並裝填到熔化設備110內（具體而言，預熱室19內）的裝置。當預熱室19的頂部處於打開狀態（蓋子17打開）時，從預熱室19的頂部裝填金屬原料1，如圖1所示。具體而言，如圖1所示，使料斗15傾斜並將料斗15內的金屬原料1裝填到預熱室19。在圖1中，傾斜的料斗15的位置以虛線表示。

＜高度輪廓製作裝置20＞如圖1所示，本實施例的電爐設備100包括具有高度輪廓製作裝置20的控制裝置10。

高度輪廓製作裝置20是用以產生電爐設備100內的金屬原料1的高度輪廓的裝置。本實施例中的高度輪廓製作裝置20具有包括後述的測距雷達30的簡單構造，可以精確地測量熔化室18和預熱室19中的空餘空間的體積，且能以高精度地製作金屬原料1的高度輪廓。

如上所述，本實施例的電爐設備100所使用的電爐是連續裝料式電爐。在連續裝料式電爐中，金屬原料1經由預熱室19連續裝填到熔化室18中。首先，將金屬原料1從料斗15裝填到預熱室19內。在圖1中，以虛線表示此時的金屬原料1的頂部位置。金屬原料1裝填後，蓋上預熱室19頂部的蓋子17形成關閉狀態，使金屬原料1熔化，並利用在熔化室18中產生的廢氣對預熱室19中的金屬原料1進行預熱。

根據熔化室18中金屬原料1熔化的進展，透過設置在預熱室19底部的擠壓裝置21將金屬原料1以週期性從預熱室19擠壓至熔化室18。預熱室19中的金屬原料1向下方移動為被擠壓到熔化室18的金屬原料1的量。在圖1中，以實線表示此時的金屬原料1的頂部位置。當預熱室19的頂部一旦可追加裝填金屬原料1的空間達到一定程度時，預熱室19頂部的蓋子17處於打開狀態，並將追加的金屬原料1從料斗15裝填到預熱室19內。

於此，為了提高在預熱室19中對金屬原料1進行預熱的效率，一旦可追加裝填金屬原料1的空間達到一定程度時，最好盡快追加裝填金屬原料1。換言之，期望盡可能準確地確定能夠追加裝填金屬原料1的時間。如果追加裝填金屬原料1的時間太早，則金屬原料1可能會從預熱室19的頂部滲出（即所謂的溢出），使得無法關閉預熱室19頂部的蓋子17，甚至會增加熔化設備110內的熱損失。此外，為了應對蓋子17無法關閉的情況，操作者的工作時間可能也會增加。

因此，在電爐設備100中，準確掌握預熱室19中的空餘空間的體積是重要的。雖然可以根據預熱室19中的金屬原料1的一點處的高度資訊在一定程度上估計預熱室19中的空餘空間的體積，但是，如果能夠高精度地製作金屬原料1的高度輪廓，則能夠更高精度地計算該體積。於此，「金屬原料1的高度輪廓」是電爐設備100中的金屬原料1的頂面上的多點的高度位置資訊。

另一方面，在電爐設備100的熔化室18和預熱室19中，在熔化金屬原料1的過程中，不斷會產生火焰、煙霧和粉塵。由於可見光和紅外光被火焰、煙霧和粉塵遮掩，因此在使用ITV攝影機的光學來觀察金屬原料1的熔化狀態時，亦即難以掌握預熱室19中的空餘空間的體積。此外，即使利用LiDAR（Light Detection and Ranging）等的雷射進行測量，由於雷射光被火焰、煙霧或粉塵遮掩，因此也可能無法進行精確測量。

另外，微波物位計和微波開關受到在熔化室和預熱室所產生的火焰、煙霧、飛濺物（熔融金屬飛沫等）、粉塵等中之小煙霧的影響較小，但是較大的飛濺物和粉塵則影響較大，這將導致誤檢測並導致測量結果中包含雜訊。此外，微波物位計和微波開關只能執行一維測量，並且難以使用單一微波物位計或單一微波開關來製作金屬原料的高度輪廓。因此，需要安裝複數個微波物位計和微波開關，存在著這些安裝的限制和費用高的問題。

首先，熔化室18和預熱室19中的金屬原料1的表面（頂面）的形狀在水平方向上不是平坦而是多樣化的，例如，通常具有凹凸和傾斜的部分。因此，在製作金屬原料1的高度輪廓時，對於只能進行一維測量的微波物位計和微波開關，由於受到多次反射的影響，很難獲得充分有用的測量結果，並且無法進行高精度的測量。因此，在製作金屬原料1的高度輪廓時，不是進行一維測量，而是進行二維以上的多點測量。由此，可以獲得金屬原料1的更準確的高度輪廓資訊。

於此，一維測量是指測量到待測物的一點的距離，二維測量是指測量到待測物的線上（包含測距雷達30的位置（點）的平面與待測物的表面的交線上）的多點距離，三維測量是指測量待測物表面上的多點距離。

＜測距雷達30＞測距雷達30是能夠進行二維以上的多點測量的多點測距雷達。使用毫米波雷達作為本實施例的測距雷達30。結果，可以穿透火焰和煙霧，並且還可以獲得大約200mm或更小的距離精度。此外，可以極小化縮暴露在高溫火焰和煙霧較多的環境中的天線部分（如圖2所示的測距雷達30）的面積（寬度方向面積）。

具體而言，測距雷達30例如使用79GHz頻帶的毫米波雷達。在本實施例中，測距雷達30的天線部分的面積形成為50mm見方，並且使用MIMO型（多重輸入多重輸出：Multiple-Input Multiple-Output）的FMCW（調頻連續波：Frequency-modulated continuous-wave）雷達，以便在不使用機械驅動裝置的情況下獲得高方位分辨率。然而，可以使用的雷達並不限於此，只要其能夠進行二維以上的多點測量即可，並且例如可以具備有機械驅動裝置。此外，在本實施例中，測距雷達30被容置在水冷式防塵殼體（未圖示）中，以免受高溫環境的影響。如圖2所示，測距雷達30的蓋體部33由陶瓷或耐熱玻璃製成，其可傳輸電波並容易去除由於熔化室18內產生的飛濺物而產生的沉積物。該注意的是當測距雷達30（水冷噴槍31）位於熔化室18或預熱室19的外部時，透過用於剝離沉積物的機構（未圖示）來清潔蓋體部33。由此，能夠抑制沉積物對電波的屏蔽。

測距雷達30配置在熔化設備110的上方向側，這是可以測量電爐設備100中的待測物的位置。具體而言，測距雷達30（水冷噴槍31）設置在熔化室18上側的爐灶蓋16上（如圖1所示）。由此，測距雷達30可以測量熔化室18內的大範圍的待測物。測距雷達30在橫方向上安裝在熔化室18和預熱室19的中間，並測量金屬原料1的頂面位置。此外，如圖1所示，在預熱室19的上側且靠近預熱室19的蓋子17處設置有兩個測距雷達30。由此，測距雷達30能夠對預熱室19中的大範圍的待測物進行測量。

測距雷達30的數量和位置不限於圖1所示的形式。例如，高度輪廓製作裝置20可以僅具有設置在熔化室18中的測距雷達30，或者可以僅具有設置在預熱室19中的測距雷達30。測距雷達30可以設置在電爐設備100內能夠測量待測物的位置。

為了抑制由熔化室18中產生的飛濺物引起的沉積物附著到具備有測距雷達30的水冷噴槍31的前端，設置在熔化室18中的水冷噴槍31（測距雷達30）可以週期性地短暫插入到熔化室18中以進行測量。水冷噴槍31（測距雷達30）可以位於熔化室18的外部，具體而言在不進行測量時位於熔化室18的爐灶蓋16的上方。此外，透過在上下方向改變水冷噴槍31（測距雷達30）的位置的同時多次測量金屬原料1的頂面位置，能夠提高所製作的金屬原料1的高度輪廓的精度。

本實施例的測距雷達30，如圖2所示，被容置於可在高度方向上移動的水冷噴槍31中。另外，水冷噴槍31安裝於靠近熔化室18的上側（具體而言，形成於爐灶蓋16的開口）。水冷噴槍31透過使冷卻水在設置在於內部的冷卻水管路32循環，即使在高溫熔化室18中也能夠保護測距雷達30。

測距雷達30向待測物發射電波，並透過方位分解反射波來測量到多點距離。另外，測距雷達30是頻率連續調變雷達，不僅能測量待測物的距離，還能測量待測物的速度。由此，不僅可以測量靜止狀態的金屬原料1，還可以測量漂浮的粉塵和噴濺的飛濺物。也就是說，測距雷達30的測量物不限於金屬原料1，還包括粉塵、飛濺物等，並且是電爐設備100內的物體。

如上所述，熔化室18和預熱室19中的金屬原料1的表面形狀各式各樣。因此，作為多點測距雷達的測距雷達30的測量結果被輸出為具有複數個反射強的峰值的點群。另外，對於毫米波無法穿透的大尺寸的漂浮粉塵，利用作為多點測距雷達的測距雷達30的都普勒雷達功能來檢測速度分量，並可透過對所獲得的點群進行時間平均處理，將漂浮粉塵與靜止的金屬原料1分離。

此外，當透過擠壓裝置21將金屬原料1從預熱室19推出至熔化室18時，由於預熱室19中的金屬原料1的頂面位置向下移動，因此能夠區分來自金屬原料1的頂面位置的反射和來自預熱室19的內壁的反射。

＜取得部11＞取得部11是取得測距雷達30測量的待測物的資料的部分。另外，取得部11也可以從電爐設備100的各種裝置（例如上述的電源裝置23、料斗15、擠壓裝置21等）取得資料。然而，如果計算部12具有取得部11的功能，則可以省略取得部11。

＜計算部12＞計算部12是基於由取得部11所獲得的資料（亦即，由測距雷達30測量到的待測物的資料）計算金屬原料1的高度輪廓的部分。用於計算金屬原料1的高度輪廓的過程的示例將在控制步驟（後述）的示例的說明中描述。

＜＜包括高度輪廓製作裝置20的控制裝置10＞＞控制裝置10基於由高度輪廓製作裝置20生成的金屬原料1的高度輪廓來控制電爐設備100，能夠提高電爐設備100的熱效率，並能夠提高生產率。具體而言，可以判定追加裝填金屬原料1的適當時間。此外，可以評估金屬原料1在熔化室18中的進度和均勻熔化性，並且可以優化投入到電爐設備100的電力和燃燒能量的控制。

以下，將針對具備這樣的高度輪廓製作裝置20的控制裝置10的詳細情況進行說明。

控制裝置10是用來控制電爐設備100（具體而言，電爐設備100的各種裝置，例如上述的電源裝置23、料斗15、擠壓裝置21等）的裝置。控制裝置10可以具有將控制裝置10中的各種處理的結果（例如，金屬原料1的高度輪廓）顯示在圖1所示的操作員終端90的顯示裝置上的功能。然而，控制裝置10也可以將控制裝置10中的各種處理的結果顯示在操作員終端90的顯示裝置以外的裝置上。

控制裝置10包括：測距雷達30、取得部11、計算部12以及控制部13。該注意的是由測距雷達30、取得部11和計算部12構成金屬原料1的高度輪廓製作裝置20。然而，如後述所言，若計算部12具有取得部11的功能且控制裝置10不具有取得部11之情況下，則測距雷達30和計算部12構成金屬原料1的高度輪廓製作裝置20。

＜控制部13＞控制部13是基於由金屬原料1的高度輪廓製作裝置20所製作的金屬原料1的高度輪廓向電爐設備100傳送控制命令的部分。於此，本發明中的金屬原料1的高度輪廓是熔化室18中的金屬原料1的高度輪廓和預熱室19中的金屬原料1的高度輪廓中的至少一種。在本實施例的高度輪廓製作裝置20中，測距雷達30設置在熔化室18內部的頂部和預熱室19內側的頂部，由於其被構成為使得可以測量熔化室18中的待測物和預熱室19中的待測物，所以可製作熔化室18中的金屬原料1的高度輪廓和預熱室19中的金屬原料1的高度輪廓。

控制部13基於熔化室中金屬原料1的高度輪廓，至少控制將金屬原料1供應到熔化室18的供給時間和供給量以及投入到熔化室18中的能量的量其中之一。控制部13例如可以向料斗15傳送控制命令，以便控制將金屬原料1供應到熔化室18中的供給時間和供給量。此外，控制部13可以向電源裝置23傳送控制命令，例如，以便控制投入到熔化室18中的能量的量。

控制部13基於預熱室19中的金屬原料1的高度輪廓，控制金屬原料1供給到熔化室18的供給時間和供給量以及金屬原料1從預熱室19供給到熔化室18的時間和供應量。控制部13例如可以向擠壓裝置21傳送控制指令，以控制金屬原料1從預熱室19向熔化室18的供給時間和供給量。

此外，控制部13基於熔化室18內的金屬原料1的高度輪廓（以下有時稱為「第一輪廓」）和預熱室19中的金屬原料1的高度輪廓（以下有時稱為「第二輪廓」），可以控制將金屬原料1供給到熔化室18的供給時間和供給量、投入到熔化室18的能量的量、以及將金屬原料1從預熱室19供給到熔化室18的供給時間和供給量中的至少任意一者。

＜控制裝置10的構造＞控制裝置10可以透過各種硬體和軟體（未圖示）之間的協作來執行控制裝置10中的各種處理。控制裝置10例如是伺服器等電腦，具備有CPU、記憶體、記憶裝置等。記憶裝置記憶有與控制裝置10執行的各種處理相關的程式和各種資料。

例如，計算部12中的各種處理（後述之金屬原料1的高度輪廓製作處理和電爐設備100的控制處理）是透過上述計算部12將記憶在記憶裝置中的程式讀入到記憶體並執行該程式來實現的。另外，控制裝置10也可以具備複數部電腦。控制裝置10中的各種處理可以透過經由網際網路的複數部電腦的協作來執行。

圖3為預熱室19中的測距雷達30的測量結果的一示例圖。縱軸的深度是以測距雷達30的設定位置（測距雷達30的底面）為基準（零點）的深度。

在圖3所示的測量結果中，輸出點群A和點群B。點群A是靠近金屬原料1的點群，並且可以被評價為位於用於計算金屬原料1的高度輪廓的頂面位置的點群。點群B是遠離金屬原料1的點群，並且可以被評價為由漂浮粉塵的反射波引起的點群。點群B可以由計算部12選擇並移除，因為其速度不為零（亦即移動）且其位置會根據測量時間而變化。另外，符號W所示的實線表示預熱室19的側壁。計算部12根據測距雷達30的測量結果計算預熱室19中的空餘空間的體積，當預熱室19中的空餘空間變得大於待追加裝填的金屬原料1的體積時，控制部13向料斗15輸出裝料指令。

圖4為根據預熱室19中的金屬原料1的高度輪廓（第二輪廓）來控制根據本發明的電爐設備100的步驟之示例的流程圖。

首先，取得部11取得設置在預熱室19中的測距雷達30的測量結果（S001）。

在控制裝置10中，當擠壓裝置21擠壓金屬原料1時，亦即，當擠壓裝置21正在操作時（S002中為「YES」），計算部12透過選擇速度為預定值以上的資料來選擇具有向下方向的速度的資料（S003）。此外，透過驗證和校正資料（S004），可以計算出關於金屬原料1的頂面位置的高度輪廓。

在控制裝置10中，當擠壓裝置21沒有擠壓金屬原料1時，亦即，當擠壓裝置21停止時（S002中為「NO」），計算部12透過去除速度超過閾值的資料來選擇速度為預定值以下的資料（S005）。此外，透過對每個網格的資料進行時間平均，去除較大的粉塵和飛濺物的錯誤訊號（S006和S007）。由此，能夠計算出與靜止的金屬原料1的頂面位置相關的高度輪廓。控制部13在操作員終端90的顯示裝置上顯示金屬原料1的高度輪廓（S008）。

計算部12根據關於金屬原料1的頂面位置的高度輪廓來計算預熱室19中的空餘空間（亦即，預熱室19頂部的空間體積）（S009），控制部13將此體積與料斗中的金屬原料1的體積進行比較。如果預熱室19中的空餘空間大於料斗中金屬原料1的體積，則控制部13確定可以裝填金屬原料1（S010中為「YES」），並將裝料指令傳送至料斗15（S011）。如果預熱室19中的空餘空間小於料斗中的金屬原料1的體積，則控制部13確定不能裝填金屬原料1（S010中為「NO」) ，並等待直到可以裝填金屬原料1。

上述控制步驟是基於預熱室19中金屬原料1的高度輪廓來控制電爐設備100的過程的示例，但簡要描述用於基於熔化室18中的金屬原料1的高度輪廓（第一輪廓）的控制過程的示例。首先，計算部12計算關於熔化室18中的金屬原料1的頂面位置的高度輪廓。與上述S005至S007同樣地，可以透過選擇速度為低於預定值的資料並去除速度大幅偏離所有資料的資料來去除諸如熔化室18中的飛濺物之類的錯誤信號。由此，能夠高精度地形成熔化室18中的金屬原料1的高度輪廓。基於此高度輪廓，當熔化室18中剩餘的未熔化的金屬原料1的體積為閾值以下時，控制部13向擠壓裝置21傳送擠壓指令。另外，當擠出量過大時（當未熔化的金屬原料1的體積超過閾值時），控制部13向擠壓裝置21傳送擠壓停止命令，使得擠壓裝置21不會過度擠壓金屬原料1。由此，能夠抑制因熔化室18內的金屬原料1而導致的電極14的破損。

（第二實施例）圖5為設置本發明的第二實施例的高度輪廓製作裝置20A的電爐設備100A的說明圖。

上述第一實施例的電爐設備100所使用的電爐是連續裝料式電爐。然而，電爐設備中使用的電爐可能有其他裝料方式。本實施例的電爐設備100A所使用的電爐為分批裝料式電爐。

在電爐設備100A的熔化設備110A中，透過料罐15A輸送金屬原料1，並透過旋轉並打開熔化室18頂部的爐灶蓋16將金屬原料1從上方裝填到熔化室18內。關閉爐灶蓋16後，使三個電極14沿著上下方向移動，在電極14的前端產生電弧4，透過電弧熱使金屬原料1熔化。此外，可以在使用燃燒器（未圖示）或氧氣吹槍（未圖示）投入燃燒能量的同時來熔化金屬原料1。

在本實施例的高度輪廓製作裝置20A中，測距雷達30A沿橫方向安裝在每個電極14和熔化室18的爐壁之間，並測量金屬原料1的頂面位置。由於在熔化室18內會產生由電弧射流或氧氣射流引起的飛濺物，因此為了防止由熔化室18內產生的飛濺物所引起的沉積物附著在具備有測距雷達30A的水冷噴槍31的前端上，測距雷達30A可以週期性地短時間裝入以執行測量。此外，測距雷達30A可以設置有用於在位於熔化室18外部時剝離沉積物的機構（未圖示）。另外，測距雷達30A可以透過在改變上下方向的位置的同時多次測量金屬原料1的頂面位置來提高待製作的金屬原料1的高度輪廓的精度（如圖5所示）。

如圖5所示，熔化室18中的金屬原料1從以每個電極14為中心從爐心部開始熔化並崩落，從而降低金屬原料1的頂面位置。因此，三個電極14之間的熔化進度可能有差異。

所以，在本實施例的高度輪廓製作裝置20A中，測距雷達30A安裝在三個電極14中的每一個與熔化室18的爐壁之間。換句話說，安裝了與三個電極14中的每一個相對應的三個測距雷達30A。然而，在圖5中，為了方便說明，僅繪製了兩個測距雷達30A。基於由三個測距雷達30A中的每一個所測量到的金屬原料1的頂面位置的資料，在對應於三個電極14中的每一個的位置處製作金屬原料1的高度輪廓，透過比較三種金屬原料1的高度輪廓，可以評估熔化過程的均勻性。

於此，本實施例的控制裝置10A的取得部11，如圖5所示，取得與三個電極14中的每一個對應的測距雷達30A的金屬原料1的頂面位置的資料。然後，計算部12比較由三個測距雷達30A中的每一個測量的位置處的測量結果，此外，計算部12透過去除諸如飛濺物資料或速度超過閾值的資料等資料來製作靜止中的金屬原料1的高度輪廓。根據金屬原料1的這些高度輪廓，可以掌握金屬原料1從的電極14到熔化室18的爐壁的橫方向的高度。

控制部13會比較金屬原料1從電極14到熔化室18的爐壁的橫方向高度，電源裝置23透過降低正在進行熔化中的電極14的功率或電壓並提高正在延遲熔化的電極14的功率或電壓來發送改善三個電極14之間的熔化平衡的指令。另外，計算部12對與三個電極14分別對應的金屬原料1的高度輪廓進行整合，並計算出電爐設備100A整體的金屬原料1的熔化率。然後，隨著熔化室18中的金屬原料1的熔化，當熔化室18中的空餘空間變成料罐15A中的金屬原料1的體積以上時，將裝料指令傳送到料罐15A以將金屬原料1裝填到熔化室18中。

本實施例的高度輪廓製作裝置20A具有包括上述測距雷達30A的簡單的構造，能夠高精度地測量熔化室18內的空餘空間的體積，並能夠高精度地製作金屬原料1的高度輪廓。另外，控制裝置10A是基於由高度輪廓製作裝置20A產生的金屬原料1的高度輪廓來控制電爐設備100A，由此可以提高電爐設備100A中的熱效率並提高生產率。

（其他）以上，利用實施例對本發明進行了說明，但本發明並不限定於這些型態的構造。本發明的範圍是基於所附的專利請求範圍的描述來決定，在該範圍內，本發明包括對實施例所示的構成要素的一部分進行省略、變更、此等改良後的所有構造。

1:金屬原料 2:熔融金屬 3:爐渣 4:電弧 10、10A:控制裝置 11:取得部 12:計算部 13:控制部 14:電極 15:料斗 15A:料罐 16:爐灶蓋 17:蓋子 18:熔化室 19:預熱室 20、20A:高度輪廓製作裝置 21:擠壓裝置 22:開閉器 23:電源裝置 30、30A:測距雷達 31:水冷噴槍 32:冷卻水管路 33:蓋體部 90:操作員終端 100、100A:電爐設備 110、110A:熔化設備 S001~S011:步驟

圖1為設置有本發明的第一實施例的高度輪廓製作裝置20的電爐設備100的說明圖。圖2為包括測量熔化室18內部的測距雷達30的水冷噴槍31的詳細說明圖。圖3為預熱室19中的測距雷達30的測量結果的一示例圖。圖4為本發明的電爐設備100的控制步驟的一示例的流程圖。圖5為設置本發明的第二實施例的高度輪廓製作裝置20A的電爐設備100A的說明圖。

1:金屬原料

2:熔融金屬

3:爐渣

4:電弧

10:控制裝置

11:取得部

12:計算部

13:控制部

14:電極

15:料斗

16:爐灶蓋

17:蓋子

18:熔化室

19:預熱室

20:高度輪廓製作裝置

21:推擠裝置

23:電源裝置

30:測距雷達

31:水冷噴槍

90:操作員終端

100:電爐設備

110:熔化設備

Claims

一種金屬原料的高度輪廓製作裝置，包括：二維以上的測距雷達，包括用於熔化該金屬原料的熔化室，和從上方插入到該熔化室的電極，在透過從該電極產生的電弧來熔化裝填到該熔化室內的該金屬原料的電爐設備中，設置在該電爐設備內能夠測量待測物的位置；及計算部，基於該測距雷達測量到的該待測物的資料來計算該金屬原料的高度輪廓。
如請求項1所述之金屬原料的高度輪廓製作裝置，其中，該測距雷達為頻率連續調變雷達，該計算部之構造是基於使用該待測物的速度資訊從該待測物的資料中扣除粉塵和飛濺物中的至少一種的測量資料而獲得的資料，來計算該金屬原料的高度輪廓。
如請求項1或2所述之金屬原料的高度輪廓製作裝置，其中，該測距雷達設置在該熔化室的內側頂部，並構成為能夠測量該熔化室內的該待測物。
如請求項1或2所述之金屬原料的高度輪廓製作裝置，其中，該電爐設備還包括與該熔化室直接連接設置的用於預熱該金屬原料之預熱室，該測距雷達設置在該預熱室的內側頂部，並構成為能夠對該預熱室內的該待測物進行測量。
如請求項1或2所述之金屬原料的高度輪廓製作裝置，其中，該電爐設備還包括與該熔化室直接連接設置的用於預熱該金屬原料之預熱室，該測距雷達設置在該熔化室的內側頂部及該預熱室的內側頂部，並構成為能夠對該熔化室內和該預熱室內的該待測物進行測量。
一種電爐設備的控制裝置，包括：請求項3所述之金屬原料的高度輪廓製作裝置；及控制部，根據由該金屬原料的高度輪廓製作裝置製作的該熔化室內的該金屬原料的高度輪廓，構成為控制將該金屬原料供應至該熔化室的供給時間和供給量和投入至該熔化室的能量的量之中的至少其中之一。
一種電爐設備的控制裝置，包括：請求項4所述之金屬原料的高度輪廓製作裝置；及控制部，根據由該金屬原料的高度輪廓製作裝置製作的該預熱室內的該金屬原料的高度輪廓，構成為控制將該金屬原料從該預熱室供給到該熔化室的供給時間和供給量。
一種電爐設備的控制裝置，包括：請求項5所述之金屬原料的高度輪廓製作裝置；及控制部，根據第一輪廓，由該金屬原料的高度輪廓製作裝置製作的該熔化室內的該金屬原料的高度輪廓，和第二輪廓，為該預熱室內的該金屬原料的高度輪廓，構成為控制將投入到該熔化室的能量的量和將該金屬原料從該預熱室往該熔化室供給的供給時間和供給量之中的至少其中之一。
一種電爐設備，包括用於熔化金屬原料的熔化室和從上方插入到該熔化室的電極，在透過從該電極產生的電弧來熔化裝填到該熔化室內的該金屬原料，其中，包含有請求項6所述之控制裝置。
一種電爐設備，包括用於熔化金屬原料的熔化室和從上方插入到該熔化室的電極，在透過從該電極產生的電弧來熔化裝填到該熔化室內的該金屬原料，其中，包含有請求項7所述之控制裝置。
一種電爐設備，包括用於熔化金屬原料的熔化室和從上方插入到該熔化室的電極，在透過從該電極產生的電弧來熔化裝填到該熔化室內的該金屬原料，其中，包含有請求項8所述之控制裝置。