1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 29214
(51) H05B 7/06 (2006.01)
F27B 3/28 (2006.01)
F27D 21/00 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2012/1672.1
(22) 26.05.2011
(45) 17.11.2014, бюл. №11
(31) 10164644.6
(32) 01.06.2010
(33) EP
(85) 21.12.2012
(86) PCT/EP2011/058678, 26.05.2011
(72) ДИЕНЕНТАЛЬ, Йорг (DE); МОРГЕНШТЕРН,
Ханс-Уве (DE)
(73) ДАНГО ЭНД ДИЕНЕНТАЛЬ МАШИНЕНБАУ
ГМБХ (DE)
(74) Шабалина Галина Ивановна; Шабалин
Владимир Иванович; Кучаева Ирина Гафиятовна;
Тусупова Меруерт Кырыкбаевна
(56) DE 102004022579 A1, 15.12.2005
DE 1106007 B, 04.05.1961
US 7386369 B1, 10.06.2008
KZ 11120 B, 14.11.2003
(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ
ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ ЭЛЕКТРОДА
(57) Изобретение относится к способу измерения
длины электрода или определения положения
расходуемого поперечного сечения электрода в
электрической печи, в котором измерение
осуществляется радаром таким образом, что
радарное приемопередающее устройство
присоединяется посредством волноводного
соединения к волноводу, который сформирован как
волноводная трубка или волноводный канал,
расположенный на электроде и вытянутый в
направлении расходуемого конца электрода от
верхнего поперечного сечения к расходуемому
поперечному сечению электрода, при этом
измеряется интервал времени между подачей
радарного сигнала и приемом эхо-сигнала,
полученного при отражении радарного сигнала в
точке разрыва волновода в расходуемом
поперечном сечении электрода. Кроме того
изобретение относится к устройству,
предназначенному для осуществления способа.
(19)KZ(13)B(11)29214
2. 29214
2
Данное изобретение относится к способу
измерения длины электрода или определения
положения расходуемого поперечного сечения
электрода в электрической печи, в котором
измерение осуществляется радаром таким образом,
что радарное приемопередающее устройство
присоединяется посредством волноводного
соединения к волноводу, который сформирован как
волноводная трубка или волноводный канал,
расположенный на электроде и вытянутый в
направлении расходуемого конца электрода от
верхнего поперечного сечения к расходуемому
поперечному сечению электрода, при этом
измеряется интервал времени между подачей
радарного сигнала и приемом эхо-сигнала,
полученного при отражении радарного сигнала в
точке разрыва волновода в расходуемом
поперечном сечении электрода. Кроме того
изобретение относится к устройству,
предназначенному для осуществления способа.
В так называемых «электрических печах»,
металл плавится в печном пространстве
посредством термической энергии, выделяемой
электрической дугой, образуемой между электродом
и металлом или расплавом. В данном процессе,
электроды постоянно расходуются, так что для
регулирования желаемого расстояния между концом
электрода, которое определяется расходуемым
поперечным сечением и металлом, подлежащим
плавке, или расплавом, перемещение электрода
осуществляется в направлении, позволяющим
компенсировать его расход.
Для того, чтобы достигнуть постоянных условий
в течение всего процесса плавления, важно
поддерживать упомянутое расстояние настолько
постоянным и определенным, насколько это
возможно, для чего вертикальное перемещение
электрода должно соответствовать, если возможно,
степени расхода электрода. Для этого необходимо
установить длину электрода или относительное
положение расходуемого поперечного сечения
электрода по отношению к поверхности расплава.
Это не зависит от того, расположено ли расходуемое
поперечное сечение электрода над ванной расплава
или погружено в ванну расплава в зависимости от
соответствующего способа плавления.
Для установления длины электрода или
расстояния расходуемого поперечного сечения
электрода от поверхности расплава известны
различные способы. Например, известно из US
4,843,234 определение длины электрода
посредством оптического волновода,
установленного на или в электроде посредством
определения длины электрода как разности длины.
Для достижения удовлетворительной точности, в US
4,843,234 рекомендуется использовать два
отдельных оптических волновода, которые требуют
соответствующую комплексную общую
конструкцию измерительного оборудования. Кроме
того, особые меры требуются в известном способе
для защиты оптического волновода от
экстремальных температур в электрической печи.
ЕР 1 181 841 В1 показывает способ, в котором
расстояние между рабочим торцом электрода и
поверхностью расплава определяется посредством
измерения базовой длины в системе перепуска
электрода. Отдельно от факта того, что определение
позиции рабочего торца электрода или
расходуемого поперечного сечения электрода над
поверхностью расплава достигается независимо от
длины электрода, последующий расчет значения
разности в отношении величины коррекции
необходим для расчета расстояния, где величина
коррекции основана на расходе электрода между
двумя измерениями. Таким образом, способ,
известный из ЕР 1 181 841 В1, не предоставляет ни
измерения длины электрода, ни определения на
месте расстояния между рабочим торцом электрода
и поверхностью расплава.
Таким образом, задачей настоящего изобретения
является разработка способа и устройства, которые
обеспечивают непосредственное измерение длины
электрода и определение положения расходуемого
поперечного сечения электрода с наименьшими
усилиями.
Эта задача решается способом с признаками,
приведенными в п.1 формулы, и применением
устройства с характеристиками, описанными в п.5
формулы.
В способе, в соответствии с изобретением,
измерение исполняется радаром таким образом,
чтобы радарное приемопередающее устройство
было подсоединено посредством волноводного
соединения к волноводу, который расположен на
электроде и простирается в направлении
расходуемой части электрода от верхнего концевого
поперечного сечения электрода до расходуемого
поперечного сечения электрода, при этом
измеряется интервал времени между подачей
радарного сигнала и приемом эхо-сигнала,
полученного при отражении радарного сигнала в
точке разрыва волновода в расходуемом
поперечном сечении электрода.
В соответствии с изобретением способ
обеспечивает непрерывное измерение в ходе работы
электрической печи с помощью волновода,
расположенного на электроде. Так как вследствие
сгорания электрода, конец волновода постоянно
расположен в расходуемом поперечном сечении или
же на уровне расходуемого поперечного сечения в
случае волновода, расположенного за пределами
электродной массы, и этим подтверждается, что
конец волновода может быть принят как точная
базовая величина для определения положения
расходуемого поперечного сечения и таким образом
может быть определена эффективная длина
электрода при известном положении верхнего конца
электрода.
В качестве волновода используется волноводная
трубка, расположенная вдоль электрода снаружи
него, или волноводная трубка, идущая внутри
электрода. Если предполагается выполнение и
размещение волновода внутри электрода, волновод
может быть сформирован в виде канала,
расположенного в пределах электрода в самом
3. 29214
3
электродном материале, при этом названный канал
должен иметь стенку, пригодную для передачи
радарных волн. Конец волновода, который
расположен в пределах или на уровне расходуемого
поперечного сечения, формирует точку разрыва
непрерывности, которая генерирует
соответствующий эхо-сигнал электромагнитных
волн, используемых в качестве радарных волн, при
этом эхо-сигнал регистрируется в приемной части
приемопередающего устройства.
В предпочтительном варианте способа,
волноводное соединение выполнено с
возможностью изменения его длины для того, чтобы
регулировать пространственное расстояние между
радарным приемопередающим устройством,
позиционированным независимо от электрода и
концевым поперечным сечением электрода. В
противоположность случаю, в котором радарное
приемопередающее устройство располагается в
непосредственной близости от концевого
поперечного сечения и, таким образом, волноводное
соединение может быть сформировано как
неизменяемое соединение в его продольном
направлении, реализация волноводного соединения
изменяемым по длине делает необязательным
относительное позиционирование радарного
приемопередающего устройства в отношении
концевого поперечного сечения электрода. Таким
образом, также возможно разместить радарное
приемопередающее устройство за пределами печной
камеры в защищенном месте, в частности, в
отношении термического воздействия, и
использовать волноводное соединение для создания
моста между радарным приемопередающим
устройством, место которого точно определено,
например, по отношению к стенке печи, и концевым
поперечным сечением электрода. В этом случае,
предпочтительно, чтобы устройство волноводного
соединения было выполнено в виде трубки, которая
соответствовала бы по своим размерам и материалу
волноводу.
В частном случае, когда для плавления
материала в электрической печи, используются
электроды Söderberg, имеющие секционное
строение, желательно, чтобы эффективная длина
волновода изменялась, соответствуя наращиванию
электрода на концевом поперечном сечении
электродными частями/секциями для восполнения
потребленной электродной массы в расходуемом
поперечном сечении.
Независимо от того происходит ли передача
радарных волн в волноводе, расположенном внутри
электродной массы или в волноводном канале,
стенки которого формируются электродной массой,
преимущественно применяется промывочный агент
для промывки волновода в ходе работы
электрической печи, так чтобы предотвратить
инфильтрацию материала волновода и
формирование нежелательных точек разрыва
непрерывности в пределах волновода. В частности
подтверждено преимущество создания потока
промывочного газа в волноводе, направленного к
расходуемому поперечному сечению электрода.
Устройство в соответствии с изобретением имеет
радарное приемопередающее устройство,
волноводную трубку, размещенную на электроде, и
средство волноводного соединения для
подсоединения волноводной трубки к радарному
приемопередающему устройству, при этом,
волноводная трубка простирается от концевого
поперечного сечения электрода в направлении
расходуемой части электрода к расходуемому
поперечному сечению электрода.
В предпочтительном воплощении средство
волноводного соединения имеет регулируемую
длину для обеспечения волноводного соединения
между радарным приемопередающим устройством,
позиционируемым независимо от электрода, и
концевым поперечным сечением электрода.
В частности для использования устройства на
электроде Söderberg, предпочтительно, чтобы между
средством волноводного соединения и волноводом
был сформирован волноводный контакт, в котором
верхний осевой конец волновода расположен
аксиально подвижным по отношению к нижнему
осевому концу средства волноводного соединения
для того, чтобы была возможность регулировать
положение верхнего осевого конца электрода,
которое изменяется в результате наращивания
электрода.
В частности предпочтительно, если для
реализации осевой мобильности, волноводный
контакт будет выполнен в виде скользящей муфты,
таким образом, что конец средства волноводного
соединения и конец волноводной трубки будут
сцеплены один с другим. Тем самым достигается
возможность получения изменяемой длины, что
влияет на характеристики передачи радарных волн
между расходуемым поперечным сечением
электрода и радарным приемопередающим
устройством настолько мало, насколько возможно.
Для обеспечения равномерно осуществляемой
передачи радарных волн в волноводе независимо от
отсутствия непрерывности в структуре электродной
массы или для создания воспроизводимых условий
для передачи электромагнитных волн в электроде,
предпочтительно, если волновод формируется
посредством волноводной трубки, предпочтительно
идущей внутри электродной массы.
В частности в случае, если измерение должно
быть выполнено на электроде Söderberg,
предпочтительно, если волноводная трубка состоит
из волноводных сегментов, которые соединены один
с другим посредством как минимум одного
сегментного соединительного устройства.
Отдельные волноводные сегменты могут быть
выбраны по своей длине, так что один волноводный
сегмент был ассоциирован с одной частью/секцией
электрода Söderberg, соответственно.
В случае если волноводная трубка состоит из
волноводных сегментов, предпочтительно, чтобы
сегментное соединительное устройство имело
адаптер поперечного сечения для формирования
постоянного внутреннего диаметра в переходной
области между двумя волноводными сегментами
для избежания разрывов непрерывности в
4. 29214
4
геометрии волноводной трубки, оказывающей
влияние на передачу радарных волн.
В частности предпочтительно, чтобы
волноводная трубка была выполнена из материала,
содержащего существенное количество графита,
который не только обеспечивает хорошую передачу
радарных волн, но также имеет особенно высокую
температурную устойчивость и термостойкость.
В частности для изменения плотности или
проводимости материал волноводной трубки может
содержать помимо графита металлический или
минеральный компонент.
Выполнение волноводной трубки с пропиткой
или покрытием, позволяет предотвратить
просачивание расплавленного электродного
материала, образующегося при сгорании электрода,
в волноводную трубку и, таким образом,
противодействовать ухудшению волноводных
свойств.
Предпочтительный вариант способа поясняется
далее посредством иллюстрирования его
осуществления с использованием
предпочтительного воплощения устройства со
ссылкой на чертежи.
Фиг.1 показывает электрическую печь с
электродом Söderberg в схематическом
изображении;
Фиг.2 показывает укрупненный вид электрода
Söderberg с подсоединенным устройством
измерения длины;
Фиг.3 показывает укрупненную часть электрода
Söderberg, показанного на Фиг.2 со средством
волноводного соединения на концевом поперечном
сечении электрода, и сегментные соединительные
устройства, размещенные между волноводными
сегментами;
Фиг.4 показывает укрупненный вид части
средства волноводного соединения;
Фиг.5 показывает укрупненный вид сегментного
соединительного устройства.
На Фиг.1 представлена электрическая печь 10 с
печным пространством 11, которая содержит ванну
с расплавом 12, заполненную расплавленным
металлом. Над ванной с расплавом 12 расположен
электрод 14, представленный здесь как электрод
Söderberg, который закреплен в устройстве подачи
электрода 13, при этом нижний расходуемый конец
15 электрода погружен в ванну с расплавом 12, так,
что между поверхностью ванны 16 и расходуемым
поперечным сечением 17 формируется нижнее
фронтальное поперечное сечение электрода;
образуется зона плавления t от поверхности
расплава (поверхность ванны 16), эта поверхность
располагается на высоте Н над нижней точкой печи
О. В случае примера реализации, показанного здесь,
электрод 14 имеет концевое поперечное сечение 18,
находящееся над устройством подачи электрода 13.
Между концевым поперечным сечением 18 и
расходуемым поперечным сечением 17,
волноводная трубка 20 вытянута в направлении
(направление расхода 19) непрерывного расхода
электрода 14, происходящего в результате сгорания
электрода. К упомянутой электродной трубке 20
посредством средства волноводного соединения 21
подсоединено радарное приемопередающее
устройство 22, которое в данном случае
стационарно закреплено вне печной камеры 23
электрической печи 10 к внешней стенке 24
электрической печи 10.
Электрод 14, сформированный в данном случае
как электрод Söderberg, состоит из множества
электродных частей 25, каждая из которых имеет
стальное кольцо 26, содержащее графитовую пасту
27 и определяющее внешнюю форму электрода.
Электрод 14 формируется на месте из частей 25 в
ходе работы электрической печи 10, так что новые
части 25 устанавливаются в соответствующем
концевом поперечном сечении 18 верхней части в
количестве, при котором компенсируется расход
частей 25 на расходуемом конце 15 электрода 14.
Поскольку в соответствии со сгоранием электрода
на расходуемом конце 15 электрода 14, происходит
перемещение электрода 14 против направления
расхода 19, положение концевого поперечного
сечения 18 изменяется существенно в области,
соответствующей высоте h части 25, так что
концевое поперечное сечение 18 перемещается на
величину h вверх и вниз.
В процессе перемещения электрода 14, части 25,
которые были заново помещены на концевое
поперечное сечение 18, входят в область полюсных
наконечников 28, через которые электрический ток
поступает в электрод 14; проходящий ток
обеспечивает спекание графитовой пасты 27 и
генерирует электрическую дугу на расходуемом
поперечном сечении 17 электрода 14, которая
приводит к расходу электрода 14.
На Фиг.2 и 3, электрод 14 показан с радарным
приемопередающим устройством 22,
подсоединенным к нему. Как видно из Фиг.2,
величина, измеренная расположенным стационарно,
т.е. независимо от электрода 14, радарным
приемопередающим устройством 22, соответствует
относительной позиции расходуемого поперечного
сечения 17 по отношению к радарному
приемопередающему устройству 22 при условии,
что волноводный конец 29 волноводной трубки 20
позиционируется в плоскости расходуемого
поперечного сечения 17. Если длина l средства
волноводного соединения 21 известна, длина L
электрода или положения расходуемого
поперечного сечения 17 может быть сразу
определена. Если положение расходуемого
поперечного сечения 17 известно, расстояние
плавления t может быть определено самым простым
способом с учетом известного положения
поверхности расплава (поверхность ванны 16) (см.
также Фиг.1).
Фиг.4 показывает переход между средством
волноводного соединения 21, показанного на Фиг.3,
и волноводной трубкой 20 в области концевого
поперечного сечения. Как показывает Фиг.4,
волноводное соединение 29 между средством
волноводного соединения 21 и волноводной
трубкой 20 осуществляется таким образом, чтобы
свободный конец 30 средства волноводного
5. 29214
5
соединения 21 телескопически был вставлен в
соседний свободный конец и таким образом
волноводное соединение 29 реализуется как
скользящая муфта.
Вследствие телескопической длины Т средства
волноводного соединения 21, которое может быть
использовано совместно со скользящей муфтой 29,
расстояние от радарного приемопередающего
устройства 22 до концевого поперечного сечения 18
может быть изменено посредством телескопной
длины Т. Это означает, что если телескопная длина
Т примерно соответствует высоте h части 25
электрода 14, волноводный контакт между
радарным приемопередающим устройством 22 и
концом 31 волноводной трубки 20 в концевом
поперечном сечении 18 электрода 14 может
поддерживаться, несмотря на стационарное
расположение радарного приемопередающего
устройства 22.
Фиг.5 показывает сегментное соединительное
устройство 34, расположенное соответственно, как
показано на Фиг.3, между двумя волноводными
сегментами 32, 33 волноводной трубки 20 для
постоянного соединения волноводных сегментов 32,
33. Как подробно показано на Фиг.5, сегментное
соединительное устройство 34 имеет адаптер
поперечного сечения 35, который формирует
внутренний диаметр d, соответствующий
волноводным сегментам 32, 33. Соединение
адаптера поперечного сечения 35 к волноводному
сегменту 32, 33 соответственно выполняется через
винтовое соединение трубки 36.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ измерения длины электрода (14) или
определения положения расходуемого поперечного
сечения электрода в электрической печи (10), в
котором измерение производят с помощью радара
таким образом, что радарное приемопередающее
устройство (22) присоединяют с помощью
волноводного соединения (21) к волноводу (20),
расположенному на электроде и вытянутому в
направлении расходуемой части (19) электрода от
концевого поперечного сечения (18) электрода к
расходуемому поперечному сечению (17) электрода,
отличающийся тем, что волновод формируют в
виде волноводной трубки или волноводного канала,
измеряют интервал времени между подачей
радарного сигнала и приемом эхо-сигнала,
полученного при отражении радарного сигнала в
точке разрыва волновода в расходуемом
поперечном сечении электрода.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для
регулирования пространственного расстояния
между радарным приемопередающим устройством
(22), позиционированным независимо от электрода
(14), и концевым поперечным сечением (18)
электрода, волноводное соединение (21) выполняют
с возможностью регулирования его длины.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что
эффективную длину волновода (20) изменяют в
соответствии с наращиванием электрода (14)
электродными частями (25), производимом со
стороны концевого поперечного сечения для
восполнения электродной массы, потребленной в
расходуемом поперечном сечении (17).
4. Способ по п.п.1-3, отличающийся тем, что в
процессе работы электрической печи волновод (20)
промывают струей промывочного агента в
направлении расходуемого поперечного сечения
(17).
5. Устройство для измерения длины электрода
(14) или определения положения электрода в
электрической печи (10), включающее радарное
приемопередающее устройство (22), волноводную
трубку (20), размещенную на электроде, и средство
волноводного соединения (21), в котором
волноводная трубка простирается от концевого
поперечного сечения (18) электрода в направлении
расходуемой части (19) электрода к расходуемому
поперечному сечению (17), отличающееся тем, что
средство волноводного соединения обеспечивает
соединение радарного приемопередающего
устройства с концом волноводной трубки на
концевом поперечном сечении электрода.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что
средство волноводного соединения (21) имеет
регулируемую длину для соединения радарного
приемопередающего устройства (22), которое
позиционировано независимо от электрода (14), к
концевому поперечном сечению (18) электрода.
7. Устройство по п.п.5, 6, отличающееся тем,
что между средством волноводного соединения (21)
и волноводом (20) сформирован волноводный
контакт (29), в котором верхний осевой конец
волновода расположен аксиально подвижно по
отношению к нижнему осевому концу средства
волноводного соединения.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что
волноводный контакт (29) выполнен в виде
скользящей муфты, таким образом что конец (30)
средства волноводного соединения (21) и конец (31)
волноводной трубки (20) являются сцепленными
один с другим.
9. Устройство по п.п.5-8, отличающееся тем,
что волноводная трубка (20) состоит из
волноводных сегментов (32, 33), которые соединены
один с другим посредством как минимум одного
сегментного соединительного устройства (34).
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что
сегментное соединительное устройство (34) имеет
адаптер поперечного сечения (35) для
формирования постоянного внутреннего диаметра d
в переходной области между двумя волноводными
сегментами (32, 33).
11. Устройство по п.п.5-10, отличающееся тем,
что волноводная трубка (20) выполнена из
материала, содержащего существенное количество
графита.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что
кроме графита, материал трубки содержит
металлический компонент в существенном
количестве.
13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что
кроме графита, трубный материал содержит
6. 29214
6
минеральный компонент в существенном
количестве.
14. Устройство по п.п.5-13, отличающееся тем,
что волноводная трубка (20) снабжена пропиткой.
15. Устройство по п.п. 5-13, отличающееся тем,
что волноводная трубка (20) выполнена с
покрытием.
