專利名稱：用于調(diào)節(jié)電弧爐一氧化碳排放的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)電弧爐在其運(yùn)行期間的一氧化碳排放的方法和裝置，該電弧爐具有爐缸、用于以固體聲測(cè)量為基礎(chǔ)確定在爐缸的至少三個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度的機(jī)構(gòu)、至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)氧輸入的第一裝置和至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)碳添加到爐缸中的第二
直O(jiān)
背景技術(shù)：
在電弧爐中加工鋼時(shí)，其中爐料被熔化，通常在形成的金屬熔液上面存在泡沫渣。 這由添加碳到爐缸中用于熔液還原以及添加氧到爐缸中用于脫碳而引起。在此可以通過添加煤塊、即幾毫米至幾厘米直徑范圍的塊狀煤實(shí)現(xiàn)碳添加，與爐料一起實(shí)現(xiàn)碳添加或者通過附加地吹入碳到爐缸中的金屬熔液和/或爐渣表面上實(shí)現(xiàn)。所需的碳的一部分經(jīng)常也通過爐料本身加入。所使用的爐料最終在爐缸中熔化并且使可能存在的煤塊在熔化工藝過程中熔解在熔液中。熔解在熔液中的碳作為反應(yīng)組分供噴入到爐缸中的氧氣使用，其中形成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2),它們導(dǎo)致在金屬熔液表面上形成泡沫渣。因?yàn)樵跔t料熔化后大量碳熔解在熔液中，在噴入氧氣時(shí)形成大量泡沫渣，它經(jīng)常超過了有意義的水平。因此通常監(jiān)控在爐缸中產(chǎn)生的泡沫渣的高度。EP O 637 634 Al描述了一種用于在電弧爐中加工金屬熔液的方法，其中通過液位測(cè)量確定泡沫渣的高度。在DE 10 2005 034 409 B3中描述了另一用于確定泡沫渣在電弧爐爐缸中的高度的裝置。在這里以固體聲測(cè)量為基礎(chǔ)確定在爐缸的至少三個(gè)區(qū)域中的泡沫渣的高度。為了以已知的測(cè)量系統(tǒng)為基礎(chǔ)調(diào)節(jié)泡沫渣的高度，已經(jīng)規(guī)定了用于調(diào)節(jié)附加吹入碳和噴入氧氣的量的裝置，它們?cè)谔喟l(fā)泡時(shí)使附加吹入的碳量減小到最少并且匹配氧添加量。已經(jīng)證實(shí)，在電弧爐廢氣中在開始和形成泡沫渣階段期間在一定的時(shí)間間隔上含有過量的一氧化碳，它顯示出一氧化碳峰值或一氧化碳突起并且它可能不滿意地再燃燒。 離開廢氣再燃燒設(shè)備的一氧化碳再通過煙囪進(jìn)入到環(huán)境。一氧化碳含量和在廢氣中的一氧化碳在過去部分地以在電弧爐后面和/或廢氣再燃燒設(shè)備后面的廢氣通道中利用氣體傳感器的測(cè)量為基礎(chǔ)求得。但是由于在測(cè)量地點(diǎn)存在的高廢氣溫度和其顯著的粉塵含量，使這種測(cè)量帶有誤差并且限制了為此使用的測(cè)量裝置的使用壽命。此外由于在廢氣通道中測(cè)量，一氧化碳在爐缸中的生成只能以一定的時(shí)間延遲測(cè)量到，其結(jié)果是延遲的調(diào)節(jié)干預(yù)。這導(dǎo)致短時(shí)間地在廢氣中含有過量一氧化碳，它不能滿意地再燃燒。離開廢氣再燃燒設(shè)備的一氧化碳再通過煙囪進(jìn)入到環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，提供一種方法和裝置，通過它們能夠?qū)崿F(xiàn)一氧化碳含量在電弧爐廢氣中的均勻化。
這個(gè)目的通過一種用于調(diào)節(jié)電弧爐的一氧化碳排放的方法得以實(shí)現(xiàn)，該電弧爐具有爐缸、用于以固體聲測(cè)量為基礎(chǔ)確定在爐缸的至少三個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度的機(jī)構(gòu)、 至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)氧輸入的第一裝置和至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)碳添加到爐缸中的第二裝置，其方法是確定在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度并且配屬于電弧爐廢氣中的一氧化碳含量，并且這樣調(diào)節(jié)在所述至少三個(gè)區(qū)域的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)的碳添加和/或氧輸入，使泡沫渣的高度保持在最大值以下。這個(gè)目的還通過用于調(diào)節(jié)電弧爐的一氧化碳排放的裝置得以實(shí)現(xiàn)，該電弧爐包括爐缸和用于以固體聲測(cè)量為基礎(chǔ)確定在爐缸的至少三個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度的機(jī)構(gòu)，其中所述裝置包括至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)氧輸入到爐缸中的第一裝置、至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)碳添加到爐缸中的第二裝置和至少一個(gè)用于獲得在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度的測(cè)量值的計(jì)算單元，其中所述至少一個(gè)計(jì)算單元還設(shè)置成用于使測(cè)量值配屬于電弧爐廢氣中的一氧化碳含量，將測(cè)量值與泡沫渣的高度的最大值進(jìn)行比較，并且在超過最大值時(shí)輸出至少一個(gè)用于所述至少一個(gè)第一裝置和/或所述至少一個(gè)第二裝置的調(diào)節(jié)信號(hào)。按照本發(fā)明的方法和按照本發(fā)明的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)電弧爐廢氣中一氧化碳含量的均勻化。由于事實(shí)，即在電弧爐中的泡沫渣的高度是所形成的一氧化碳和二氧化碳量的尺度，于是存在這樣的可能性，即泡沫渣的高度的測(cè)量直接用于調(diào)節(jié)電弧爐的一氧化碳排放。 在以固體聲測(cè)量為基礎(chǔ)特別快速且準(zhǔn)確地確定爐缸的至少三個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度以后，特別快速且沒有明顯的時(shí)間延遲地調(diào)節(jié)所述至少一個(gè)第一裝置和/或所述至少一個(gè)第二裝置 O由于在廢氣中達(dá)到的一氧化碳含量均勻化可以完全或幾乎完全地使在廢氣中含有的一氧化碳在廢氣再燃燒設(shè)備中再燃燒，該再燃燒設(shè)備一般后置于電弧爐。通過煙囪排放到環(huán)境的一氧化碳含量降低到到零或幾乎為零或至少?gòu)?qiáng)烈地減小。顯著地降低有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境的負(fù)荷。此外可以減少要加入的碳量和/或要輸入的氧量并且節(jié)省成本。關(guān)于以固體聲測(cè)量為基礎(chǔ)確定在所述至少三個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度方面請(qǐng)參閱DE 10 2005 034 409 B3，在其中詳細(xì)描述了在這里所使用的測(cè)量方法。在此最大值可以在時(shí)間上固定調(diào)整到數(shù)值、經(jīng)過多個(gè)給定的級(jí)或者動(dòng)態(tài)地適配于實(shí)際的狀況。下面給出按照本發(fā)明的方法和按照本發(fā)明的裝置的有利改進(jìn)方案。優(yōu)選還使泡沫渣的高度保持在最小值以上。泡沫渣的最小量保證最佳地加入能量到熔液中并減少熔液表面的熱輻射。因此目前已經(jīng)在達(dá)到泡沫渣的高度的最小值時(shí)，這樣調(diào)節(jié)所述至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)碳添加到爐缸中的第二裝置，使得碳添加最小化。保持泡沫渣的高度的最小值以及最大值導(dǎo)致一氧化碳含量在廢氣中的進(jìn)一步均勻化，并且導(dǎo)致必要時(shí)存在的廢氣再燃燒設(shè)備的有效利用。所述裝置的至少一個(gè)計(jì)算單元尤其設(shè)置成用于，將涉及泡沫渣的高度的測(cè)量值與泡沫渣的高度的最小值進(jìn)行比較，并且在低于最小值時(shí)輸出至少一個(gè)用于所述至少一個(gè)第一裝置和/或所述至少一個(gè)第二裝置的調(diào)節(jié)信號(hào)。優(yōu)選對(duì)電弧爐的至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域配有至少一個(gè)第一裝置，并且對(duì)于所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域獨(dú)立地調(diào)節(jié)氧輸入。由此有針對(duì)性地通過在這個(gè)區(qū)域中的氧輸入最小化相反地控制泡沫渣的局部過度發(fā)泡。而在泡沫渣的高度太低時(shí)提高氧輸入并由此激勵(lì)形成泡沫。作為適合于加入氧到爐缸中的材料已經(jīng)經(jīng)過考驗(yàn)的是純氧氣、空氣、水蒸氣或其組合。作為供氧也可以規(guī)定添加氧化鐵、優(yōu)選以鐵礦石的形式。此外對(duì)所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域配有至少一個(gè)第二裝置，并且對(duì)于所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域獨(dú)立地調(diào)節(jié)碳添加。由此有針對(duì)性地通過在這個(gè)區(qū)域中的碳添加最小化相反地控制泡沫渣的局部過度泡沫。而在泡沫渣的高度太低時(shí)提高碳添加并由此激勵(lì)形成泡沫。在此優(yōu)選脈沖地實(shí)現(xiàn)碳添加。在此作為適合于利用吹入到爐缸中添加碳的材料已經(jīng)經(jīng)過考驗(yàn)的是不同的碳、焦炭、木材、碳化鐵、直接還原鐵、熱成型鐵、礦石、過濾粉塵、氧化皮、干燥的和破碎的漿料、造渣劑如石灰、石灰石、白云石、氟石和類似物質(zhì)，其中以破碎的形式或以粉末實(shí)現(xiàn)添加。在此特別優(yōu)選對(duì)于爐缸的每個(gè)確定的區(qū)域分別使用至少一個(gè)第一裝置和至少一個(gè)第二裝置，用于可以盡可能快速且動(dòng)態(tài)地影響形成泡沫渣。優(yōu)選利用外推法預(yù)測(cè)泡沫渣的高度在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的變化和/或在所述至少三個(gè)區(qū)域上平均。由區(qū)域的泡沫渣的高度的隨時(shí)間的變化可以提前反作用于過多或太少的泡沫，同時(shí)以最佳的能量添加可靠地保證在電弧爐廢氣中的一氧化碳含量的均勻化。顯著減小在檢測(cè)到爐缸中太低或太高的泡沫渣狀態(tài)與調(diào)節(jié)干預(yù)之間的延遲時(shí)間，并且實(shí)現(xiàn)面向過程的影響。優(yōu)選所述裝置的至少一個(gè)計(jì)算單元設(shè)置用于，借助于泡沫渣的高度的測(cè)量值執(zhí)行外推法，用于預(yù)測(cè)泡沫渣的高度在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的變化，和/或在所述至少三個(gè)區(qū)域上平均。備選或組合地預(yù)測(cè)泡沫渣的高度在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的變化和/ 或在所述至少三個(gè)區(qū)域上平均，并且借助于在廢氣中測(cè)到的一氧化碳含量使泡沫渣的高度的測(cè)量值與一氧化碳含量相關(guān)聯(lián)。備選或與此組合地可以預(yù)測(cè)泡沫渣的高度在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的變化和/或在所述至少三個(gè)區(qū)域上平均，并且借助于反應(yīng)模型使泡沫渣的高度的測(cè)量值與一氧化碳含量相關(guān)聯(lián)，該反應(yīng)模型寄存在所述至少一個(gè)計(jì)算單元上。在此該反應(yīng)模型優(yōu)選以用于形成廢氣的理論計(jì)算為基礎(chǔ)，其優(yōu)選與針對(duì)電弧爐和/或要熔化的材料和/或所使用的熔化程序的形成廢氣的經(jīng)驗(yàn)值相結(jié)合寄存、在建立反應(yīng)模型時(shí)優(yōu)選考慮熔液成分、 熔液溫度、產(chǎn)生的廢氣量、形成泡沫渣的地點(diǎn)和量等。尤其有利的是，反應(yīng)模型總是可以在電弧爐運(yùn)行中借助于測(cè)量值和設(shè)備參數(shù)優(yōu)化，其由至少一個(gè)計(jì)算單元優(yōu)選自動(dòng)地獲得，必要時(shí)還可以由操作人員手動(dòng)地通過輸入單元補(bǔ)充。優(yōu)選使用至少一個(gè)模糊控制器，尤其是神經(jīng)模糊控制器，用于調(diào)節(jié)所述至少一個(gè)第一裝置和/或所述至少一個(gè)第二裝置。模糊控制器是系統(tǒng)，它們屬于特征曲線族控制器類別，它們對(duì)應(yīng)于模糊邏輯理論。在每個(gè)調(diào)節(jié)步驟中執(zhí)行三個(gè)分步驟模糊化、推理、最后解模糊。單個(gè)輸入和輸出稱為語言變量，其分別配有模糊量。在此這種模糊控制器例如可以調(diào)用寄存在計(jì)算單元上的上述的反應(yīng)模型。以泡沫渣的高度的不同的最小值和最大值為基礎(chǔ)，可以在不同的熔化過程階段中、尤其在形成泡沫渣的階段中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)。泡沫渣階段表征在所有金屬組成部分在爐室中熔化以后的時(shí)間段，在該時(shí)間段中執(zhí)行熔液還原和/或脫碳。在本方法的優(yōu)選改進(jìn)方案中測(cè)量廢氣中的實(shí)際的一氧化碳含量并且與廢氣中的理論一氧化碳含量進(jìn)行比較。在此這種理論一氧化碳含量尤其表征在廢氣中由后置于電弧爐的廢氣再燃燒設(shè)備最佳可再燃燒的一氧化碳量。為了盡可能連續(xù)地達(dá)到這個(gè)理論一氧化碳含量，已經(jīng)證實(shí)有利的是，動(dòng)態(tài)地相應(yīng)地改變或匹配最大值。這能夠最佳地利用廢氣再燃燒設(shè)備的能力。所述裝置的至少一個(gè)計(jì)算單元尤其設(shè)置成用于，將在廢氣中實(shí)際測(cè)到的一氧化碳含量與寄存在所述至少一個(gè)計(jì)算單元上的理論一氧化碳含量進(jìn)行比較，并且為了達(dá)到理論一氧化碳含量動(dòng)態(tài)地改變所述最大值。由此可以修正預(yù)先調(diào)整的最大值并且動(dòng)態(tài)地適配于實(shí)際的或變化的設(shè)備狀況。通過基于法律規(guī)定的一氧化碳允許的極限值可以修正所述最大值。在此尤其這樣選擇最大值，使利用后置于電弧爐的廢氣再燃燒設(shè)備再燃燒的廢氣單位時(shí)間排放到環(huán)境的最大一氧化碳剩余量位于允許的極限值以下。在本方法的另一優(yōu)選改進(jìn)方案中，在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度配屬于電弧爐廢氣中的一氧化碳含量以后，借助于配屬的一氧化碳含量調(diào)節(jié)后置于電弧爐的廢氣再燃燒設(shè)備的運(yùn)行。在此例如通過調(diào)節(jié)新鮮空氣風(fēng)機(jī)和/或氣體閥的輸送量可以這樣影響噴入到廢氣燃燒設(shè)備中的氧氣量，使得在電弧爐后面廢氣中一氧化碳含量較高時(shí)，提供相應(yīng)較高的氧量給其再燃燒。所述裝置的至少一個(gè)計(jì)算單元優(yōu)選設(shè)置成用于，在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度配屬于電弧爐廢氣中的一氧化碳含量以后，借助于配屬的一氧化碳含量調(diào)節(jié)后置于電弧爐的廢氣燃燒設(shè)備的運(yùn)行。


圖1至5要示例地解釋本發(fā)明。附圖中
圖1示出在電弧爐中熔化過程的最終階段中的方法過程一覽圖， 圖2示出按照?qǐng)D1的在電弧爐中熔化過程的最終階段中的方法過程與按照本發(fā)明的方法過程在最終階段中的比較，
圖3簡(jiǎn)示出具有按照本發(fā)明裝置的電弧爐， 圖4簡(jiǎn)示出按照?qǐng)D3的電弧爐爐缸的截面圖，
圖5示出具有與沒有按照本發(fā)明調(diào)節(jié)時(shí)廢氣中的一氧化碳含量COabg和泡沫渣的高度 HS的對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出在電弧爐中熔化過程的最終階段中的方法過程一覽圖。X軸給出自開始熔化過程的時(shí)間t，單位秒，而在Y軸上以Hm1表示電弧爐爐缸的傾翻角α、爐缸的三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域的泡沫渣的高度HSp HS2, HS3以及爐缸的三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的碳添加量EC1、EC2、&3。在此以A表示爐料熔化階段的結(jié)束和泡沫渣階段的開始，以B表示泡沫渣階段的平均范圍并且以C表示泡沫渣階段在快要澆鑄熔液前的最終階段。
利用固體聲測(cè)量確定在電弧爐1的爐缸Ia的三個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度HSi、HS2、 HS30爐缸Ia的每個(gè)區(qū)域存在用于調(diào)節(jié)氧輸入到爐缸中的第一裝置50a、50b、50c和用于調(diào)節(jié)碳添加^3。2、^到爐缸中的第二裝置60￡1、6013、60(3 (參見圖3)。在階段A至C分別標(biāo)出在爐缸中泡沫渣的高度的最大值WmaxA，WmaxB、Wmax。以及最小值WminA、WminB、WmM。在階段A至C迄今不足夠地調(diào)節(jié)電弧爐1的一氧化碳排放C0al3g。泡沫渣的高度HSp HS2, HS3尤其在階段A中超過最小值WminA，并且在繼續(xù)時(shí)也超過最大值WmaxA， 并且導(dǎo)致超過在廢氣中所期望的一氧化碳含量或理論一氧化碳含量的值COmax (見COabg曲線中的陰影面積)。但是在階段B和C中也會(huì)超過在廢氣中所期望的一氧化碳含量或理論一氧化碳含量的值C0max。后置于電弧爐1的廢氣再燃燒設(shè)備70不能充分再燃燒產(chǎn)生的大量一氧化碳，由此在廢氣中保留不期望的一氧化碳量并且進(jìn)入到環(huán)境。在此最大值WmaxA、WmaxB、Wmax。可以通過再燃燒的通過煙囪排到環(huán)境的中的廢氣中的一氧化碳的允許的極限值來修正。圖2示出在熔化工藝的最終階段中按照?qǐng)D1的方法過程與按照本發(fā)明的方法過程之間的比較。在三個(gè)階段A、B、C中重新示出按照?qǐng)D1的泡沫渣的平均高度HSpHSytB3W 曲線并且示出從屬的在廢氣COabg中一氧化碳含量的變化(見COabg曲線中的點(diǎn)劃線)。此外現(xiàn)在示出一條曲線，它示出按照本發(fā)明在調(diào)節(jié)氧輸入和碳添加&i、Ec2, Ec3時(shí)平均的泡沫渣的高度H。pt。在此對(duì)于爐缸Ia的所有三個(gè)區(qū)域不再超過在階段A、B、C中泡沫渣的高度的最大值WmaxA、WmaxB、Wfflaxco由此在泡沫渣的高度按照曲線H。pt變化時(shí)形成一氧化碳含量在廢氣COabg中變化(見COabg曲線中的粗線)，它總是位于數(shù)值COmax以下。在階段 A中和階段B與C之間的過渡部位中，電弧爐的一氧化碳排放下降，不再超過數(shù)值C0max。電弧爐的CO排量現(xiàn)在處在平均水平并且可以由一般后置于電弧爐的廢氣再燃燒設(shè)備均勻地燃燒。圖3示出電弧爐1，具有爐缸la，在其中導(dǎo)引多個(gè)電極3a、3b、3c，它們通過電流輸入裝置與電源裝置12耦聯(lián)。該電源裝置12優(yōu)選具有爐變壓器。借助于三個(gè)電極3a、3b、3c 的其中至少一個(gè)電極在電弧爐1中熔化填料、如爐料和其它添加劑。在電弧爐1中產(chǎn)生鋼時(shí)形成爐渣或泡沫渣15 (見圖4)，由此利用在所述至少一個(gè)電極3a、3b、3c上形成的電弧 18 (見圖4)改善能量加入到熔液中。在按照?qǐng)D3所示的實(shí)施例中在電極3a、3b、3c的電流輸入裝置上設(shè)有傳感器和調(diào)節(jié)裝置13a、13b、13c，借助于它們可以測(cè)量并調(diào)節(jié)電流和/或電壓或輸送到電極3a、3b、3c 的能量。傳感器和/或調(diào)節(jié)裝置13a、i;3b、13C優(yōu)選時(shí)間分辨地獲得電流信號(hào)和/或電壓信號(hào)。傳感器和調(diào)節(jié)裝置13a、13b、13c與計(jì)算單元8、例如通過由電纜構(gòu)成的信號(hào)導(dǎo)線14a、 14b、Hc耦聯(lián)。其它信號(hào)導(dǎo)線14d、He、14f用于使傳感器和調(diào)節(jié)裝置13a、13b、13c與調(diào)節(jié)裝置9連接，調(diào)節(jié)裝置由計(jì)算單元8得到調(diào)節(jié)命令。在爐缸Ia的壁體2上、即在爐缸Ia的外界面上，為了測(cè)量振動(dòng)設(shè)置固體聲傳感器如、仙、如。固體聲傳感器^、4b、k可以間接和/或直接與爐缸Ia或與爐缸Ia的壁體2 連接。固體聲傳感器^、4b、k優(yōu)選設(shè)置在電弧爐1的壁體2的與電極3a、3b、3c對(duì)置的側(cè)面上。固體聲傳感器如、仙、如在這里優(yōu)選由加速度傳感器構(gòu)成并且定位在泡沫渣15以上 (見圖4)。固體聲傳感器^、4b、k同樣與計(jì)算單元8連接。由固體聲傳感器^、4b、k傳遞到計(jì)算單元8上的測(cè)量值或信號(hào)通過受保護(hù)的導(dǎo)線fe、5b、5c導(dǎo)引到光學(xué)裝置6并且從這個(gè)裝置至少部分地在計(jì)算單元8方向上通過光波導(dǎo)體7傳導(dǎo)。信號(hào)導(dǎo)線fe、5b、5c優(yōu)選防熱、防電磁場(chǎng)、防機(jī)械負(fù)荷和/或其它負(fù)荷地導(dǎo)引。光學(xué)裝置6用于放大和/或轉(zhuǎn)換固體聲傳感器^、4b、k的信號(hào)并且優(yōu)選比較靠近電弧爐1設(shè)置。在光學(xué)裝置6中將固體聲傳感器^、4b、k的測(cè)量值或信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并且通過光波導(dǎo)體7無干擾地通過相對(duì)較長(zhǎng)的距離、例如50至200m傳遞到計(jì)算單元8。爐缸Ia的每個(gè)區(qū)域在這里設(shè)有用于調(diào)節(jié)氧輸入到爐缸Ia中的第一裝置50a、50b、 50c和用于碳添加&i、Ec2, Ec3 (參見圖1和2)到爐缸Ia中的第二裝置60a、60b、60c，它們利用計(jì)算單元8和調(diào)節(jié)裝置9按照本發(fā)明這樣控制，使得在爐缸Ia的所有三個(gè)區(qū)域或三個(gè)區(qū)域的平均值中不超過在階段A、B、C中(參見圖2)泡沫渣15高度的最大值WmaxA、WmaxB、 WmaxC。此外這樣實(shí)現(xiàn)控制，使得在爐缸Ia的所有三個(gè)區(qū)域或三個(gè)區(qū)域的平均值中不低于在階段A、B、C中(參見圖2)泡沫渣15高度的最小值WminA、WminB、Wmin。，由此保證最佳的能量添加到電弧爐1中。在計(jì)算單元8中檢測(cè)并分析固體聲傳感器^、4b、k和傳感器和調(diào)節(jié)裝置13a、 13b、13c的測(cè)量值或信號(hào)，用于求得爐缸Ia中的泡沫渣15高度(見圖4)。由固體聲傳感器 4a.4b.4c獲得的測(cè)量值或信號(hào)與泡沫渣15的高度相關(guān)聯(lián)，其中時(shí)間分辨率可在約1至2秒的范圍內(nèi)。在計(jì)算單元8中，表明在爐缸Ia每個(gè)區(qū)域內(nèi)泡沫渣15的高度的測(cè)量值或信號(hào)配屬于電弧爐1的廢氣中的從屬的一氧化碳含量。從屬的一氧化碳含量在計(jì)算單元8中與廢氣中的一氧化碳數(shù)值COmax進(jìn)行比較，它相當(dāng)于所期望的一氧化碳量或理論一氧化碳量， 并且在需要情況下相應(yīng)地修正碳添加和/或氧輸入。必要時(shí)也可以通過改變?nèi)垡簻囟群? 或成分實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充地干預(yù)。利用第一裝置50a、50b、50c和/或第二裝置60a、60b、60c也根據(jù)配屬的一氧化碳
含量尤其這樣調(diào)節(jié)在爐缸Ia的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)的碳添加和/或氧輸入，使泡沫渣的高度保持在平均值或者在各區(qū)域中保持在最大值WmaxA、WmaxB、Wfflaxc以下并超過最小值WminA、WminB、 Wminc。計(jì)算單元8以實(shí)際計(jì)算的和/或提前計(jì)算的在爐缸Ia每個(gè)區(qū)域上或在區(qū)域上平均的泡沫渣的高度為基礎(chǔ)給出至少一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)或調(diào)節(jié)命令到調(diào)節(jié)裝置9。該調(diào)節(jié)裝置9按照計(jì)算單元8的命令、必要時(shí)還以自身的計(jì)算為基礎(chǔ)除了調(diào)節(jié)碳添加和/或氧輸入以外還可能調(diào)節(jié)其它物質(zhì)到爐缸Ia的輸入以及通過電極3a、3b、3c輸入能量。調(diào)節(jié)裝置9優(yōu)選包括模糊控制器?？蛇x地，電弧爐1后置廢氣再燃燒設(shè)備70，它再燃燒從弧爐1通過廢氣管道71到達(dá)的廢氣并接著通過煙囪72排到環(huán)境。這種廢氣再燃燒設(shè)備70可以通過控制導(dǎo)線73由調(diào)節(jié)裝置9調(diào)節(jié)，它優(yōu)選由計(jì)算單元8得到相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號(hào)。圖4以簡(jiǎn)化圖示出在電弧爐1的爐缸Ia中的其中一個(gè)電極北連同電弧18。在爐缸Ia的壁體2上設(shè)置固體聲傳感器4b，它與信號(hào)導(dǎo)線恥連接，借助于它使信號(hào)傳遞到計(jì)算單元8 (見圖3)。在圖4中以爐缸Ia的橫截面圖簡(jiǎn)示出熔液池16和泡沫渣15。泡沫渣15的高度 HS可以在計(jì)算單元8中借助于固體聲在電弧爐1中的傳遞函數(shù)確定。傳遞函數(shù)表征在圖4 中簡(jiǎn)示出固體聲從激勵(lì)直到檢測(cè)位置的傳遞路徑17。通過在電弧18中功率輸入到電極北上激勵(lì)固體聲。固體聲、即通過激勵(lì)引起的振動(dòng)通過熔液池16和/或通過至少部分地覆蓋熔液池16的泡沫渣15傳遞到爐缸Ia的壁體2上。固體聲傳遞也可以附加地、至少部分地通過在電弧爐1還未熔化的填料中實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算單元8中測(cè)量值或信號(hào)的分析可以借助于來自電弧爐1運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)值連續(xù)地優(yōu)化。在運(yùn)行中在線地檢測(cè)、分析信號(hào)并且確定泡沫渣的高度，由此使確定的泡沫渣的高度在電弧爐1中用于自動(dòng)地調(diào)節(jié)電弧爐1的一氧化碳排放。通過快速且直接檢測(cè)爐缸Ia中的泡沫渣的高度實(shí)現(xiàn)更好地工藝監(jiān)控和調(diào)節(jié)，它目前保證在電弧爐廢氣中的一氧化碳含量的均勻化并且必要時(shí)保證最佳地再燃燒一氧化碳。圖5示出在電弧爐的熔化工藝的泡沫渣階段中，具有與沒有按照本發(fā)明的調(diào)節(jié)， 在廢氣中的一氧化碳含量COabg和泡沫渣的高度HS在時(shí)間t上的對(duì)比圖。沒有從屬的泡沫渣的高度HS調(diào)節(jié)到最大值，使廢氣中的一氧化碳含量COabg超過數(shù)值C0max。在調(diào)節(jié)泡沫渣的高度11民時(shí)這樣進(jìn)行，使得不超過最大值，廢氣中的一氧化碳含量COal3g不再超過所期望的數(shù)值COmax，并且使廢氣中的一氧化碳含量均勻化或者保持在盡可能不變的水平上。在此圖1至5僅僅示出示例，它們?cè)谧兓娜垡撼绦?、電弧爐等時(shí)可能是完全不同的。但是專業(yè)人員以本發(fā)明的知識(shí)能容易地在必要時(shí)在執(zhí)行很少的嘗試以后，也對(duì)于不同構(gòu)成的或配備的電弧爐以固體聲測(cè)量為基礎(chǔ)，借助于確定在爐缸的至少三個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度調(diào)節(jié)一氧化碳排放。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)電弧爐(1)的一氧化碳排放的方法，該電弧爐具有爐缸(la)、用于以固體聲測(cè)量為基礎(chǔ)確定在爐缸(Ia)的至少三個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣(15)的高度的機(jī)構(gòu)、至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)氧輸入的第一裝置(50a，50b，50c)和至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)碳添加到爐缸(Ia) 中的第二裝置(60a，60b，60c)，其中確定在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣 (15)的高度并且配屬于電弧爐(1)的廢氣中的一氧化碳含量，其中這樣調(diào)節(jié)在所述至少三個(gè)區(qū)域的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)的碳添加和/或氧輸入，使泡沫渣(15)的高度保持在最大值以下。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中還使泡沫渣(15)的高度保持在最小值以上。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域配有至少一個(gè)第一裝置(50a，50b, 50c),并且所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域獨(dú)立地調(diào)節(jié)氧輸入。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域配有至少一個(gè)第二裝置(60a，60b, 60c),并且所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域獨(dú)立地調(diào)節(jié)碳添加。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中利用外推法預(yù)測(cè)泡沫渣(15)的高度在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的變化和/或在所述至少三個(gè)區(qū)域上平均。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中預(yù)測(cè)泡沫渣(15)的高度在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的變化和/或在所述至少三個(gè)區(qū)域上平均，并且借助于在廢氣中測(cè)到的一氧化碳含量，使泡沫渣(15)的高度的測(cè)量值與一氧化碳含量相關(guān)聯(lián)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中預(yù)測(cè)泡沫渣(15)的高度在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的變化和/或在所述至少三個(gè)區(qū)域上平均，并且借助于反應(yīng)模型使泡沫渣(15)的高度的測(cè)量值與廢氣中的一氧化碳含量相關(guān)聯(lián)，該反應(yīng)模型寄存在至少一個(gè)計(jì)算單元(8)中。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用至少一個(gè)模糊控制器，用于調(diào)節(jié)所述至少一個(gè)第一裝置(50a，50b，50c)和/或所述至少一個(gè)第二裝置(60a，60b，60c)。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中測(cè)量廢氣中的實(shí)際的一氧化碳含量并且與理論一氧化碳含量進(jìn)行比較，并且通過動(dòng)態(tài)地改變所述最大值，致力于達(dá)到理論一氧化碳含量。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過一氧化碳的允許的極限值修正所述最大值。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣(15)的高度配屬于電弧爐(1)的廢氣中的一氧化碳含量以后，借助于配屬的一氧化碳含量調(diào)節(jié)后置于電弧爐(1)的廢氣再燃燒設(shè)備(70)。
12.用于調(diào)節(jié)電弧爐(1)的一氧化碳排放的裝置，該電弧爐包括爐缸(Ia)和用于以固體聲測(cè)量為基礎(chǔ)確定在爐缸(Ia)的至少三個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣(15)的高度的機(jī)構(gòu)，其中所述裝置包括至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)氧輸入到爐缸(Ia)中的第一裝置(50a，50b，50c)、至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)碳添加到爐缸(la)中的第二裝置(60a，60b, 60c)和至少一個(gè)用于獲得在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣(15)的高度的測(cè)量值的計(jì)算單元(8)，其中所述至少一個(gè)計(jì)算單元(8)還設(shè)置成用于使測(cè)量值配屬于電弧爐(1)的廢氣中的一氧化碳含量，將測(cè)量值與泡沫渣(15)的高度的最大值進(jìn)行比較，并且在超過最大值時(shí)輸出至少一個(gè)用于至少所述至少一個(gè)第一裝置(50a, 50b，50c )和/或所述至少一個(gè)第二裝置(60a, 60b，60c )的調(diào)節(jié)信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述至少一個(gè)計(jì)算單元(8)還設(shè)置成用于使測(cè)量值與泡沫渣(15)的高度的最小值進(jìn)行比較，并且在低于最小值時(shí)輸出至少一個(gè)用于所述至少一個(gè)第一裝置(50a，50b, 50c)和/或所述至少一個(gè)第二裝置(60a，60b，60c)的調(diào)節(jié)信號(hào)。
14.如權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域配有至少一個(gè)第一裝置(50a，50b, 50c),并且所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域能獨(dú)立調(diào)節(jié)氧輸入。
15.如權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域配有至少一個(gè)第二裝置(60a，60b，60c)，并且所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域能獨(dú)立調(diào)節(jié)碳添加。
16.如權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述至少一個(gè)計(jì)算單元(8)設(shè)置成用于，借助于測(cè)量值執(zhí)行外推法，用于預(yù)測(cè)泡沫渣(15)的高度在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的變化，和/或在所述至少三個(gè)區(qū)域上平均。
17.如權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的裝置，其中為了預(yù)測(cè)泡沫渣(15)的高度變化并且為了使泡沫渣(15)的高度的測(cè)量值與廢氣中的一氧化碳含量相關(guān)聯(lián)，在所述至少一個(gè)計(jì)算單元(8)上寄存在廢氣中測(cè)到的一氧化碳含量。
18.如權(quán)利要求12至15或17中任一項(xiàng)所述的裝置，其中在所述至少一個(gè)計(jì)算單元(8) 上寄存反應(yīng)模型，用于預(yù)測(cè)泡沫渣(15)的高度變化并且用于使泡沫渣(15)的高度的測(cè)量值與廢氣中的一氧化碳含量相關(guān)聯(lián)。
19.如權(quán)利要求12至18中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述裝置包括至少一個(gè)模糊控制器。
20.如權(quán)利要求12至19中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述至少一個(gè)計(jì)算單元(8)設(shè)置成用于，將在廢氣中實(shí)際測(cè)到的一氧化碳含量與在所述至少一個(gè)計(jì)算單元(8)上寄存的理論一氧化碳含量進(jìn)行比較，并且利用動(dòng)態(tài)地改變所述最大值來達(dá)到理論一氧化碳含量。
21.如權(quán)利要求12至20中任一項(xiàng)所述的裝置，其中通過一氧化碳的允許的極限值修正所述最大值。
22.如權(quán)利要求12至21中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述至少一個(gè)計(jì)算單元(8)設(shè)置成用于，在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度配屬于電弧爐(1)的廢氣中的一氧化碳含量以后，借助于配屬的一氧化碳含量調(diào)節(jié)后置于電弧爐(1)的廢氣燃燒設(shè)備 (70)的運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)電弧爐的一氧化碳排放的方法和裝置，該電弧爐具有爐缸、用于以固體聲測(cè)量為基礎(chǔ)確定在爐缸的至少三個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度的機(jī)構(gòu)、至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)氧輸入的第一裝置和至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)碳添加到爐缸中的第二裝置。確定在所述至少三個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的泡沫渣的高度并且配屬于電弧爐廢氣中的一氧化碳含量，其中這樣調(diào)節(jié)在所述至少三個(gè)區(qū)域的至少一個(gè)區(qū)域內(nèi)的碳添加和/或氧輸入，使泡沫渣的高度保持在最大值以下。
文檔編號(hào)F27D19/00GK102308173SQ200980156078
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者里格爾 D., 馬楚拉特 T. 申請(qǐng)人:西門子公司