專利名稱：用于在電極上進行長度測量的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于測量電極的長度或者確定電極消耗橫截面在電爐中的位置的方法，其中借助于雷達進行測量，使得借助于波導連接裝置將雷達發射/接收裝置連接到設置在電極上的、在電極的消耗方向上從電極的末端橫截面延伸至電極的消耗橫截面的波導上，所述波導構成為波導管或者波導通道，并且測量在發射雷達信號和接收由波導的在電極的消耗橫截面中的非連續部位通過反射產生的回波之間的時間差。此外，本發明涉及一種用于執行該方法的設備。
背景技術：
在所謂的“電爐”中，在爐容器中借助由于在電極和金屬或者熔融物之間的電弧的形成而變得自由的熱能來熔化金屬。在該方法中，連續地消耗電極，使得必須相反于消耗方向補充電極以用于調整在電極的通過消耗橫截面所限定的端部和要熔化的金屬或者熔融物之間的期望的間距。為了能夠在整個熔化過程期間達到盡可能恒定的條件，這取決于盡可能恒定地或者限定地保持所述間距，使得應該根據與電極消耗一致的可能性來補充電極。為此必要的是，確定電極的長度或者消耗橫截面相對于熔融物表面的相對位置。這原則上與是否根據相應的熔化方法而將消耗橫截面設置在熔池之上或者浸入到熔池中無關。已經已知不同的方法用于確定電極長度或者電極的消耗橫截面距熔融物表面的間距。因此，例如從US 4，843，234中已知，借助于設置在電極上或者設置在電極中的光導裝置通過將電極長度確定為長度差來計算電極的長度。為了實現足夠的精度在US4，843，234中推薦，使用兩個彼此分離的光導裝置，所述光導裝置需要測量裝置的相應復雜的整體結構。為此，在已知的方法中需要特殊的措施以便在電爐中保護光導體免受極端的溫度。EP 1181841B1公開一種方法，其中在電極提升系統上借助于對參考長度的測量來確定電極頂部和熔融物表面之間的間距。除此之外，與電極長度無關地確定電極頂部或者說電極的消耗橫截面在熔融物表面之上的位置，為了計算間距而在考慮校正值的情況下需要后續的差值計算，所述校正值從兩個測量之間的電極消耗中得出。因此從EP 1181841B1中已知的方法在原位既不可能測量電極的長度也不可能確定電極頂部與熔融物表面之間的間距。
發明內容
因此，本發明基于下述目的，提出一種方法或者設備，所述方法或者設備以盡可能低的耗費實現在原位測量電極長度或者確定電極的消耗橫截面的位置。所述目的通過一種具有權利要求I的特征的方法或者一種具有權利要求5的特征的設備來實現。在根據本發明的方法中，借助于雷達進行測量，使得借助于波導連接裝置將雷達發射/接收裝置連接到設置在電極上的，在電極的消耗方向上從電極的末端橫截面延伸至電極的消耗橫截面的波導上，所述波導構造為波導管或波導通道，并且測量在發射雷達信號和接收由波導的在電極的消耗橫截面中的非連續部位通過反射產生的回波之間的時間差。根據本發明的方法實現在電爐連續運行期間借助于設置在電極上的波導進行持久測量。因為波導的端部由于電極熔損而連續地位于消耗橫截面中或者在波導于電極塊之外延伸的情況下位于消耗橫截面的高度上，所以確保，波導的端部能夠認為是消耗橫截面的位置的準確的參考值進而在已知電極的上端部的位置情況下能夠確定電極的當前長度。在此，應用沿著電極延伸的波導管或者在電極之內延伸的波導管作為波導。只要波導構造或者設置在電極之內，那么波導也就能夠通過在電極之內以電極材料本身構成的 通道來形成，所述通道具有適合于傳播雷達波的通道壁。波導的設置在消耗橫截面中的或者在消耗橫截面的高度上的端部形成產生用作為雷達波的電磁波的相應的回波的非連續部位或者不均質部位，所述回波在雷達發射/接收裝置的接收部件中被檢測。在方法的尤其優選的變型形式中，改變波導連接裝置的長度以調節在與電極無關地定位的雷達發射/接收裝置和電極的末端橫截面之間的空間間距。不同于這種情況，當雷達發射/接收裝置貼近末端橫截面進而波導連接裝置能夠構成為在其縱向延伸方面不可變化的連接件時，波導連接裝置的長度可變的構造實現雷達發射/接收裝置相對于電極的末端橫截面的任意的相對定位。因此也可能的是，將雷達發射/接收裝置在爐腔之外設置在尤其在熱負荷方面受保護的位置中并且應用波導連接裝置以跨過在雷達發射/接收裝置的例如相對于爐壁固定限定的位置和電極的末端橫截面之間的間距。在此尤其有利的是，波導連接裝置由在尺寸和關于材料方面與波導一致的管形成。尤其在當在電爐中應用具有劃分成區段的結構的自焙電極以熔化材料時的情況下，有利的是，相應于為了替代在消耗橫截面中消耗的電極塊而借助電極部分段在末端橫截面上構造電極來改變波導有效長度。與是否在設置在電極塊中的波導中或者在波導通道中進行雷達波的傳播無關地，證實為有利的是，波導在電爐運行期間用沖洗介質加載，以便防止可能在波導之內構成不期望的非連續部位的材料侵入到波導中，其中所述波導通道的通道壁通過電極塊形成。為了在波導中構成指向消耗橫截面的流，證實為尤其有利的是，波導加載有沖洗氣體。根據本發明的設備具有雷達發射/接收裝置、設置在電極上的波導管和用于將波導管與雷達發射/接收裝置連接的波導連接裝置，其中波導管從電極的末端橫截面沿電極的消耗方向延伸至電極的消耗橫截面。在一個優選的實施形式中，波導連接裝置具有可變的長度以用于建立在與電極無關地定位的雷達發射/接收裝置和電極的末端橫截面之間的波導連接部。特別地，對于在自焙電極上應用該設備而有利的是，波導連接部構成在波導連接裝置和波導管之間，波導管的上部的軸向端部相對于波導連接裝置的下部的軸向端部軸向可移動地容納在所述波導連接部中，以便能夠匹配電極的上部的軸向端部的由于電極結構而變化的位置。尤其有利的是，波導連接部構成為滑動套筒以形成軸向可移動性，使得波導連接裝置的端部和波導管的端部接合地設置。由此可能的是，實現長度可變性，該長度可變性盡可能小地影響在電極的消耗橫截面和雷達發射/接收裝置之間的雷達波的傳播特性。為了與在電極塊的結構方面的中斷無關地確保在波導中雷達波的統一構成的傳播或者提供用于在電極中傳遞電磁波的可復現的條件，有利的是，波導通過延伸優選穿過電極塊的波導管來形成。尤其在當應在自焙電極上進行測量的情況下，有利的是，波導管由波導區段組成，所述波導區段借助于至少一個區段連接器彼此連接。在此，各個波導區段在其長度方面能夠如此確定尺寸，使得分別將波導區段與自焙電極的電極部分段相關聯。在波導管由波導區段組成的情況下有利的是，區段連接器具有橫截面適配器用于在兩個波導區段之間的過渡區域中構成連續的內徑，以便因此在波導管的影響雷達波傳播的幾何形狀方面不會出現非連續性。尤其有利的是，波導管具有包含基本上石墨的原材料，所述原材料一方面良好地 適合于傳播雷達波并且另一方面具有尤其高的溫度抗性或者耐熱性。特別地，除石墨之外，原材料能夠具有金屬的或者礦物的部分以影響密度或者傳導性。如果波導管設有浸滲部或者覆層，那么可能的是，抑制在電極熔損時液化的電極材料侵入到波導管中，進而抑制對波導特性的損害。
下面，在參考附圖闡明在此應用的裝置的優選實施例情況下詳細闡明該方法的優選變型形式。其示出圖I示出裝配有自焙電極的電爐的示意圖；圖2示出具有連接在其上的長度測量裝置的自焙電極的放大圖；圖3示出圖2中示出的自焙電極的放大局部圖，該自焙電極具有設置在電極的末端橫截面上的波導連接裝置并且在波導區段之間的區段連接器；圖4示出波導連接裝置的部分段的放大圖；圖5示出區段連接器的放大圖。
具體實施例方式圖I示出具有爐容器11的電爐10，在所述爐容器中容納由熔化的金屬制成的熔池12。在熔池12上方存在容納在電極引入裝置13中的在此構成為自焙電極的電極14，所述電極的下部的消耗端部15浸入到熔池12中，使得在池表面16和形成電極的下部頂端橫截面的消耗橫截面17之間構成距熔融物表面(池表面16)的熔化間距t，所述熔化間距位于爐基準點O之上的高度H中。在此處示出的實施例的情況下，電極14在電極引入裝置13上方具有末端橫截面18。在末端橫截面18和消耗橫截面17之間，波導管20在電極14的由于電極熔損引起的持續的消耗的方向上(消耗方向19)延伸。借助于波導連接裝置21將雷達發射/接收裝置22連接到波導管20上，所述雷達發射/接收裝置在當前的情況下在電爐10的爐室23之外靜止地固定在電爐10的外壁24上。在當前的情況下構成為自焙電極的電極14由多個電極部分段25組成，所述電極部分段分別具有確定外部形狀的鋼環26，該鋼環帶有容納于其中的碳膏27。在電爐10運行期間，電極14在原位由部分段25組成，使得以如在電極14的消耗端部15上的部分段25熔損的量來將新的部分段25裝到最上的部分段25的相應的末端橫截面18上。因為相應于在電極14的消耗端部15上的電極熔損來相反于消耗方向19進行電極14的再輸送，所以末端橫截面18的位置基本上在相當于部分段25的高度h的區域內變化，使得末端橫截面18因此大約以量h向上和向下移動。在再輸送電極14的過程中，相應重新裝到末端橫截面18上的部分段25到達到極靴28的區域中，經由極靴將電流導入到電極14中，所述電流引起烘烤碳膏27并且用于在電極14的消耗橫截面17上產生在此沒有示出的電弧，所述電弧導致電極14的消耗。在圖2和3中示出具有其上連接的雷達發射/接收裝置22的電極14。如圖2顯 然的是，在波導管20的波導端部29位于消耗橫截面17的平面中的前提下，靜止的、即與電極14無關地設置的雷達發射/接收裝置22的借助于雷達測量確定的測量值相當于消耗橫截面17相對于雷達發射/接收裝置22的相對位置。因此，在已知波導連接裝置21的長度的情況下，能夠直接地確定電極的長度L或者消耗橫截面17的位置。在已知消耗橫截面17的位置的情況下，能夠在考慮熔融物表面(池表面16)的已知位置的情況下以最簡單的方式和方法確定熔化間距t (也見圖I)。圖4示出在圖3中示出的波導連接裝置21和波導管20之間的在末端橫截面18的區域中的過渡部的放大圖。如圖4所示，在波導連接裝置21和波導管20之間構成波導連接部29，使得將波導連接裝置21的自由端部30可伸縮地插入到波導管的相鄰的自由端部31中并且在此波導連接部29構成為滑動套筒。由于波導連接裝置21的借助滑動套筒29實現的伸縮長度Tl能夠以伸縮長度T改變雷達發射/接收裝置22相對于末端橫截面18的間距。如果伸縮長度T大致相當于電極14的部分段25的高度h，那么因此盡管雷達發射/接收裝置22的靜止的設置能夠將在雷達發射/接收裝置22和波導管20在電極14的末端橫截面18中的端部31之間的波導接觸保持。圖5示出如圖3中示出的分別設置在波導管20的兩個波導區段32、33之間以用于連續地連接波導區段32、33的區段連接器34。如圖5詳細地示出，區段連接器34基本上包括具有與波導區段32、33 —致的內徑d的橫截面適配器35。橫截面適配器35與波導區段32、33的連接分別經由管螺旋件36來實現。
權利要求
1.用于測量電極(14)的長度或者確定所述電極的消耗橫截面在電爐(10)中的位置的方法，其中借助于雷達進行測量，使得借助于波導連接裝置(21)將雷達發射/接收裝置(22)連接到設置在所述電極上的、在所述電極的消耗方向(19)上從所述電極的末端橫截面(18)延伸至所述電極的消耗橫截面(17)的波導(20)上，其中所述波導構成為波導管或者波導通道，并且測量在發射所述雷達信號和接收由所述波導的在所述電極的所述消耗橫截面中的非連續部位通過反射產生的回波之間的時間差。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，改變所述波導連接裝置(21)的長度用于調節在與所述電極(14)無關地定位的雷達發射/接收裝置(22)和所述電極的所述末端橫截面(17)之間的空間間距。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于，相應于為了替代在所述消耗橫截面(17)中消耗的電極塊而借助電極部分段(25)在所述末端橫截面(18)上構造所述電極(14)來改變所述波導(20 )的有效長度。
4.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在電爐運行期間，借助沖洗介質指向所述消耗橫截面(17)地穿流所述波導(20)。
5.用于測量電極(14)的長度或者確定所述電極在電爐(10)中的位置的設備，該設備具有雷達發射/接收裝置(22)、設置在所述電極上的波導管(20)和波導連接裝置(21)，其中所述波導管從所述電極的末端橫截面(18)沿所述電極的消耗方向(19)延伸至所述電極的消耗橫截面(17)，并且所述波導連接裝置用于將所述雷達發射/接收裝置連接到所述波導管在所述電極的所述末端橫截面上的端部上。
6.根據權利要求5所述的設備，其特征在于，所述波導連接裝置(21)具有可變的長度，所述波導連接裝置用于將與所述電極(14)無關地定位的雷達發射/接收裝置(22)與所述電極的所述末端橫截面(18)連接。
7.根據權利要求5或6所述的設備，其特征在于，在所述波導連接裝置(21)和所述波導(20)之間構成有波導連接部(29)，所述波導的上部的軸向端部相對于所述波導連接裝置的下部的軸向端部可軸向移動地容納在所述波導連接部中。
8.根據權利要求7所述的設備，其特征在于，所述波導連接部(29)構成為滑動套筒，使得所述波導連接裝置(21)的端部(30)和所述波導管(20)的端部(31)以接合的方式設置。
9.根據權利要求5至8之一所述的設備，其特征在于，所述波導管(20)由波導區段(32，33)組成，所述波導區段借助至少一個區段連接器(34)相互連接。
10.根據權利要求9所述的設備，其特征在于，所述區段連接器(34)具有橫截面適配器(35)用于在兩個波導區段(32，33)之間的過渡區域中構成連續的內徑d。
11.根據權利要求5至10之一所述的設備，其特征在于，所述波導管(20)具有基本上包含石墨的原材料。
12.根據權利要求11所述的設備，其特征在于，除石墨之外，所述原材料具有作為重要組分的金屬成分。
13.根據權利要求11所述的設備，其特征在于，除石墨之外，所述原材料具有作為重要組分的礦物成分。
14.根據權利要求5至13之一所述的設備，其特征在于，所述波導管(20)設有浸滲部。
15.根據權利要求5至13之一所述的設備，其特征在于，所述波導管(20)設有覆層。
全文摘要
用于測量電極(14)的長度或者確定電極(14)的消耗橫截面(17)在電爐(10)中的位置的方法和設備，其中借助于雷達進行測量，使得借助于波導連接裝置(21)將雷達發射/接收裝置(22)連接到設置在電極(14)上的，在電極(14)的消耗方向(19)上從電極(14)的末端橫截面(18)延伸至電極(14)的消耗橫截面(17)的波導(20)上，并且測量在發射雷達信號和接收由波導的在電極(14)的消耗橫截面(17)中的非連續部位通過反射產生的回波之間的時間差。
文檔編號H05B7/06GK102972093SQ201180027474
公開日2013年3月13日 申請日期2011年5月26日 優先權日2010年6月1日
發明者約爾格·迪耶嫩塔爾, 漢斯-烏韋·莫根施特恩 申請人:丹戈－丁南塔爾機械制造股份有限公司