PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE602006000041T2 31.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001703241
Titel Vorrichtung und Verfahren zur dynamischen Steuerung eines Brenners in einem Lichtbogenofen
Anmelder CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES a.s.b.l., CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE vzw, Brüssel/Bruxelles, BE
Erfinder Nyssen, Pierre, 4031 Angleur, BE;
Mathy, Cecile, 4347 Voroux-Goreux, BE;
Schyns, Marc, 4690 Roclenge-sur Geer, BE
Vertreter Patentanwaltskanzlei Vièl & Wieske, 66119 Saarbrücken
DE-Aktenzeichen 602006000041
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 10.01.2006
EP-Aktenzeichen 064470040
EP-Offenlegungsdatum 20.09.2006
EP date of grant 18.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.2007
IPC-Hauptklasse F27D 21/00(2006.01)A, F, I, 20060822, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F27D 19/00(2006.01)A, L, I, 20060822, B, H, EP   C21C 5/52(2006.01)A, L, I, 20060822, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Zielsetzung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur dynamischen Steuerung der Verbrennung von Brennern eines elektrischen Stahlschmelzofens, insbesondere eines elektrischen Lichtbogenofens, im Hinblick darauf, den energetischen Wirkungsgrad des Ofens zu verbessern bzw. zu optimieren.

Die Erfindung bezieht sich gleichermaßen auf das Verfahren, das die Vorrichtung verwendet.

Technologischer Hintergrund und Stand der Technik

Es ist bekannt, dass ein elektrischer Ofen mit Lichtbogen, nachfolgend „Lichtbogenofen" genannt, mehrere Brenner enthält, die im Allgemeinen an der Seitenwand des Ofens angeordnet sind. Ferner besteht die Beschickung eines Lichtbogenofens zum Schmelzen von Stahl hauptsächlich aus Metallabfällen, die Ausschussteile oder Schmelzabfälle aus Stahl oder Eisenmetallen enthalten können, die nachfolgend als "Altmetall" oder "Alteisen" bezeichnet werden.

Bei den Lichtbogenöfen kommen Brenner zum Einsatz, die ein Kraftgas/flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, vorzugsweise Sauerstoff oder Luft als Kraftgas mit z. B. Erdgas als Brennstoff verwenden. Diese Brenner werden gewöhnlich gemäß einem zuvor definierten Betriebsmodus gesteuert und kontrolliert, der das Verhältnis zwischen Sauerstoff-Brennstoff/Kraftgas sowie die Betriebsdauer des Brenners bestimmt, ohne hierbei die Tatsache zu berücksichtigen, dass die Effizienz jedes einzelnen Brenners von der tatsächlichen Beschickung mit Alteisen abhängt, auf die die Stirnseite (die Flamme) des Brenners trifft.

Der Einsatz der vorprogrammierten Betriebsmodi führt insbesondere zu folgenden Nachteilen:

  • – Es wird nicht berücksichtigt, dass die Effizienz jedes einzelnen Brenners von der effektiven Beschickung mit Alteisen auf der Vorderseite des jeweiligen Brenners abhängt. Folglich wird ein beträchtlicher Teil der durch den Brenner verbrauchten Energie mit nur einem geringen Wirkungsgrad genutzt, da die Brenner nach einem willkürlichen Betriebsschema eingesetzt werden, auch wenn der Schmelzvorgang bereits erreicht wurde und vor dem Brenner kein Alteisen mehr vorhanden ist;
  • – Ferner, wenn ein schwereres oder voluminöseres Stück Alteisen versehentlich zu nahe an einen mit starker Flamme arbeitenden Brenner fällt, kann diese Flamme abgelenkt werden und die Wände des Ofens beschädigen und hierdurch evtl. zu einem gefährlichen Entweichen des Kühlwassers führen.

Um den Wirkungsgrad der Brenner in Abhängigkeit der elektrischen Energie und der zugeführten fossilen Brennstoffe zu verbessern, ist eine dynamische Steuerung des Brenners erforderlich. Unter dynamischer Steuerung versteht man eine Steuerung oder Regelung in Echtzeit, die die betrieblichen Bedingungen bei der Verbrennung zu einem gegebenen Zeitpunkt berücksichtigt – im Gegensatz zu einem vorprogrammierten Funktionspunkt.

Es sind bereits Vorrichtungen zur Funktionssteuerung oder Regelung eines elektrischen Lichtbogenofens bekannt. Insbesondere der europäische Patentantrag EP-A-1 457 575 beschreibt eine Vorrichtung zur Beobachtung der Beschickung mit Alteisen in einem Schmelzofen, der mehrere Brenner umfasst, die oberhalb eines Schmelzbades angeordnet sind. Mindestens einer der Brenner ist mit einer Kamera ausgestattet, die in seinem Inneren angebracht ist. Es kann sich beispielsweise um eine endoskopische Infrarotkamera handeln, die derart angebracht ist, dass ihre Sichtachse mit der Längsachse des Brenners zusammenfällt. Diese Kamera und die ihr zugeordneten Steuerungsmittel ermöglichen es, das Schmelzen der Altmetallbeschickung über einen Zeitraum hinweg zu beobachten und die zeitliche Abfolge der Beschickung mit neuen Altmetalltafeln anzupassen.

In dem amerikanischen Patent US-B-6 440 355 wird eine Vorrichtung zur optischen Messung beschrieben, die in ein Schutzgehäuse zurückgezogen werden kann und in einem Stück mit dem Handhabungssystem in Form einer Sauerstofflanze in einem Sauerstoffkonverter vorliegt. Diese Messvorrichtung umfasst einen optischen Kopf mit einem geeigneten Laser, um einen Strahl auf einen Zielbereich im Ofen, wie z. B. die Oberfläche der Schlacke zu schicken, um den zurück geworfenen Strahl zu erkennen und durch Vergleich zwischen der Stärke der beiden Strahlen den Abstand zum Zielbereich zu bestimmen. Diese Vorrichtung dient ausschließlich dem Zweck, den Abstand zwischen der Schlacke und dem Kopf der Sauerstofflanze korrekt anpassen zu können.

In dem amerikanischen Patent US-A-5 125 745 wird darüber hinaus ein mobiles Prüfgerät beschrieben, das in die Nähe einer horizontal angebrachten Öffnung des Ofens gebracht werden kann. Das Gerät umfasst einen Laser, der die Beschichtung im Inneren des Ofens beleuchten kann. Das hierdurch gestreute Licht kann von einem automatisch abgetasteten linearen Erkennungsnetz empfangen werden, das zwecks grafischer Darstellung des Verschleißes der internen Beschichtung des Ofens an einen Computer angeschlossen ist.

Zielsetzung der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung vorzuschlagen, die es ermöglicht, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.

Die vorliegende Erfindung zielt insbesondere darauf ab, ein Verfahren zur dynamischen Steuerung, d. h. während des Funktionsablaufs, der mit Sauerstoff gespeisten und an den Wänden des Lichtbogens angebrachten Brenner bereit zu stellen.

Ein zusätzliches Ziel der Erfindung besteht darin, den Wirkungsgrad der Brenner eines Lichtbogenofens zu verbessern, somit zu optimieren.

Ein weiteres Ziel besteht ferner darin, eine zuverlässige und reproduzierbare Funktionsweise eines Lichtbogenofens im Hinblick darauf zu erhalten, eine optimale Einschmelzung einer gegebenen Menge an Alteisen mithilfe einer geringeren Menge an elektrischer Energie und einem reduzierten Gasverbrauch im Vergleich zu den Systemen auf dem heutigen Stand der Technik zu erreichen.

Charakteristische Hauptelemente der Erfindung

Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur dynamischen Steuerung der Verbrennung eines durch brennbare(s) Gas(e) oder Flüssigkeit(en) betriebenen Brenners in einem elektrischen Lichtbogenofen, insbesondere in einem Lichtbogenofen zum Schmelzen von Stahl. Der besagte Brenner gibt bei der Nutzung an seiner Stirnseite eine Flamme oberhalb eines Schmelzbades aus geschmolzenem Metall ab; dieser Brenner ist oberhalb einer Beschickung mit Altmetall montiert und dadurch gekennzeichnet, dass er über berührungslose Messvorrichtungen verfügt, die sich an der Außenseite des Lichtbogenofens befinden, um den Abstand zwischen der Stirnseite des Brenners und einem Zielbereich zu bestimmen, der aus dem festen Alteisen besteht, das sich gegenüber der besagten Außenseite befindet. Diese besagten Messvorrichtungen umfassen eine Quelle, die ein durch das Innere des besagten Brenners bzw. eines anderen Brenners verlaufendes Signal in Richtung des besagten Zielbereiches abgibt, sowie einen Sensor, an dem das durch das Zielbereich gebrochene und durch das Innere des besagten Brenners bzw. eines anderen Brenners geleitete Signal erfasst wird.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Vorrichtungen zur Messung des Abstands zwischen der Stirnseite des Brenners und dem festen Altmetall einen Erkennungskopf in der Art eines optischen Sensors zur Abstandsmessung, der sich im Inneren oder hinter dem Brenner befindet und der einen vorzugsweise gepulsten Laser enthält, der wiederum einen Strahl in Richtung des Altmetalls quer über eine Öffnung abgibt, die sich auf der Brennerachse befindet; ferner umfasst die Vorrichtung eine Fotozelle, die den durch das Alteisen abgelenkten Laserstrahl empfangen kann.

Gemäß dieser Ausführungsart wird der Erkennungskopf so konfiguriert, dass er die Abstandsmessung an einem auf hohe Temperatur gebrachten Zielbereich und/oder in einer Umgebung bzw. an einer optischen Strecke mit Vorhandensein von Flammen durchführen kann; bei dieser hohen Temperatur handelt es sich vorzugsweise um einen Wert von bis zu 1500°C.

Vorteilhafterweise ist der Erkennungskopf mit einer Kühlvorrichtung, z. B. unter Verwendung von Wasser, ausgestattet.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Laser um einen Halbleiter-Diodenlaser, der Licht im infraroten Bereich abgibt und mit einer Visierlinse und einem Filter, vorzugsweise einem Interferenzfilter, ausgestattet ist, um die Grundstörung aufgrund der Eigenstrahlung des Lichtbogenofens zu beseitigen bzw. zu dämpfen.

Immer noch gemäß einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung umfasst die Fotozelle eine Empfangslinse mit einem Interferenzfilter und mindestens einer Fotodiode; dieses System ist an ein elektronisches System zur Erkennung von Hochfrequenzsignalen angeschlossen.

Weiterhin in vorteilhafter Weise ist die Fotodiode und somit der Erkennungskopf über faseroptische Kabel an das elektronische System zur Erkennung von Hochfrequenzsignalen angeschlossen; diese ermöglichen es, letzteres besser gegen störende Einflüsse einer evtl. schwierigen Umgebung zu schützen, in der sich der Sensor befindet.

Des Weiteren in vorteilhafter Weise ist das Zielfenster des Erkennungskopfes mit einer Vorrichtung zum Schutz der Abtastung durch ein unter Druck stehendes Gas wie z. B. Stickstoff, Druckluft oder Erdgas ausgestattet.

Immer noch gemäß der Erfindung kann der Erkennungskopf so konfiguriert sein, dass er Abstände bis zu 5 m erkennen kann.

Die Vorrichtung der Erfindung umfasst darüber hinaus Regelvorrichtungen, um in Echtzeit das Verhältnis von Kraftgas/Brennstoff auf Ebene der Brennerversorgung und/oder die Leistung des Brenners und/oder die Dauer der Funktion des Brenners in Abhängigkeit des durch den Erkennungskopf und die Hochfrequenzelektronik gemessenen Abstands zu regeln.

Vorzugsweise handelt es sich bei den besagten Regeleinrichtungen um eine Regelung im geschlossenen Regelkreis.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Vorrichtungen zur Messung des Abstands zwischen der Außenseite des Brenners und dem festen Altmetall ein Radarsystem, das sich im Inneren oder hinter dem Brenner befindet.

Ein zweiter Gegenstand der Erfindung betrifft einen Brenner für einen elektrischen Lichtbogenofen, der mit einer Vorrichtung zur dynamischen Steuerung der Verbrennung wie zuvor beschrieben ausgestattet ist.

Eine dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur dynamischen Steuerung der Verbrennung durch einen Brenner in einem elektrischen Lichtbogenofen mithilfe einer Vorrichtung mit optischem Erkennungskopf wie zuvor beschreiben; das Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:

  • – Ein gepulster Laser zielt anfangs auf das Altmetall und wird durch eine Öffnung abgegeben, die sich auf der Brennerachse befindet;
  • – Der durch das Altmetall abgelenkte Strahl wird erkannt;
  • – Der Abstand zwischen der Stirnseite des Brenners und dem Altmetall wird durch eine Messung der Zeit abgeleitet, die der Strahl für die Strecke benötigt hat, d. h. durch das Messen der Zeitintervalle, die sich zwischen jeweils Aus- und Eingang der Laserimpulse erstrecken.
  • – Das jeweilige Verhältnis zwischen Kraftgas/Brennstoff auf Ebene der Brennerversorgung und/oder die Leistung des Brenners und/oder die Funktionsdauer des Brenners wird (werden) angepasst, vorzugsweise gemäß einer Regelung im geschlossenen Regelkreis, indem als Regelparameter der Wert des gemessenen Abstands verwendet wird.

Kurze Beschreibung der Abbildungen

Die zeigt schematisch einen senkrechten Schnitt durch einen Stahlschmelzofen, der mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgestattet ist.

Die und zeigen schematisch zwei Betriebsfälle zur Veranschaulichung der Umsetzung der Erfindung.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung

Die Hauptzielsetzung der Erfindung besteht darin, die mit Sauerstoff betriebenen und an den Wänden eines Lichtbogenofens montierten Brenner mit einer Vorrichtung zur dynamischen Kontrolle der Verbrennung auszustatten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen diese Steuerungsvorrichtungen einen optischen, somit berührungslosen Sensor, der sich außerhalb des Lichtbogenofens befindet; dieser wird verwendet, um den Abstand zwischen der Stirnseite des Brenners und einem Zielbereich zu schätzen, der durch das feste Alteisen gebildet wird, das sich gegenüber der besagten Außenseite befindet. Der optische Sensor befindet sich im Inneren des Brenners bzw. hinter diesem und besteht aus einem Messkopf, der wiederum eine Quelle umfasst, die einen Strahl aussendet. Dieser Strahl verläuft durch das Innere des Brenners in Richtung des Zielbereichs, d. h. das noch nicht geschmolzene Alteisen. Der Strahl wird durch den Zielbereich in Richtung eines Detektors abgelenkt, der sich im Inneren des Messkopfs befindet; dieser Weg verläuft gleichermaßen durch das Innere des Brenners.

Das Verhältnis zwischen verwendetem Sauerstoff/Erdgas, die Funktionsdauer und/oder die Leistung des Brenners werden somit in Abhängigkeit der effektiven Beschickung mit Alteisen vor dem jeweiligen Brenner gewählt; diese Beschickung wird präzise mithilfe des Abstandssensors geschätzt.

Jede andere als eine optische Vorrichtung, beispielsweise ein Radarsystem, die es ermöglicht, die Abstände in einer durch hohe Temperaturen gestörten Umgebung zu bestimmen, fällt ebenfalls unter die Zielsetzung dieser Erfindung.

Ein System zur augenblicklichen Abstandsmessung zwischen der Stirnseite des Brenners und dem festen Alteisen muss es somit ermöglichen, die Funktionspunkte des Brenners und seine entsprechende Funktionsdauer anzupassen, um die zuvor genannten Nachteile zu vermeiden und somit die Effizienz im Hinblick auf die fossile Energie zu erhöhen.

Auf Grundlage des vom Abstandssensor gemessenen Signals ermöglicht die Berechnung der dynamischen Funktionspunkte gleichermaßen eine automatische Funktion des Brenners. Das Verhältnis zwischen Sauerstoff/Erdgas, die Leistung des Brenners und die Funktionsdauer jeden Brenners werden in Abhängigkeit der effektiven Beschickung an Alteisen vor jedem Brenner berechnet.

Während des Anlaufens verwendet der Brenner ein erhöhtes Sauerstoff/Erdgas-Verhältnis sowie eine geringere Leistung als seine Nennleistung, die beispielsweise bei 5 bis 10 Megawatt (MW) liegen kann. Diese Bedingungen werden so lange beibehalten, wie in der Nähe der Stirnseite des Brenners Alteisen vorhanden ist sowie bis ein freier Leerraum (kein festes Material mehr) im Herzen der Beschickung mit Alteisen vor dem Brenner erzeugt wird.

Wenn ein solcher Schmelzhohlraum gebildet wird, wird der Brenner normalerweise auf stochiometrische Bedingungen und auf Nennleistung ausgesteuert. Der Brennerbetrieb muss umgehend gestoppt werden, sobald sich an die Schmelzbedingungen angenähert wird, um jede Verminderung seiner Effizienz zu vermeiden.

Der Abstandssensor wird so gewählt, dass er einen Zielbereich anvisieren kann, der auf eine lokal sehr hohe Temperatur gebracht wurde, ohne dass die Messung mit den gewählten Wellenlängen zu stark durch die Eigenstrahlung des Zielbereichs gestört wird. Dieser Sensor muss sich ferner an das Vorhandensein von durch den Brenner erzeugten Flammen anpassen, die insbesondere den durch den Sender ausgestrahlten und von ihm empfangenen Strahl ablenken können.

In vorteilhafter Weise entspricht das gewählte Messverfahren folgenden Punkten:

  • – Ein gepulster Laserstrahl zielt über eine zentrale Öffnung des Brenners auf das Alteisen;
  • – Das zurückgeworfene Licht wird durch einen geeigneten Sensor erkannt;
  • – Der zuvor genannte Abstand (D) wird durch die Berechnung einer „Flugzeit" abgeleitet, die auf dem Zeitintervall basiert, das die Impulsabgabe vom Empfang des Impulses trennt; bei der zu berücksichtigenden Geschwindigkeit handelt es sich um die Lichtgeschwindigkeit, eine Elektronik zur Erkennung von Hochfrequenzsignalen ist erforderlich.

Ein Einbaubeispiel, durch das die in der Erfindung vorgesehene Vorrichtung umgesetzt werden kann, ist in der dargestellt; hier ist ein Ausschnitt eines Lichtbogen-Stahlschmelzofens in vertikaler Schnittdarstellung zu sehen, bei dem der die Vorrichtung der Erfindung enthaltende Brenner schematisch dargestellt ist.

Der Lichtbogenofen umfasst insbesondere einen durch den Deckel 2 verschlossenen Behälter 1, der mit einer Vorrichtung zur Wasserkühlung ausgestattet ist. Während des Betriebs enthält der Behälter 1 ein Bad 3 mit Stahlschmelze, das zur Erinnerung durch eine Schlackeschicht 4 bedeckt ist. Nach dem Frischen wird der geschmolzene Stahl 3 zu einem Abstichloch geleitet, das Fachleuten bekannt ist (nicht dargestellt). Nach dem Abstich wird der Ofen mit einer neuen Menge Altmetall 5 mithilfe eines Korbs (nicht dargestellt) bei geöffnetem Deckel 2 beschickt. Die Beschickung aus Altmetall 5 wird nach und nach mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens 6 geschmolzen, der zwischen einer Elektrode 7 und dem mit Hilfe der Brenner 8 unter Entwicklung von Flammen 9 geschmolzenen Stahlschmelzbad 3 gebildet wird, wie dies durch den Stand der Technik bekannt ist. Ein Erkennungskopf 11 in der Art eines Abstandssensors wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Inneren des Brenners integriert: Dieser trägt insbesondere eine Laserdiode, die einen gepulsten Strahl erzeugt, der durch eine zentrale Öffnung 8' des Brenners auf das Alteisen 5 zielt, sowie ferner eine Fotozelle, die in einem festen Winkel angeordnet ist, der es ihr ermöglicht, den durch das Alteisen 5 zurückgeworfenen Laserstrahl zu erkennen.

Während des normalen oder effizienten Betriebs des Brenners, wie zuvor beschrieben, wird durch den Schmelzvorgang vor der Stirnseite des Brenners 8 ein freier Hohlraum gebildet, wie in der dargestellt. Dieser Hohlraum definiert einen Abstand D zwischen der Stirnseite des Brenners 8' und dem davor liegenden Alteisen 5, das sich immer noch im festen Zustand befindet. Dieser Abstand D wird präzise durch die Vorrichtung der Erfindung gemessen. In einer solchen Situation wird der Brenner mit Sauerstoff und einem Brennstoff (Erdgas, in den und durch NG bezeichnet) gemäß den stochiometrischen Proportionen versorgt. Umgekehrt wird in der in dargestellten Situation, bei der der Schmelzvorgang nicht optimal verläuft und bei der man ein teilweises Verschwinden des Schmelzhohlraums beobachtet, der gemessenen Abstand D in fataler Weise im Vergleich zur zuvor beschriebenen Situation verringert und der Brenner mit einem Sauerstoff/Erdgas-Gemisch in einem Verhältnis versorgt, das über dem stochiometrischen Verhältnis liegt und/oder mit einer im Vergleich zur Nennleistung verringerten Leistung betrieben.

Die Erfindung bietet den Vorteil einer dynamischen und automatischen Steuerung der Brenner; hierdurch wird deren optimale Funktionsweise in zuverlässiger und reproduzierbarer Weise im Hinblick darauf gewährleistet, durch den verringerten Verbrauch von elektrischer Energie und Gas und somit eine verbesserte Nutzung der Energie des Brenners einen verbesserten oder optimierten Schmelzvorgang zu erreichen.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur dynamischen Steuerung der Verbrennung eines Brenners (8) mit flüssigem oder gasförmigen Kraftstoff in einem elektrischen Lichtbogenofen, insbesondere einem Ofen zum Schmelzen von Stahl; besagter Brenner (8) gibt über eine an einer Stirnseite (8') des Brenners (8) angeordnete Öffnung eine Flamme (9) auf ein darunter liegendes Bad aus geschmolzenes Metall (3) ab, über dem wiederum die Beschickung mit Alteisen (5) angeordnet ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie Hilfsmittel für das berührungslose Messen umfasst, die sich außerhalb des Lichtbogenofens befinden, um den Abstand (D) zwischen der einen Stirnseite (8') des Brenners (8) und einem Zielbereich zu messen, der durch das feste Alteisen (5) gebildet wird, das sich vor der besagten Stirnseite (8') befindet. Die besagten Hilfsmittel umfassen eine Quelle, die ein durch das Innere des besagten Brenners (8) oder eines anderen Brenners verlaufendes Signal in Richtung des besagten Zielbereichs abgibt, sowie einen Detektor, der das durch den Zielbereich abgelenkte Signal, das gleichermaßen durch das Innere des besagten Brenners (8) bzw. des anderen Brenners verläuft, erfassen kann. Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmittel zur Messung des Abstands (D) zwischen der Stirnseite (8') des Brenners (8) und dem festen Altmetall (5) einen Erkennungskopf (11) in der Art eines optischen Abstandssensors enthalten, der sich im Inneren oder hinter dem Brenner (8) befindet; dieses Hilfsmittel enthält einen vorzugsweise gepulsten Laser, der einen ursprünglich auf das Altmetall (5) ausgerichteten Strahl durch eine in der Achse des Brenners (8) angeordnete Öffnung abgibt, sowie über eine Fotozelle, die in der Lage ist, den durch das Altmetall (5) zurück geworfenen Laserstrahl zu empfangen. Vorrichtung gemäß dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Erkennungskopf (11) derart konfiguriert ist, dass eine Abstandsmessung an einem auf eine hohe Temperatur, vorzugsweise von bis 1500°C, gebrachten Zielbereich und/oder in einer Umgebung oder auf einer Verlaufsstrecke durchgeführt werden kann, in der Flammen vorhanden sind. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Erkennungskopf (11) mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Laser um eine Halbleiter-Laserdiode handelt, die ein Signal im Infrarotspektrum abgibt und mit einer Richtlinse und einem Filter, vorzugsweise einem Interferenzfilter, ausgestattet ist, um die in Verbindung mit der Eigenstrahlung des Lichtbogenofens vorhandenen Grundinterferenzen zu beseitigen bzw. zu dämpfen. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotozelle eine Empfangslinse mit einem Interferenzfilter und mindestens eine Fotodiode enthält, die an ein elektronisches System zur Erkennung von Hochfrequenzsignalen angeschlossen ist. Vorrichtung gemäß dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotodiode über ein faseroptisches Kabel an ein elektronisches System zur Erkennung von Hochfrequenzsignalen angeschlossen ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielfenster des Erkennungskopfes (11) mit Hilfsmitteln zum Schutz der Abtastung durch ein Unterdruckgas wie z. B. Stickstoff, Druckluft oder Erdgas ausgestattet ist. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Erkennungskopf (11) derart konfiguriert ist, dass er Abstände bis zu 5 m messen kann. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Regelvorrichtungen zur Anpassung in Echtzeit des Verhältnisses Brennstoff/Kraftgas auf Ebene der Brennerversorgung und/oder der Leistung des Brenners und/oder der Funktionsdauer des Brenners in Abhängigkeit des Abstandes (D) enthält, wie durch den Erkennungskopf (11) und die Hochfrequenzelektronik gemessen. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den besagten Regelvorrichtungen um Vorrichtungen zur Regelung im geschlossenen Regelkreis handelt. Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmittel zur Messung des Abstands (D) zwischen der Stirnseite (8') des Brenners (8) und dem festen Alteisen ein Radarsystem enthalten, das sich im Inneren oder hinter dem Brenner befindet (8). Brenner für einen elektrischen Lichtbogenofen, der mit einer Vorrichtung zur dynamischen Verbrennungssteuerung gemäß einem der vorherigen Ansprüche ausgestattet ist. Verfahren zur dynamischen Steuerung der Verbrennung eines Brenners (8) in einem elektrischen Lichtbogenofen mithilfe einer Vorrichtung mit optischem Erkennungskopf (11) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11 und durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:

– Ein gepulster Laser zielt anfangs auf das Altmetall (5) und wird durch eine Öffnung abgegeben, die sich auf der Brennerachse (8) befindet;

– Der durch das Altmetall (5) abgelenkte Strahl wird erkannt;

– Der Abstand (D) zwischen der Stirnseite des Brenners (8') und dem Altmetall (5) wird durch eine Messung der Flugzeit abgeleitet, die der Strahl für die Strecke benötigt hat, d. h. durch das Messen der Zeitintervalle, die sich zwischen jeweils Aus- und Eingang der Laserimpulse erstrecken.

– Das jeweilige Verhältnis zwischen Kraftgas/Brennstoff auf Ebene der Brennerversorgung und/oder die Leistung des Brenners und/oder die Funktionsdauer des Brenners wird (werden) angepasst, vorzugsweise gemäß einer Regelung im geschlossenen Regelkreis, indem als Regelparameter der Wert des gemessenen Abstands (D) verwendet wird.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com