(57)【要約】  本発明は、アーク炉（２００’、２１０’）の運転方法、アーク電極（２２０）の振動測定装置（１００）、および、アーク炉（２００’、２１０’）の構造（２００）に関し、それにより、またはそれを用いれば、少なくとも１つ備えられたアーク電極（２２０）の振動測定を行うことができ、その振動測定に基づいて、機械的および／または電気的な運転パラメータに関し、アーク炉（２００’、２１０’）の構造（２００）が制御または調整可能であることにより、簡易な手段を用いて、特に安全にかつ高い生産性で、アーク炉（２００’、２１０’）を運転することが可能となる。
2013532229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク炉（２００’、２１０’）を運転する方法であって、
少なくとも１つのアーク電極（２２０）と、原料（３００）および／または対極構造（２１１’）との間に電圧を印加（Ｓ３）することにより、少なくとも１つのアーク電極（２２０）に、制御された方法で電流を流れるようにし、アーク放電が発生し維持され、
上記少なくとも１つのアーク電極（２２０）におけるアーク放電の維持の間、振動測定（Ｓ４）が行われ、
上記振動測定（Ｓ４）から、上記少なくとも１つのアーク電極（２２０）の振動状態および／または上記アーク炉（２００’、２１０’）の運転状態を特徴づけるデータが導出（Ｓ５）され、
当該特徴づけるデータが、上記アーク炉（２００’、２１０’）の運転の調節または制御（Ｓ７、Ｓ２）に使用されることを特徴とする、アーク炉の運転方法。
【請求項２】
上記振動測定（Ｓ４）は、非接触で‐特に、少なくとも１つのアーク電極（２２０）への直接的または間接的な機械的接触なしに‐行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記振動測定（Ｓ４）は、光学的手段の利用により行われる、および／または
上記振動測定（Ｓ４）は、音響的手段、特に超音波の利用により行われる、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
上記振動測定（Ｓ４）は、干渉法および／またはドップラー効果の利用により行われる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
上記振動測定（Ｓ４）では、そのデータ分析（Ｓ５）において、および／または、アーク炉（２００’、２１０’）の運転の制御および／または調節（Ｓ７、Ｓ２）において、上記特徴づけるデータにフーリエ解析が行われ、
これにより、少なくとも１つのアーク電極（２２０）および／またはアーク炉（２００’、２１０’）の共鳴−および／またはある種の振動パターンを検出する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
そのデータ分析（Ｓ５）の振動測定（Ｓ４）に基づいて、および／または、制御および／または調節（Ｓ７、Ｓ２）において、アーク炉（２００’、２１０’）および／またはアーク電極（２２０）の、機械的および／または電気的な運転変数が制御または調節される、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
‐特に金属‐原料（３００）の加工、処理、精錬または溶融に用いられる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
アーク電極（２２０）用の振動測定装置（１００）であって、
特にアーク炉（２００）の構造において、少なくとも１つの対応するアーク電極（２２０）の振動測定（Ｓ４）の手段（１０）を有することを特徴とする、振動測定装置（１００）。
【請求項９】
非接触の振動測定（Ｓ４）を実施するように構成されており、
特に、少なくとも１つの対応するアーク電極（２２０）に対する、直接的なまたは間接的な機械的接触なしに振動測定を実施するように構成されている、請求項８記載の振動測定装置（１００）。
【請求項１０】
光学的手段および／または音響的手段を用いて振動を測定（Ｓ４）するように構成されており、
特に、さらに、対応するアーク電極（２２０）の少なくとも１つに、特定の光学的信号および／または音響的信号を発信する送信装置、および／または、上記対応するアーク電極（２２０）の少なくとも１つから送信される光学的および／または音響的‐特に、反射された‐信号を受信する、対応する受信装置を含む、請求項８または９記載の振動測定装置（１００）。
【請求項１１】
干渉法、および／または、ドップラー効果の利用によって、上記振動測定（Ｓ４）を実施するように構成されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の振動測定装置（１００）。
【請求項１２】
上記振動測定装置は、上記対応するアーク電極（２２０）の少なくとも１つとの、直接的または間接的な機械的接触を介して、振動測定（Ｓ４）を実施するように構成されており、
特に、上記振動測定装置は、振動センサー（１）を備え、当該振動センサー（１）に対して、上記機械的接触を介して、対応するアーク電極（２２０）の少なくとも１つの振動状態、または、該アーク電極の振動作用が伝達可能である、請求項８記載の振動測定装置（１００）。
【請求項１３】
上記振動測定装置（１００）における、上記振動センサー（１）‐および、特に該振動センサー（１）と接続するように設けられている測定回路（２）‐は、断熱構造（６０）の内部（６０ｉ）に測定ユニット（１０）として構成されている、請求項１２記載の振動測定装置（１００）。
【請求項１４】
上記断熱構造（６０）は、断熱／冷却するように、および／または、その内部が外部に対して機械的に連結するように構成されている、請求項１３記載の振動測定装置（１００）。
【請求項１５】
上記断熱構造（６０）は、重なって次々に中に入り込む入れ子構造の断熱容器（２０、３０、４０）を複数含み、
最も外側の断熱容器（２０）は、機器構成上直接的にまたは機器構成上間接的に、対応するアーク電極（２２０）の少なくとも１つと連結し、
最も内側の断熱容器（２０）は、それ自体の内部（２０ｉ）において、測定ユニット（１０）、さらに、特に、センサー（１）および／または、測定回路（２）を含む、請求項１４記載の振動測定装置（１００）。
【請求項１６】
１つまたは複数の断熱容器（２０、３０、４０）は、それぞれ、外側との境界を設けるためのおよび／または断熱／冷却するための壁領域（２１、３１、４１）を有し、
かつ／または、
１つまたは複数の断熱容器（２０、３０、４０）は、それぞれの内部（２０ｉ、３０ｉ、４０ｉ）において、断熱材および／または冷却材（２２、３２、４２）を、部分的にまたは完全に充填する充填材として有している、請求項１５記載の振動測定装置（１００）。
【請求項１７】
断熱容器（２０、３０、４０）のそれぞれの壁領域（２１、３１、４１）は、１つまたは複数の壁部（２１’、３１ａ、３１ｉ、４１’）を含む、請求項１６記載の振動測定装置（１００）。
【請求項１８】
壁部（２１’、３１ａ、３１ｉ、４１’）のそれぞれは、以下の材料群のうちの１つまたは複数の材料によって構成され、当該材料群には、金属材料、アルミニウム、鋼、セラミック材料、焼結されたセラミック材料、合成樹脂、繊維強化された材料、および、これらの組み合わせが含まれている、請求項１７記載の振動測定装置（１００）。
【請求項１９】
それぞれの壁領域（２１、３１、４１）および／またはそれぞれの壁部（２１’、３１ａ、３１ｉ、４１’）は‐特に、それぞれの外面において‐、完全にまたは部分的に反射するように構成されている、請求項１６から１８までのいずれか１項記載の振動測定装置（１００）。
【請求項２０】
それぞれの断熱材および／または冷却材（２２、３２、４２）は、熱伝導率が低い、特に、約３Ｗ／ｍＫ未満の範囲、より好ましくは、約０．３Ｗ／ｍＫ未満の範囲の熱伝導率を有する１または複数の材料によって構成される、１６から１９までのいずれか１項記載の振動測定装置（１００）。
【請求項２１】
それぞれの断熱材および／または冷却材（２２、３２、４２）は、特に、固体と液体との間の転移、および／または、液体と気体と間の転移の際に、好ましくは、高い相転移エンタルピーまたは相変化エンタルピーを有し、これらが特に、約２５ｋＪ／ｍｏｌまたはそれ以上の範囲である、１つまたは複数の相転移物質または相変化物質によって構成される、１６から２０までのいずれか１項記載の振動測定装置（１００）。
【請求項２２】
それぞれの断熱材および／または冷却材（２２、３２、４２）は、以下の材料群のうちの１つまたは複数の材料によって構成されており、当該材料群には、水、ゼオライト材料、特に、ゼオライト粒子、パーライト材料、特に、パーライト粒子、発泡体材料、特に、炭素発泡体材料、および、これらの組み合わせが含まれている、１６から２１までのいずれか１項記載の振動測定装置（１００）。
【請求項２３】
振動測定装置（１００）は、ブリッジ（３１ｓ、３３）を備え、
当該ブリッジは、内側の断熱容器（３０、４０）から外方向に、それぞれのより外側の断熱容器（２０、３０）の内面に接して架かって、内側の断熱容器（３０、４０）を支持、および／または、
当該ブリッジは、内側壁部（３１ｉ）から外側壁部（３１ａ）に向かって、壁領域（３１）の内面に接して架かって、壁領域（３１）の内側壁部（３１ｉ）を支持する、１６から２２までのいずれか１項記載の振動測定装置（１００）。
【請求項２４】
外部から内部への振動伝達のために、最も外側の断熱容器（２０）の壁領域（２１）の一部は、最も外側の断熱容器（２０）の内部（２０ｉ）まで達する、振動伝達エレメント（５０）により構成され、当該エレメントは、１つまたは複数の材料（５０’）によって構成され、当該材料（５０’）は、高い音響伝導率または高い音響速度を有し、熱伝導率が低く、特に、当該材料（５０’）は、石材、好ましくは、グラニット（５０’）を含むか、または、グラニット（５０’）からなり、および／または、板状に設けられている、請求項１６から２３までのいずれか１項記載の振動測定装置（１００）。
【請求項２５】
振動伝達エレメント（５０）は、少なくとも１つの次に内側にある断熱容器（３０、４０）の壁領域（３１、４１）に直接機械的に接触するように設けられている、請求項２４記載の振動測定装置（１００）。
【請求項２６】
炉容器（２１０）、
少なくとも１つのアーク電極（２２０）であって、少なくとも一部が、炉容器（２１０）に収納可能または収納されたアーク電極、および、
少なくとも１つのアーク電極（２２０）の振動測定に用いられる振動測定装置（１００）
を備えたアーク炉の構造（２００）。
【請求項２７】
１つの共通の、または複数の、特に、対応する数の、各対応する振動測定装置（１００）を有する、複数のアーク電極（２２０）が、形成されている、請求項２６記載の構造（２００）。
【請求項２８】
請求項８から２５までのいずれか１項記載の１つまたは複数の振動測定装置（１００）が備えられている、請求項２６または２７記載の構造（２００）。
【請求項２９】
制御装置（２５０）が備えられ、
それによって、振動測定装置（１００）から、提供されたデータが取り込み可能かつデータ分析可能であり、
それによって、アーク炉（２００’、２１０’）の構造（２００）の運転が‐特にフィードバックされて‐制御可能および／または調節可能であり、
特に、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法が実行可能である、請求項２６から２８までのいずれか１項記載の構造（２００）。
【請求項３０】
振動測定装置（１００）は、
‐少なくとも運転時には‐炉容器（２１０）の外にあるアーク電極（２２０）の領域または端部（２２２）、および／または、炉容器（２１０）とは反対側のアーク電極（２２０）の領域または端部（２２２）に、直接または間接に設置され、
非接触測定のために、‐少なくとも運転時‐炉容器（２１０）の外にあるアーク電極（２２０）の領域または端部（２２２）、および／または、炉容器（２１０）とは反対側のアーク電極（２２０）の領域または端部（２２２）に、直接または間接に形成され、
アーク電極（２２０）の保持手段（２６０）に、特に、保持手段（２６０）の冷却装置（２６２）の領域に、直接または間接に設置され、
非接触測定のために、アーク電極（２２０）の保持手段（２６０）に、特に、保持手段（２６０）の冷却装置（２６２）の領域に、直接または間接に形成され、
アーク電極（２２０）の輸送エレメント（２２４）に、直接または間接に設置され、および／または、
非接触測定のために、アーク電極（２２０）の輸送エレメント（２２４）に、直接または間接に形成されている、請求項２６から２９までのいずれか１項記載の構造（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の領域
本発明は、アーク炉の運転方法、アーク電極の振動測定装置及びアーク炉の構造に関する。
【０００２】
背景技術
ある種の材料の加工方法または精錬方法においては、加工または製錬すべき材料または原料に熱エネルギーを与えるためにいわゆるアーク法が用いられている。アーク法では、アーク電極と加工または精錬すべき材料または原料、および／または相応して備えられた対極構造との間に制御された方法で電圧を印加することにより、アーク放電により電流を発生させる。すなわち、アーク電極と、加工または精錬すべき材料または原料、および／または対極構造との直接的な物質間の接触無しで、雰囲気に基づいて、アーク電極と材料および／または対極構造との間に発生し、導電性のあるプラズマを用いる。
【０００３】
このような運転方法においては、高い電気的および熱的負荷のためにアーク電極に損耗、さらには破損が生ずる。この損耗または破損の結果、場合によっては、例えば欠陥のあるアーク電極を取り替えるために、工程の中止および運転停止が必要となる。
【０００４】
一方でこの運転休止、また他方で欠陥のあるアーク電極の取り替えへの物的支出は費用が掛かる。それ故に、損耗または破損を、工程中の品質低下またはアーク電極の損失の発生前に少なくとも認識できること、すなわち、前もってすでに損耗または破損の可能性が生じた段階に認識できること、あるいは損耗または破損を適切な運転パラメータの選択により抑制または回避さえできることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、これは根底にある過酷な運転環境、および過激な熱的、機械的および電気的負荷を伴う運転方法のために、これまで不可能であった。
【０００６】
発明の概要
本発明の課題は、アーク炉の運転を、簡単な手段により、特に安全且つ生産的なものとできる、アーク炉の運転方法、アーク電極の振動測定装置、およびアーク炉の構造を提供することにある。
【０００７】
本発明の課題は、アーク炉の運転方法については独立請求項１に係る発明の特徴により、アーク電極の振動測定装置については独立請求項８に係る発明の特徴により、および、アーク炉の構造については独立請求項２６に係る発明の特徴により解決される。さらなる実施形態はそれぞれ従属請求項の対象である。
【０００８】
第１の局面では、上記発明は、少なくとも１つのアーク電極と、原料および／または対極構造との間に電圧を印加することにより、少なくとも１つのアーク電極に、制御された方法で電流を流れるようにし、アーク放電が発生し維持され、上記少なくとも１つのアーク電極におけるアーク放電の維持の間、振動測定が行われ、振動測定から、上記少なくとも１つのアーク電極の振動状態および／または上記アーク炉の運転状態を特徴づけるデータが導出され、当該特徴づけるデータが、上記アーク炉の運転の調節または制御に使用される、アーク炉の運転方法を提供する。上記発明の中心的な思想は、アーク炉の運転方法において、備えられている１または複数のアーク電極の振動状態の把握の可能性を提供することにある。この振動測定に基づいて、アーク電極および／またはアーク炉の、振動状態および／または運転状態を、全体として記述または特徴づけるデータを得ることができる。これらの特徴づけるデータに基づき、例えば、適した運転パラメータまたは運転変数の選択および調節によって、アーク炉のその後の運転の流れが形成される。運転パラメータまたは運転変数は、幾何学的な、機械的な、又は電気的な特性である。すなわち、例えば、電圧および／または電流の大きさを調節すること、または、電極の幾何学的配置を炉容器内に存在する原料に適合させることが挙げられる。
【０００９】
上記振動測定は、非接触で‐特に、少なくとも１つのアーク電極への直接的または間接的な機械的接触なしに‐行われうる。非接触の振動測定においては、アーク炉の運転時に発生する高温の下での特別な負荷が減らされるかまたは回避され、これにより、熱的、機械的または電気的な影響による、測定の障害またはそれぞれ対応する測定装置の損傷は無くなる。
【００１０】
上記振動測定は、光学的手段および／または音響的手段、特に超音波の利用により行うことができる。基本的には、しかし、他のすべての非接触測定方法、すなわち、アーク電極またはこれと結合された装置の振動運動を、直接的な機械的接触を必要とせずに把握できる方法が挙げられる。
【００１１】
上記振動測定は、干渉法および／またはドップラー効果の利用により行うことができる。干渉法および／またはドップラー法は、これにより、ベースとなる量におけるすでにわずかな誤差から、定性的または定量的に容易に検出可能な測定量およびその変化量が得られるために、特に正確な測定方法である。
【００１２】
上記振動測定では、そのデータ分析において、および／または、アーク炉の運転の制御および／または調節において、例えば、少なくとも１つのアーク電極および／またはアーク炉の共鳴−および／またはある種の振動パターンを検出するために、上記特徴づけるデータにフーリエ解析を行ってもよい。フーリエ解析および他のスペクトル法は、これによれば振動パターン、例えば、共鳴またはその類似現象の状態が特に正確に検出および分析可能であるため、特にシステムの振動状態の検査に適している。
【００１３】
そのデータ分析の振動測定に基づいて、および／または、制御および／または調節において、アーク炉および／またはアーク電極の、機械的および／または電気的な運転変数が制御または調節される。
【００１４】
本発明に係る方法およびその実施形態は、原料、特に金属原料の加工、処理、精錬または溶融に使用することができる。
【００１５】
本発明の他の局面では、発展され、少なくとも１つの対応するアーク電極、特にアーク炉の構造におけるアーク電極の振動測定の手段となる、アーク電極の振動測定装置が提供される。
【００１６】
上記振動測定装置は、特に、少なくとも１つの対応するアーク電極への直接的または間接的な機械的接触なしに、非接触の振動測定として構成されうる。
【００１７】
上記振動測定装置は、光学的手段および／または音響的手段を用いて振動を測定するように構成されていてもよい。上記振動測定装置は、対応するアーク電極の少なくとも１つに、特定の光学的信号および／または音響的信号を発信する送信装置、ならびに／あるいは、上記対応するアーク電極の少なくとも１つから送信される光学的および／または音響的、‐特に、反射された‐信号を受信する、対応する受信装置を含んでいてもよい。対応する送信装置および／または受信装置を設けることにより、これらが、光学的領域上における電磁的現象をも含む電磁的現象に基づくものであるか、または、例えば超音波またはその類の音響的現象に基づくものであるかにかかわらず、とりわけ簡易ではあるが、信頼性の高い方式およびやり方で非接触の測定シナリオを構築することができる。
【００１８】
上記振動測定装置は、干渉法、および／または、ドップラー効果の利用によって、上記振動測定を実施するように構成されていてもよい。その高分解能により、干渉法、および、ドップラー効果を利用した方法によって、特に高精度の振動測定が実現される。
【００１９】
上記振動測定装置は、上記対応するアーク電極の少なくとも１つとの、直接的なまたは間接的な機械的接触を介して、振動測定を実施するように構成されていてもよい。このような場合、上記振動測定装置は、振動センサーを備えている。当該振動センサーに対して、上記機械的接触を介して、対応するアーク電極の少なくとも１つの振動状態、または、該アーク電極の振動作用が伝達される。基本的に、任意の振動センサーを用いることが可能である。いわゆる、ピエゾセンサー、誘導性のセンサー、または、光学的ジャイロスコープまたはその類のセンサーが挙げられる。これにより、複数のセンサーを互いに組み合わせることができ、例えば、振動の動きを、空間における３つの方向ｘ、ｙ、および、ｚのそれぞれに分けて独立して分析することができる。
【００２０】
上記振動測定装置における、上記振動センサー‐および、特に該振動センサーと接続するように設けられている測定回路‐は、断熱構造の内部に測定ユニットとして構成されていてもよい。上記のように設けられている測定回路は、すでに、振動センサーから供給された一次データのデータ分析の一部を、行うことができる。したがって、これにより、一次データ処理の後、部分的に加工処理された形式のデータを、記憶したり、読み出したり、および／または、送信したりすることができる。上記測定回路は、以下の対応する装置を含む。対応する装置とは、例えば、対応する制御回路または演算回路、記憶装置、送信装置、および、受信装置である。
【００２１】
上記断熱構造は、断熱／冷却するように、および／または、その内部が外部に対して機械的に連結するように構成されていてもよい。すでに上で述べられた、温度的、電気的、および、機械的な負荷が存在するため、測定機構の保護の観点から、測定の誤差または測定装置自体の損傷を回避するために、対応する断熱が有利に働く。
【００２２】
上記断熱構造は、重なって次々に中に入り込む入れ子構造の断熱容器を複数含んでいてもよい。特に、最も外側の断熱容器は、機器構成上直接的にまたは機器構成上間接的に、対応するアーク電極の少なくとも１つと連結している。そして、最も内側の断熱容器は、それ自体の内部において、測定ユニット、さらに、特に、センサーおよび／または、測定回路を含んでいる。
【００２３】
実際の負荷または予測された負荷に応じて、互いに入れ子になる様々な数の各々の断熱容器を選択することができる。同様に、上記容器ならびにその中身または充填材の形態は、さまざまに変更され得る。ここでは、以下のことが確実にされなければならない。すなわち、全運転時間の間、すなわち、測定システムに外側から熱が加えられる間、断熱が充分に実施されることによって、熱の負荷がなくなる次の運転停止まで、センサーと測定回路とを有する本来の測定ユニットが置かれている最も内側の領域の温度が、最大許容運転温度を超えて上がらないようにする。
【００２４】
１または複数の断熱容器は、それぞれ、外側との境界を設けるためのおよび／または断熱／冷却するための壁領域を有していてもよい。
【００２５】
１または複数の断熱容器は、それぞれの内部において、断熱材および／または冷却材を、部分的にまたは完全に充填する充填材として有していてもよい。
【００２６】
上記壁領域は、熱伝導に対するバリアを構築する。しかし、場合によっては、当該壁領域は、その反射能力に基づいて、放熱バリアとして機能してもよい。上記断熱材および／または冷却材は、同じ機能を有している。ここで、相転移に関係する特別な材料特性を利用しない場合には、熱伝導を回避することが重要である。このことは、さらに、以下により詳細に記載される。
【００２７】
断熱容器のそれぞれの壁領域は、１または複数の壁部を含んでいてもよい。複数の壁部が設けられていることにより、互いに境を接する多数の境界面によって、熱伝導率が低減される。
【００２８】
壁部のそれぞれは、以下の材料群のうちの１つまたは複数の材料によって構成されており、当該材料群には、金属材料、アルミニウム、鋼、セラミック材料、焼結されたセラミック材料、合成樹脂、繊維強化された材料、および、これらの組み合わせが含まれる。ここでは、多数の様々な種類の材料を採用することができる。材料は、断熱容器それぞれの位置に応じて、および、当該容器の位置に基づく温度的、機械的、および、電気的負荷に応じて、容器ごとに１つ１つ選択される。
【００２９】
それぞれの壁領域および／またはそれぞれの壁部は、‐特に、それぞれの外面において‐完全にまたは部分的に反射するように構成されていてもよい。鏡面化は、放熱に係る反射率を高める。
【００３０】
それぞれの断熱材および／または冷却材は、熱伝導率が低い、特に、約３Ｗ／ｍＫ未満の範囲、より好ましくは、約０．３Ｗ／ｍＫ未満の範囲の熱伝導率を有する、１または複数の材料によって構成されていてもよい。
【００３１】
それぞれの断熱材および／または冷却材は、１または複数の相転移物質または相変化物質によって構成されていてもよく、特に、上記物質は、固体と液体との間の転移、および／または、液体と気体と間の転移を示し、好ましくは、高い相転移エンタルピーまたは相変化エンタルピー、特に、約２５ｋＪ／ｍｏｌまたはそれ以上の範囲である。熱伝導率または熱放射の阻止あるいは減少の他に、いわゆる潜熱の吸収による効果こそも、また非常に有利に働く。例えば固体から液体への相変化の場合を挙げると、相変化物質または相転移物質は実際的に一定温度のジャケットとして機能する。上記一定温度のジャケットは、相転移物質の相変化の完了まで、すなわち‐この例の場合に‐元の固体が完全に液体に変わるまで、その相転移物質の相変化温度に保たれる。液体から気体への相変化を示す物質の場合も同様である。
【００３２】
それぞれの断熱材および／または冷却材は、以下の材料群のうちの１つまたは複数の材料によって構成されていてもよい。当該材料群には、水、ゼオライト材料、特に、ゼオライト粒子、パーライト材料、特に、パーライト粒子、発泡体材料、特に、炭素発泡体材料、および、これらの組み合わせが含まれている。費用面の理由により、特に‐外部領域において‐水の使用は特に有利な方法である。よって、例えば水を使用して、液体から気体への相転移を有効に利用することも可能である。これにより、水が液体で沸点以下にある限り、１００℃の温度を示す、外部領域に備えられる冷却ジャケットとすることができる。ただし、‐沸騰によって蒸気となることにより‐本発明の断熱容器の内部領域から場合により出ていく冷却水が充分存在することが担保されなければならない。
【００３３】
さらなる断熱方法としてブリッジを備えていてもよい。
【００３４】
上記ブリッジは、内側の断熱容器から外方向に、それぞれのより外側の断熱容器の内面に接して架かって、内側の断熱容器を支持、および／または、内側壁部から外側壁部に向かって、壁領域の内面に接して架かって、壁領域の内側壁部を支持することが可能である。
【００３５】
上記ブリッジにより、入れ子構造の断熱容器が相互に、最小接触領域または最小接触面積によって接触することになる。こうして、上記最小面積の接点により、熱伝導による熱伝達は極めてわずかとなる。
【００３６】
外部から内部への振動伝達のために、最も外側の断熱容器の壁領域の一部は、１つまたは複数の材料によって構成される、最も外側の断熱容器の内部まで達する１つの振動伝達エレメントにより構成されている。上記材料は、高い音響伝導率または音響速度と、低い熱伝導度を有し、特に、石材、好ましくは、グラニットを含むかまたグラニットからなり、および/または板状である。グラニットプレートまたはこれと類似の材料の利点は、これらが、振動状態、例えば、数ヘルツの超低周波領域から数十キロヘルツの超音波までの音響をよく伝達できる上に、金属と比べて例えば熱伝導率が極めて低いので、特に有利な機械的特性を有することにある。
【００３７】
上記振動伝達エレメントは、少なくとも１つの次に内側にある断熱容器の壁領域と直接機械的に接触していてもよい。
【００３８】
上記振動伝達エレメントは、内側に向かって複数の断熱容器の領域と重なることにより、壁領域において複数の断熱容器を貫通してもよい。
【００３９】
本発明の他の局面では、炉容器、少なくとも１つのアーク電極であって、少なくとも一部が炉容器に収納可能または収納されたアーク電極、および、少なくとも１つのアーク電極の振動測定に用いられる振動測定装置を備えたアーク炉の構造が提供される。それゆえ、アーク炉の構造の中心的な発明思想は、運転時におけるアーク電極の振動状態の測定のために振動測定装置を備えることである。
【００４０】
１つの共通の、または複数の、特に対応する数の、各対応する振動測定装置を有する、複数のアーク電極が、形成されているようにすることができる。このとき、アーク炉の構造の一例では、原則的に、複数のアーク電極を設置することができるので、振動状態に関して複数の、例えば全てのアーク電極を監視することもできる。ただし、もしこれが非接触の測定方法を用いるならば、これは、原則的に、単一の振動測定装置によって実現される。しかしながら、場合によっては、それぞれ個々のアーク電極に割り当てられる、複数の個々の振動測定装置も、有効である。
【００４１】
上記振動測定装置は、特に、上記のような本発明に係る方法で構成されうる。
【００４２】
制御装置が備えられ、それによって、振動測定装置から提供されたデータが取り込み可能かつデータ分析可能であり、それによって、アーク炉の構造の運転が‐特にフィードバックされて‐制御可能および／または調節可能であり、そのとき、特に、アーク炉の運転および制御のための本発明に係る方法が実行可能であるようにすることができる。運転を相応に調節または制御するために、制御装置は、各センサーが提供した生データを、またはしかし、各設置された測定回路がすでに準備した測定データを、取り込み、保存し、処理し、対応する制御信号を生成し、アーク炉の構造の対応するさらなる装置に供給することができる。
【００４３】
本発明において意図される振動測定装置は、
‐‐少なくとも運転時には‐炉容器の外にあるアーク電極の領域または端部、および／または、炉容器とは反対側のアーク電極の領域または端部に、直接または間接に設置され、
‐非接触の測定のために、‐少なくとも運転時‐炉容器の外にあるアーク電極の領域または端部、および／または、炉容器とは反対側のアーク電極の領域または端部に、直接または間接に形成され、
‐アーク電極の保持手段に、特に、保持手段の冷却装置の領域に、直接または間接に設置され、
‐非接触の測定のために、アーク電極の保持手段に、特に、保持手段の冷却装置の領域に、直接または間接に形成され、
‐アーク電極の輸送ニップルまたはアーク電極の輸送エレメントに、直接または間接に設置され、および／または、
‐非接触の測定のために、アーク電極の輸送ニップルまたはアーク電極の輸送エレメントに、直接または間接に形成されていることができる。
【００４４】
原則的に、全部の配置が可能であり、これは、アーク電極の機械的な運動状態へのアクセスを可能とする。一方では、アーク電極の振動状態までのできるだけ直接的なアクセスの必要性と、他方では、熱的、機械的および電気的な負荷に関する振動測定装置の耐負荷能力との間で常に比較考量しなければならない。
【００４５】
このおよびさらなる局面については、添付の図面に基づいて詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るアーク炉の運転方法の一実施形態のフローチャートである。
【図２Ａ】本発明に係るアーク炉の構造の一実施形態を示す模式的なブロックダイヤグラムである。
【図２Ｂ】本発明に係るアーク炉の構造の別の実施形態を示す模式的なブロックダイヤグラムである。
【図３Ａ】本発明に係るアーク炉の構造のさらに別の実施形態を示す模式的なブロックダイヤグラムである。
【図３Ｂ】本発明に係るアーク炉の構造のさらに別の実施形態を示す模式的なブロックダイヤグラムである。
【図４Ａ】本発明に係るアーク炉の構造のさらに別の実施形態を示す模式的なブロックダイヤグラムである。
【図４Ｂ】本発明に係るアーク炉の構造のさらに別の実施形態を示す模式的なブロックダイヤグラムである。
【図５Ａ】本発明に係るアーク炉の構造のさらに別の実施形態を示す模式的なブロックダイヤグラムである。
【図５Ｂ】本発明に係るアーク炉の構造のさらに別の実施形態を示す模式的なブロックダイヤグラムである。
【図６】本発明に係るアーク炉の構造の他の実施形態の制御‐および調節回路の詳細を示す図である。
【図７】アーク電極およびその支持アームの領域における本発明に係る振動測定装置の可能な配置を、模式的および断面側面図により説明する図である。
【図８Ａ】平面断面図あるいは側面断面図にて、機械的接触に基づいた、本発明に係る振動測定装置の実施形態を示す平面図である。
【図８Ｂ】平面断面図あるいは側面断面図にて、機械的接触に基づいた、本発明に係る振動測定装置の実施形態を示す側面図である。
【００４７】
図１は、本発明に係るアーク炉の運転方法の一実施形態のフローチャートを示す。
【００４８】
図２Ａから図５Ｂは、本発明に係るアーク炉の構造の異なる実施形態を示す模式的なブロックダイヤグラムである。これらの構造は、振動測定装置の配置に関し、および／または、開放型のまたは密閉型の容器としての炉容器の設計において異なっている。
【００４９】
図６は、本発明に係るアーク炉の構造の他の実施形態の制御‐および調節回路の詳細を示す。
【００５０】
図７は、アーク電極およびその支持アームの領域における本発明に係る振動測定装置の可能な配置を、模式的および断面側面図により説明する。
【００５１】
図８Ａおよび図８Ｂは、平面断面図あるいは側面断面図にて、機械的接触に基づいた、本発明に係る振動測定装置の実施形態を示す。
【００５２】
実施形態の詳細な説明
以下に、本発明の実施形態について説明する。本発明のすべての実施形態およびその技術的な特徴と性質とは、個々に分離され、または自由に選択されて相互に任意に編成されて制限無く組み合わされうる。
【００５３】
構造的および／または機能的に同一、類似または同様の効果を奏する特徴または構成要素は、以下、図面との関連において、同一の符号により示される。すべての場合に、これらの特徴または構成要素の詳細な説明を繰り返すことは行わない。
【００５４】
まず、図に基づいて説明する。
【００５５】
本発明は、特に、製鋼所における電極の振動の測定の手段および方法に関する。
【００５６】
現在のところ、例えば、製鋼所の運転時における電極またはアーク電極２２０の振動を測定することはできない。いくつかの製鋼所において、説明することができない、製鋼所の運転者によって振動による破損の可能性が指摘されている電極の破損が起こっている。
【００５７】
本発明によって提案される、運転時のアーク電極または電極２２０の振動の測定および迅速な調節により、上記破損を防止することができる。さらに、また、振動測定装置１００とも称される、新規な振動測定器１００が提案される。
【００５８】
アーク電極２２０の振動は、例えば、輸送エレメント２２４輸送ニップル２２４を介して、振動測定装置１００の測定ボックスに伝達される。振動測定装置１００の測定ボックスの中では、例えば、グラニットプレート５０、５０’（熱伝導係数２．６Ｗ／ｍＫ）が、振動の伝達を、本来の測定センサー１および測定エレクトロニクスまたは測定回路２に中継する。振動は、３つの、すべての空間軸ｘ、ｙ、ｚに配置された加速度センサーにより記録され、例えば、組み入れられたデータロガーに保存される。
【００５９】
加えて、場合によって起こりうる温度の影響を補正するために、さらなるセンサーにより温度測定を行ってもよい。
【００６０】
追加的モジュールとして、振動と温度とを、上記ボックスに組み入れられた送信機（Bluetooth、W-Lan・・・）を通して、コンピュータに伝達し、オンラインでデータ分析してもよい。
【００６１】
センサー１および電子回路２の断熱は多段階の構成により実現される。全部で例えば３個のボックス２０、３０、４０が、断熱容器２０、３０、４０として、相互に入れ子になっている。
【００６２】
最も外側のボックス２０は、壁部２１、２１’が、例えば、ＣＦＣ材料または鋼板からなり、充填材２２として、例えば、水で飽和されたゼオライト粒子が充填されている。さらに、第１のボックス２０は、充填材２２として、他の断熱材料、例えば０．１５Ｗ／ｍＫの熱伝導係数を有する炭素発泡体、または０．０５Ｗ／ｍＫの熱伝導係数を有するパーライト粒子で断熱されていてもよい。
【００６３】
第２のボックス３０は、内側壁部３１ｉとして、アルミニウムまたは鋼からなる壁部を備え、充填材３２として、水または他の相変化物質で充填され、第３のボックス４０を有する室内の温度を低温、例えば１００℃以下に安定させる。使用の状況に応じて、壁部２１、３１、４１の材料および／または充填材２２、３２、４２は選択されうる。
【００６４】
第２のボックスの壁部３１の外側ケーシング３１ａは、鏡面加工された金属板が取り付けられており、当該金属板は赤外線を反射し、これにより第２のボックス３０に対する熱放射を低減する。
【００６５】
金属板３１ａから第２のボックス３０の内部３０ｉへの熱伝達を、追加的に低減するために、金属板３１ａは、薄いブリッジ３１ｓに取り付けられている。
【００６６】
第３のおよび最も内側のボックス４０は、例えば、防水かつ防塵であるように形成され、本来のセンサー１および測定エレクトロニクスを含んでいる。これらもまた、熱伝導および／または熱放射による熱伝達の低下または低減のために、熱流が例えば４個の小さいブリッジ３３のみを通って流れるように配置されている。
【００６７】
次に、図について詳細に説明する。
【００６８】
図１は、本発明に係るアーク炉２００’、２１０’の運転方法の一実施形態を示すブロック図である。
【００６９】
ステップＳ０‐いわゆる開始段階‐においては、アーク炉２００’、２１０’の運転のための準備を行う。したがって、本発明の炉容器２１０（下記参照）の充填が行われる。その後、本発明のアーク電極２２０が、必要に応じて炉蓋２１２を含む形で、上記容器２１０の内部の領域に配置される。
【００７０】
第１の運転ステップＳ１においては、アーク電極２２０およびアーク炉２００’、２１０’の運転パラメータが全体として選択され、これは、機械的パラメータおよび電気的パラメータであり、すなわち、炉容器２１０の内部における電極２２０の配置および幾何学的配置、雰囲気および加工される原料３００のさらなる成分の選択、および、アーク電極２２０への電圧の印加方法である。
【００７１】
第２ステップでは、選択された運転パラメータに応じてアーク電極２２０の機械的な調節を行う。
【００７２】
第３ステップでは、次に、選択された運転パラメータに応じて、調節されたアーク電極２２０に電圧を印加する。電圧は、アーク電極２２０、場合によっては複数のアーク電極２２０と、加工される原料３００および／または炉容器２１０の下部領域２１１の対極２１１’との間に発生する。
【００７３】
ステップＳ２およびＳ３は、運転時において、一般に連続的におよび相互に並行して行われる。そのことは、連続運転‐可能な限り妨害のない‐連続運転において、アーク電極２２０またはその複数が、現在の測定された運転パラメータに応じて電圧を印加されること、および、同時にこれに応じて機械的および幾何的な運転パラメータが、アーク炉２００’、２１０’の構造２００に表れていることを意味する。
【００７４】
ステップＳ３とＳ４との間に、ステップ９において、例えば、正常な運転終了に達したか、すなわち、例えば、正常な終了の基準が満たされたか、あるいは存在するかが点検される。
【００７５】
上記が満たされていれば、例えば、溶融工程においては、原料３００が完全に溶融しているので、アーク炉２００’、２１０’の構造２００の運転終了のための準備を行うために、最終ステップＳ１０に移る。これは、場合によっては、特に構造２００の電気出力を取り除き、特に炉容器２１０および電極２２０がアースされて、相互に電位差がなくなった後に、湯出しあるいは、加工または処理された原料３００の他の方法による取出しを行うことを意味する。
【００７６】
また、本発明において、ステップＳ９にて、運転の正常な終了の基準が満たされない場合は、例えば、上記溶融工程の例では、原料３００がまだ完全に溶融していないので、炉２００’、２１０’は、さらに運転されなければならず、一般的に、作業ステップＳ４からＳ７が行われる。その後、本来の基本的な作業ステップＳ２およびＳ３に戻る。
【００７７】
それに応じて、ステップＳ４では、アーク電極２２０または複数のアーク電極２２０の振動測定が行われる。
【００７８】
ステップ５では、振動測定Ｓ４で得られたデータが、アーク電極２２０としての、または、アーク炉２００’、２１０’の全体としての構造２００の運転状態および／または振動状態の特徴付けに用いられる特徴的なデータの導出に使用される。
【００７９】
次に、上記装置または構造２００の運転が限界もしくは臨界か、調節または制御によっても、もはや正常に運転を行うことができないか、特に上記装置または構造２００および特にアーク電極２２０の、存在するかまたは始まっている振動状態がもはやコントロールできないかを点検する問い合わせステップＳ６に進む。このことは、特に、アーク炉２００’、２１０’の運転状態がもはや調節不可能であり、アーク電極２２０または複数のアーク電極２２０が、例えば、振動による破損の直前にあるときに該当する。
【００８０】
すなわち、運転が臨界であると評価されるときには、例えば、上記装置または構造２００および特にアーク電極２２０の振動状態はもはやコントロールできないことが判明するので、最終ステップＳ８で異常中断が起こる。
【００８１】
他の場合、例えば、アーク電極２２０または複数のアーク電極２２０の振動が、臨界ではない範囲内を上下し、コントロール可能であり、運転パラメータを調整によって減少させなくてもよいかまたはわずかにのみ減少させればよいときには、ステップ７により、正常運転を続ける。
【００８２】
このステップ７においては、さらに、アーク電極２２０およびアーク炉２００’、２１０’の構造２００に対して、運転パラメータまたは運転変数を、そのようなものとして調整するために、導出されたデータおよび特に振動状態および／または運転状態を特徴づけるデータが使用される。
【００８３】
かかる場合種々の方法を用いることができる。例えば、予め作成した運転パラメータ表を用いることができる。当該運転パラメータ表は、振動状態および運動状態を特徴づけるデータに基づいて読み取られる。
【００８４】
運転パラメータの適した調整Ｓ７の後、その後に続くステップＳ２およびＳ３において、アーク電極２２０および構造２００の全体的な機械的‐幾何学的な調節が行われ、それに応じて、運転に必要な電気的な変数も制御または調節される。
【００８５】
この関連において、ステップ２から７のすべてが相互に並行しておよび連続的に行われること、すなわち特にアーク電極２２０への電圧の印加Ｓ３の間、すなわち進行する運転の間、測定が常に行われデータ分析され、分析データに基づいて、常に且つ連続的に幾何学的変数および機械的変数、並びに電気的な運転変数が調整されること、ならびにそれは通常運転の中断を必要としないことが再度強調される。
【００８６】
それゆえ、本発明により、ステップＳ５およびＳ７において導出された特徴的なデータに基づいて、アーク電極２２０の運転の深刻な状態を検出することができるので、これに応じてアーク電極２２０の機械的、幾何的および電気的パラメータを調節して、アーク電極２２０の深刻な運転状態を脱し、さらに安全な運転を可能とする。
【００８７】
このようにして、アーク電極２２０および構造２００全体の損耗およびその破損を、一般的に抑制または回避さえしうる。それゆえ、延長された途切れない運転、および構造２００の構成部分、特にアーク電極２２０の延長された寿命が実現される。
【００８８】
それゆえ、全体として、このような構造２００の生産性は、振動測定を行わない従来の構造と比べて向上する。
【００８９】
図２Ａには、ブロック図により、本発明のアーク炉２００’、２１０’の構造２００が模式的に示される。
【００９０】
この構造２００の中心部分はアーク炉２００’、２１０’である。このアーク炉は炉容器２１０からなる。炉容器２１０は容器下部２１１と、図２Ａの構造では炉蓋または閉鎖部２１２を有する。炉蓋あるいは閉鎖部２１２の上部には、貫通領域またはシール領域２１３が形成され、これを介して構造２００におけるアーク電極２２０が炉容器２１０に入り込んでいる。
【００９１】
アーク電極２２０自体は、基本的に、炉容器２１０の内部２１０ｉに入り込む前方部またはアーク発生端を有する棒２２１の形での電極体２２１から構成されており、これに対して対向する、棒２２１の炉容器２１０の反対側端部２２３が、支持アーム２６０または保持部２６０により支持されている。支持部２６０は、アーク電極２２０の棒２２１の幾何学的配置の調整も行うことができ、支持アーム２６０を用いた、例えば、支持アーム２６０のＺ方向の上げ下げによる位置決めにより、炉容器２１０の内部２１０ｉにある加工または処理すべき原料３００とアーク電極２２０のアーク発生端２２２との間に、相応する間隔が実現される。
【００９２】
容器下部領域２１１には、アーク電極２２０の棒２２１のアーク発生端２２２と特に処理すべき原料３００との間に電位差を発生させるために、それに応じて場合によって対極構造２２１’が備えられている。炉容器２１０の中には構造２００の制御と運転のためのデータを取得するために測定センサー２５５‐１および２５５‐２が備えられている。
【００９３】
同様にアーク電極２２０の炉容器２１０の反対側端部２２３には、アーク電極２２０のための制御領域または運転ユニット２５３が備えられている。本実施形態において、この制御領域２５３は、一方では電気的接続のために、およびこれにより回路２５８を経由して電極駆動部２５２からの電荷を流すことによる電圧の印加のために、他方では回路２５６‐４を経由した所定の測定変数出力のために、例えば実値として、実際に印加された電圧値あるいは実際に流れた電流値の出力のために用いられる。
【００９４】
図２Ａに示される構造２００においては、アーク電極の制御は、アーク電極２２０の炉容器と反対側の端部２２３を介して、従って支持アーム２６０およびその制御または運転ユニット２５４とは別々に実現されている。実際には、これに対してアーク電極２２０への電圧の印加は、通常支持アーム２６０を介して実現され、炉容器の反対側端部２２３を介して実現されることはない。この場合、電極駆動部２５２は適切なインターフェースを介して支持アーム２６０と接続される。例えば、支持部２５２および２５４が位置調整および電圧の印加を実現し制御する統合ユニットとして形成されうる。
【００９５】
第２端部であって、炉容器２１０と反対側のアーク電極２２０の端部２２３には、アーク電極２２０の振動状態を対応する振動測定データとして取得するために、振動測定装置１００も接続される。かかる生データおよび／または予めデータ分析されてまとめられたデータは回路２５６‐３を経由して送られる。
【００９６】
取得されたすべてのデータはデータ分析‐及び制御ユニット２５１に取り込まれる。かかる取り込みは、炉容器２１０の中に配置されている追加的なセンサー２５５‐１または２５５‐２については上記回路または測定回路２５６‐１および２５６‐２を経由して、本発明において意図される振動測定装置１００については測定回路２５６‐３を経由して、アーク電極２２０の運転ユニット２５３については測定回路２５６‐４を経由して行われる。
【００９７】
次いで、制御データに応じてアーク炉２００、２１０’の構造２００の運転のための機械的、幾何的、および電気的な運転変数を制御または調整可能とするために、データ分析‐および制御ユニット２５１におけるデータ分析に基づいて、相当する制御シグナルが、制御回路２５７‐１および２５７‐２を経由して、電極については駆動装置２５２に、支持アーム２６０については駆動装置２５４にアウトプットされる。
【００９８】
したがって、データ分析‐および制御ユニット２５１、２つの駆動部２５２および２５４、並びにアーク電極２２０の運転ユニット２５３が、相応する測定回路２５６‐１から２５６‐４ならびに制御回路２５７‐１、２５７‐２および２５８を介し、本発明の振動測定装置１００および追加的なセンサー２５５‐１、２５５‐２と共に作用して、アーク炉２００、２１０’の構造２００の運転のための本来の制御部２５０を形成する。
【００９９】
図２Ａの構造の中心的な思想は、振動測定装置１００による、アーク電極２２０の振動状態の非接触測定であり、該当図に、発光信号、超音波信号等の送信および受信を表す蛇行線で示されている。非接触測定法により、過酷な運転においても、本発明の振動測定装置１００については、機械的、電気的、および熱的な負荷が比較的減少する。
【０１００】
図２Ｂの構造は基本的には図２Ａの構造に相当するが、ここでは、開放型の炉容器２１０を用いる。開放型の炉容器は、すなわち、図２Ａの構造と違って蓋領域２１２およびシール２１３を有さない。
【０１０１】
図３Ａの構造は基本的には密閉型炉容器２１０を有する図２Ａに相当するが、ここでは、本発明の振動測定装置１００とアーク電極２２０との間に間接的な接触が存在する。この間接的な接触は、運転時にアーク電極２２０との直接的な機械的接触によって、アーク電極２２０の振動状態と同様な振動状態におかれる運転ユニット２５３を介するものである。
【０１０２】
図３Ｂの構造には、図３Ａの構造と類似の状況が示されているが、ここでもまた炉蓋２１２およびシール２１３を有さない開放型の炉容器２１０が用いられる。
【０１０３】
図４Ａおよび図４Ｂの構造では、密閉型または開放型の炉容器２１０において、本発明において意図される振動測定装置１００が、アーク電極２２０の棒２２１の表面に、この場合は支持アーム２６０の直下に存在する。かかる方法により、アーク電極２２０の振動状態が非常に直接的且つ非常に正確に測定できる。
【０１０４】
これに対して図５Ａおよび図５Ｂの構造では、密閉型または開放型の炉容器２１０において、本発明において意図される振動測定装置１００が、アーク電極２２０の棒２２１の支持アーム２６０に備えられている。非常に密接な機械的接触により、すなわち支持アーム２６０の支持機能のために、機械的、熱的および電気的負荷が低減された状態で、アーク電極２２０の振動状態を、支持アーム２６０の振動状態により非常に正確に算出することができる。
【０１０５】
図６は、本発明において意図されるアーク電極２２０の振動測定装置１００との関連において制御部２５０の詳細を示す。
【０１０６】
ここでもアーク電極２２０は、基本的に、図示しない炉容器の側の端部２２２と、炉容器２１０の反対側端部とを有する棒２２１の形で形成され、後者には、アーク電極２２０のための運転ユニット２５３が、一方では電気的接続のために、および他方では例えば温度、電気的パラメータおよび振動データに関する測定データ出力のために備えられている。
【０１０７】
図６に示されている構造では、本発明の振動測定装置１００は運転ユニット２５３に組み込まれている。さらに本実施形態においてはデータ分析部および制御部２５０、２５１が分割されている。すなわち振動測定装置１００から得られるデータに関するデータ分析部および制御部２５１‐１、および、測定回路２５６‐４を経由して導かれる電気的運転パラメータに関するデータ分析部または制御部２５１‐２が備えられている。そして、両部分制御ユニット２５１‐１および２５１‐２のデータ分析および制御に応じて、アーク電極２２０の支持アーム２６０の駆動部２５４、およびアーク電極２２０の運転ユニット２５３の駆動部２５２に、制御信号が、すなわち回路２５７、２５７‐１、２５７‐２および２５８を介して送られる。
【０１０８】
図７は、本発明の振動測定装置１００の種々の配置の可能性Ａ‐Ｅを、棒２２１の形でのアーク電極２２０との関係において模式的に示す側面断面図である。この配置の可能性のすべては、図示されない炉容器２１０の反対側にある棒２２１の第２端部２２３の領域に存在している。
【０１０９】
位置Ａでは、本発明の振動測定装置１００は、アーク電極２２０の端部２２３と直接機械的に接触しておらず、例えば電磁波または音波による非接触測定方法を使用する。
【０１１０】
位置Ｂでは、本発明の振動測定装置１００は、いわゆる輸送エレメント２２４、輸送ニップル２２４、または輸送フック２２４に直接接触する。
【０１１１】
位置Ｃでは、本発明の振動測定装置１００はアーク電極２２０の表面に直接取り付けられている。
【０１１２】
位置Ｄでは、本発明の振動測定装置１００は支持アーム２６０の表面に配置されている。
【０１１３】
多くの場合には、支持アーム２６０およびその材料２６１は冷却装置２６２により冷却される。この関連において、冷却装置２６２が支持アーム２６１の材料２６１と密接に接合しているので、本発明の振動測定装置１００の配置は、位置Ｅ、すなわち冷却装置２６２に直接接触して備えられてもよい。この冷却装置２６２は、例えば冷却材を運ぶ管などである。
【０１１４】
図８Ａおよび図８Ｂは、図７の位置ＢからＥにおいて使用することができる、本発明のアーク電極２２０の振動測定装置１００の一実施形態を示す、平面‐または側面断面図である。
【０１１５】
図８Ａおよび図８Ｂに示す本発明の振動測定装置１００の実施形態は、熱的および電気的影響に関して、３段の断熱システムまたは３段の断熱構造６０を有する。この３段の断熱システムは３つの相互に組み入れられた断熱容器２０、３０および４０から形成されている。外側の断熱容器２０は壁領域２１として、例えばＣＦＣ材料または鋼板からなる、単一の壁部２１’を有する。最も外側の断熱容器２０はその内部２１ｉに、例えば水で飽和されたゼオライト粒子のような断熱材２１が充填されている。さらに‐ここに明示的に示されていないが‐壁部２１の内壁には、ライニングとして、例えば炭素発泡体またはパーライト粒子などの追加の断熱材を用いることができる。
【０１１６】
最も外側の断熱容器２０の中心に第２断熱容器３０が配置される。その壁領域３１は、例えばアルミニウムまたは鋼からなる内側壁部３１ｉ、および鏡面加工された外側ケーシング３１ａから構成されている。熱伝導による熱伝達を可能な限り低減するために、当該外側ケーシング３１ａに向かって、上記内側壁部３１ｉが、小さい断面積を有するブリッジ領域またはブリッジ３１ｓを介して支持されている。
【０１１７】
第２断熱容器３０の内部３１ｉには、熱断材３２として相転移物質または相変化物質が存在する。この熱断材は例えば水である。水は一方で低い固有の熱伝導率を有し、他方で液体状態から気体状態への変化の際の比較的高い相転移エンタルピーに対して比較的低い相転移温度を有する。
【０１１８】
さらに、第２断熱容器３０の内部３１ｉには最も内側の断熱容器４０として防水および防塵のボックス４０が備えられ、当該ボックスの壁領域４１は単一の壁部４１’を有し、その内部に任意の充填材４２の他に、センサー１と測定‐およびデータ分析回路２とから構成される測定ユニット１０を含む。第２断熱容器３０の壁領域３１の一部であるブリッジ３３により最も内側の断熱容器４０は下方において支持されている。
【０１１９】
熱伝導による熱伝達を回避すると同時に振動をよりよく伝達するために、本発明の振動測定装置１００は、図８Ｂに示すように、グラニットプレート５０’のような形の振動伝達エレメント５０を有する。このグラニットプレート５０’は外側が、外部５０ａ、外面５０ａまたは表面５０で最も外側の断熱容器２０の壁部２１の外面と面一になっている。グラニットプレート５０’は振動伝達エレメント５０として壁領域２１と、最も外側の断熱容器２０の充填材２２とに完全に達し、第２断熱容器３０の壁領域３１の内側壁部３１ｉと接触するため、全体として機械的振動は、外部からグラニットプレート５０’の外面５０ａを経由して第２断熱容器３０の内側壁部３１ｉに、そして、当該第２断熱容器３０からブリッジ３３を経由して最も内側の断熱容器４０に達し、そこで機械的結合を経由してその内部４０ｉと振動センサー１とに伝達される。その際の、グラニットプレート５０’、ブリッジ３３および壁部４１を介する熱伝導はごくわずかである。
【符号の説明】
【０１２０】
１  センサー、測定センサー、振動センサー
２  測定回路、データ分析回路、測定エレクトロニクス、データ分析エレクトロニクス
１０  測定ユニット
２０  断熱容器、第１断熱容器、最も外側の断熱容器、ボックス
２０ｉ  内部
２１  壁領域
２１’  壁部
２２  断熱材、冷却材、充填材
３０  断熱容器、第２断熱容器、ボックス
３０ｉ  内部
３１  壁領域
３１ｉ  内側壁部
３１ａ  外側壁部、鏡面加工
３１ｓ  ブリッジ
３１ｚ  空隙
３２  断熱材、冷却材、充填材
３３  ブリッジ
４０  断熱容器、第３断熱容器、最も内側の断熱容器、ボックス
４０ｉ  内部
４１  壁領域
４１’  壁部
４２  断熱材、冷却材、充填材
５０  振動伝達エレメント、グラニットプレート
５０ａ  外部、外面
５０ｉ  内部、内面
６０  断熱構造、断熱システム
１００  振動測定装置
２００  構造、アーク炉構造
２００’  アーク炉
２１０  アーク容器
２１０’  アーク炉
２１０ｉ  内部
２１１  下部、容器下部領域、容器下部
２１１’  対極構造、対極
２１２  容器上部領域、栓、閉鎖部、炉蓋
２１３  シール、シール領域、貫通孔、貫通領域
２２０  アーク電極
２２１  アーク電極２２０の電極材または電極体、棒
２２２  第１端部、炉容器２１０側端部、アーク発生端
２２３  第２端部、炉容器２１０の反対側端部
２２４  輸送エレメント、輸送ニップル、輸送フック、懸架
２５０  制御部、制御装置
２５１  データ分析装置またはデータ分析ユニット、制御装置または制御ユニット
２５１−１  部分制御ユニット
２５１−２  部分制御ユニット
２５２  アーク電極２２０の駆動部または駆動ユニット、電極駆動部
２５３  アーク電極２２０の制御領域または運転ユニット
２５４  アーク電極２２０の支持アーム２６０の駆動部
２５５−１  センサー、測定センサー
２５５−２  センサー、測定センサー
２５６−１  測定回路
２５６−２  測定回路
２５６−３  測定回路
２５６−４  測定回路
２５７−１  制御回路
２５７−２  制御回路
２５８  制御回路
２６０  支持部、保持手段、支持アーム
２６１  支持アーム２６０の材料
２６２  支持アームの冷却手段
Ａ  振動測定装置１００の位置
Ｂ  振動測定装置１００の位置
Ｃ  振動測定装置１００の位置
Ｄ  振動測定装置１００の位置
Ｅ  振動測定装置１００の位置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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