专利名称：熔炼冶金的炉的电极托架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种熔炼冶金的(schmelzmetalIurgisch)炉、尤其地电弧炉(Lichtbogenofen)的电极托架(Elektrodentragarm),其中，电极托架设有至少一个用于测量物理的参数的测量元件。
背景技术：
从文件DE 27 50 271 Al中已知带有这种类型的电极托架的电极组件。在熔炼冶金的炉中、尤其地在电弧炉中，为了所需的电极应用保持装置。该装置大多由载有电极托架的承载杆(Tragmast)组成；在此，电极托架在水平的方向上伸延。在电极托架的远离承载杆的端部处布置有电极，其垂直地向下延伸，也就是说，其悬挂在电极托架的端部处。从电流联接部(Stromanschluss)到电极的电流引导大多通过镀铜的钢板实现，由该钢板制成 托架。在此，钢板基本上承担机械的承载功能，其中，施覆的铜传导电流。在所提及的文件中也已经解释，电极托架可设有传感器元件，其中，应用测力计(Kraftmessdose)或应变计(Dehnmessstreifen)。利用这些传感器获取托架的变形。在此，借助于传感器所获得的数据可与理论值相比较，为此应用测量值评估设备。在文件DE 27 50 186 Al、文件 DE 36 08 338 Al、文件 EP I 537 372 BI 以及文件EP 0 094 378 BI中描述了相似的电极组件。在已知的系统中不利的是，(一般地说这些系统涉及在电极托架中的测量值获取的问题)，由于通过电极托架的电流强度高，因而存在高的电的干扰场，其显著地影响热电偶以及应变计。相应地困难的是，准确地获得热的数据(即温度)和机械的数据(即应力或应变(Dehnung))，然而这是以优化的方式使电极运行的前提。
发明内容
本发明的目的为，如此改进开头提及的类型的电极托架，即实现尽可能准确地获取电极托架的热的和/或机械的负载并且因此以改进的方式控制电极组件的运行。应提供对电极托架的有效的监控。在此，这样的对电极托架的温度或机械的应力的连续的且精确的监控应是可能的，即可成本适宜地实现该监控。通过本发明，该目的的解决方案的特征在于，测量元件构造在电极托架中以用于测量电极托架的温度和/或机械的应变，其中，该测量元件包括至少一个光波导，其至少部分区段地(abschnittsweise)沿着电极托架的纵向延伸伸延。在此，该光波导可布置在包围该光波导的管中。光波导和如有可能包围光波导的管可布置在电极托架中的孔中。此外备选地可能的是，光波导和如有可能包围光波导的管布置在电极托架中的槽中。该槽可通过封闭元件封闭，该封闭元件将光波导和如有可能包围光波导的管保持在槽底中，其中，封闭元件尤其地为插入槽中的或注入槽中的金属件。优选地，封闭元件通过搅拌摩擦焊接(Reibriihrschweifien)与槽相连接。在搅拌摩擦焊接中，有利地可良好地控制焊接温度，由此可防止在槽的内部中的光波导过热。另一备选方案设置成，光波导和/或如有可能包围光波导的管布置在层中，其中，该层布置在电极托架处或布置在电极托架中。在此，该层可由金属或由耐热的非金属材料制成。光波导和如有可能包围光波导的管可完全地由层的材料包围。可电镀地将层施加到电极托架处或施加到电极托架中。层可由铜、铬或镍制成。层也可为注射覆层或化学的覆层，例如从文件DE 10 2009 049479.0中已知的那样。通过将光波导引入电极托架的壁和起承载作用的元件中，可在电极托架的表面上测量在电极托架的构件中的温度和/或应力或应变作为温度或应力曲线。同样获取在熔体(Schmelze)中的与流动相关的动态的变化，该熔体位于在托架之下的容器中。由此，通过温度和/或应力评估托架的磨损状态和当前负载情况是可能的。所提出的方案使在每个运行状态中示出构件的在其表面上的热的和机械的负载成为可能。为了可利用光波导进行准确的温度测量，有利的是，光波导或包围光波导的金属 将温度传递到光波导上。然而，为了光波导可在温度变化时膨胀或收缩，在温度测量时不可以卡住的方式铺设光波导。相对地，对于利用光波导的应变测量需要的是，光波导固定地与构件相连接，应测量构件的应变或构件的时间上的应变变化，从而构件的机械的应变传递到光波导上。为了也可测量电极托架的壁的应变(应力)，有利的是，光波导或包围光波导的管与孔或槽底固定地相连接。如果设置这样的槽(即，光波导或包围光波导的管铺设在其中)，优选地设置成，应用可由金属制成的填充件以用于封闭槽。该填充件可构造成与槽的形状吻合(passgenau)。在此,也可设置成,通过将填充件的材料烧注(eingiefien)或注射到槽中产生填充件。据此也就是说，可浇注或可注射制成填充件的材料，并且之后将其铸入或注射到槽中，将光波导如有可能连同管插入该槽中。因此，所提出的设计方案提供了这样的可能性，S卩，获取在测量的平面中的应力状态并且因此获取构件的机械的负载。对温度、应变或应力和/或来自测得的应变的时间上的分布中的加速(Beschleunigung)进行的测量的技术自身是已知的(也被称为“光学应变计”)，从而就此而言参考现有技术。此外，光波导优选地与评估单元处于连接中，在该评估单元中可获得在电极托架中的温度分布。利用该评估单元也可相应地获取电极托架的壁的机械的负载。
在图纸中示出本发明的实施例。其中
图I示意性地以侧视图显示了带有水平地伸延的电极托架的电弧炉的电极组件，
图2以剖切的图示显示了根据图I的细节“X”，
图3显示了根据图I的截面A-B，以及 图4以放大的图示显示了根据图3的孔的区域。
具体实施例方式在图I中可看出电极组件6，其应用在电弧炉中。电极组件6具有承载杆8，其垂直地延伸。在承载杆8的上端部处布置有电极托架1，其水平地伸延。在电极托架I的背离承载杆8的端部处以悬挂的方式布置有电极7，通过电极7在电弧炉中产生电弧。在此，电极托架I在长度延伸L上伸延，其在此相应于水平的方向。电极7的电流供给通过电流联接部9实现。电极托架I由钢板制成，利用该钢板实现足够的机械强度。设置带有铜的镀层(Plattierung)以用于从电流联接部9到电极7电地传导电流。如可从根据图2和根据图3的截面图中得到的那样，以液体冷却电极托架I。为此，电极托架I具有由冷却介质流经的冷却通道10。未示出为此所需的介质供应管路。为了不仅可准确地获取在电极托架I中的温度而且可准确地获取在其中的机械 的应变，电极托架I在其上部的和其下部的区域中分别具有孔5 (见图2和3)，在其中安置有测量元件2，利用其可测量温度和应力。在此，测量元件为光波导3，其被安置在起保护作用的管4中。在图3中可看出两个尚空着的孔；如从图4中得出的那样，将光波导连同管4弓I入该孔中。典型地，光波导3具有例如0. 12m的直径；同时套管4的直径大多数情况下在
0.8mm至2. Omm的范围内。光波导3由基础纤维(Grundfaser)制成,其被引入到在电极托架I中的孔5或相似的通道或槽中。在此，光波导3可承受直至800°C的温度的持续负载。在此，管4仅仅为可选的，并非必须设置。在此尤其适宜地，不带管4的光波导3通过连结到电极托架I的基础材料处示出应变；相同地适用于温度，在套管4中的光波导3也可良好地获取该温度。在图3中示出，分别一个孔5设置在电极托架I的上部的和下部的区域中，分别将一个光波导3引入孔5中。同样可能的是，在轮廓的所有四个侧区域中(如从图3中得到的那样)引入孔并且放置光波导3。为了提高在光波导3中的和到未示出的评估设备处的信号传递的稳健性，通过透镜插头(Linsenstecker)使光波在相应的静止位置(Ruheposition)中离开电极托架引导到评估单元。除了所示出的光波导3安置在孔5中的可能性，也存在这样的优选的可能性，即，将槽加工到电极托架I中并且光波导3 (如有可能连同管4)被铺设在槽底中。之后，可再次封闭槽，为此可应用以上提及的措施。同样可能的是，将光波导3(如有可能连同管4)引入由金属的材料或耐热的非金属的材料制成的层中，该层被施加到电极托架I上。备选地，光波导LWS传感器被嵌入(einfassen)模块中，也就是说嵌入预制的结构单元中。对于温度测量，在模块中松弛地铺设光波导，从而光波导在模块之内的无应力的与温度相关的长度变化是可能的。相反地，对于应变测量，光波导优选地在其整个长度上固定地与模块的材料或与模块的罩壳相连接，从而模块或其罩壳的应力传递到光波导上。带有光波导的模块被粘接或焊接到电极托架上并且就此而言与其有效连接。因此，电极托架的应变或温度变化通过模块传递到光波导上。模块或在模块中的光波导适合，利用测量技术获取构件的(在此尤其地电极托架)的温度、机械的应力或应变和/或同样(在应变的时间曲线上的)加速性能。为了加速度测量可需要特殊的测量装置，该测量装置可集成到模块中。尤其地，应变或加速度测量值可用于利用调节技术衰减、也就是说平衡(ausregeln)构件的不期望的振动。(在金属的情况中)可电镀上该层，其中，完全地包封(ummanteln)光波导3连同管4。电镀的层例如可由铜、铬或镍制成。光波导3与未示出的温度获取系统或用于机械的应力或应变的获取系统相连接。借助于该获取系统产生激光，其被输入光波导3中。借助于获取系统将由光波导纤维3采集的数据换算成温度或应力并且与不同的测量部位相关联。例如，可根据所谓的纤维布拉格光栅方法(FBG方法)进行评估。在此，使用合适的光波导，该光波导压印(eingepdgt)有带有折射系数的周期变化的测量部位或带有这种变化的光栅。折射系数的周期变化导致，取决于周期性针对一定的波长，光波导在测量部位处表现为电介质的镜面。通过在一点处的温度变化，布拉格波长改变，其中，刚好该波长被反射。通过布拉格光栅基本上不影响不满足布拉格条件的光。那么，不同的测量部位的 不同的信号可由于运行时间不同而彼此区别。这种纤维布拉格光栅的详细结构以及相应的评估单元是普遍已知的。通过压印的测量部位的数量给出空间分辨率的精度。例如，测量部位的大小在Imm至5mm的范围中。备选地，也可应用“光学频域反射方法”(0FDR方法)或“光学时域反射方法”(0TDR方法)以用于测量温度。两个方法都基于纤维光学的拉曼反散射原理，其中利用的是，在光导的点处的温度改变引起光波导材料的拉曼反散射的改变。那么，借助于评估单元(例如拉曼反射计)，可沿着纤维以空间分辨率确定温度值，其中，在该方法中在导体的一定的长度上取平均值。该长度约为几厘米。另一方面，通过运行时间不同使不同的测量部位彼此分离。用于根据所提及的方法进行评估的这种系统的结构以及所需的用于在光波导3之内产生激光的激光器为通常已知的。利用以所解释的方式对电极托架I进行配备实现温度和/或应变的监控，这在电极组件的运行中可以以下方式使用
I.电极托架的引导电流的铜导体随着温度改变其导电性。通过准确地获得的温度测量值和已知铜的所属的导电性可调整或调节恒定的电流。2.此外，通过已知温度和应变实现电极托架的自身保护。在控制或调节系统中可将这些获得的数据与允许的值相比较；之后调节系统可预定用于电极托架的定位和电流的修正，从而可保持允许的值。3.另一非常有利的应用方案为避免在电极组件中的振动。在电极托架中的振动、同样极限循环(Grenzzyklen)也可通过应变测量来获知。结果可避免临界的工作点，尤其地可如此匹配用于电流和电压的调整值或可如此调制信号，即，抵抗振动并补偿振动。托架的高度调节(H5henregelung)的设定缸的调节部大多用作用于振动补偿的最大的调整杆(Stellhebel)(为此，尤其地参见以上提及的文件DE 36 08 338 Al)。高度调节可用于补偿通过应变测量识别的振动和变形。对于该已知的方法参考工学博士 KlausKriiger 教授在“国际电热(e lektrowjirme international)”(Vulkan 出版社 GmbH,Essen,ISSN 0340-3521-K 5548 F)中的文章“对用于三相电流电弧炉的现代的电极调节的要求”。参考标号列表I电极托架2测量元件3光波导4管5孔
6电极组件7电极8承载杆9电流联接部10冷却通道L纵向延伸·
权利要求
1.一种熔炼冶金的炉、尤其地电弧炉的电极托架(I)，其中，所述电极托架(I)设有至少一个用于测量物理的参数的测量元件(2)， 其特征在于， 所述测量元件(2)构造成用于测量所述电极托架(I)的温度和/或机械的应变，其中，所述测量元件(2)包括至少一个光波导(3)，该光波导至少部分区段地沿着所述电极托架(I)的纵向延伸(L)伸延。
2.根据权利要求I所述的电极托架，其特征在于，为了所述温度测量的目的，所述以光波导(3)的形式的测量元件松弛地无应力且无运动地布置在所述电极臂中或布置在所述电极臂处，或者为了所述应变测量目的，所述测量元件布置成优选地在其整个长度上以与所述电极托架的材料处于有效连接以用于吸收材料的应变。
3.根据以上权利要求中任一项所述的电极托架，其特征在于用于获取所述电极臂的应变的时间上的变化以及用于从获取的应变的时间上的变化中获得电极臂的加速性能的测量装置。
4.根据以上权利要求中任一项所述的电极托架，其特征在于，所述光波导(3)布置在模块中，所述模块以有效连接的方式固定地与所述电极臂相连接，其中，所述光波导为了所述温度测量目的无应力且无运动地布置在所述模块中，或者为了所述应变测量目的以固定地嵌入的方式布置在所述模块中。
5.根据权利要求3和4所述的电极臂，其特征在于，为了获得所述电极臂的加速性能的所述测量装置集成在用于应变测量的所述模块中。
6.根据权利要求1，2或3所述的电极托架，其特征在于，所述光波导(3)和/或如有可能包围所述光波导的管(4)布置在所述电极托架(I)中的孔(5)中。
7.根据权利要求1，2或3所述的电极托架，其特征在于，所述光波导(3)和如有可能包围所述光波导的管(4)布置在所述电极托架(I)中的槽中。
8.根据权利要求7所述的电极托架，其特征在于，所述槽通过封闭元件封闭，所述封闭元件将所述光波导(3)和如有可能包围所述光波导的管(4)保持在槽底中，其中，所述封闭元件尤其地为插入所述槽中的或浇注到所述槽中的金属件，所述金属件优选地通过搅拌摩擦焊接与所述槽相连接。
9.根据权利要求1，2或3所述的电极托架，其特征在于，所述光波导(3)和/或如有可能包围所述光波导的管(4)布置在层中，其中，所述层布置在所述电极托架(I)处或布置在所述电极托架(I)中。
10.根据权利要求9所述的电极托架，其特征在于，所述层由金属、优选地由铜、铬或镍或者由耐热的非金属的材料制成。
11.根据权利要求9或10所述的电极托架，其特征在于，所述光波导(3)和如有可能包围所述光波导的管(4)完全地由所述层的材料包围。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的电极托架，其特征在于，电镀地将所述层施加到所述电极托架⑴处或施加到所述电极托架⑴中。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的电极托架，其特征在于，所述层以注射覆层或化学的覆层的形式施加到所述电极托架处或施加到所述电极托架中。
全文摘要
本发明涉及一种熔炼冶金的炉、尤其地电弧炉的电极托架(1)，其中，电极托架(1)设有至少一个用于测量物理的参数的测量元件(2)。为了可以改进的且更准确的方式测量用于运行所需的物理的参数，本发明设置成，测量元件(2)构造成用于测量所述电极托架(1)的温度和/或机械的应变，其中，测量元件(2)包括至少一个光波导(3)，其至少部分区段地沿着电极托架(1)的纵向延伸(L)伸延。
文档编号H05B7/10GK102762946SQ201180010068
公开日2012年10月31日 申请日期2011年2月8日 优先权日2010年2月18日
发明者D.利夫图希特, G.费莱曼 申请人:Sms西马格股份公司