KR102022170B1 - A sensing device for determining an operational condition in a molten bath of a top-submerged lancing injector reactor system - Google Patents

Abstract

감지 디바이스는 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템의 용융 배스에서의 동작 상태를 결정하기 위해 제공된다. 랜스의 적어도 하단부는 용융 배스에서 침지 위치에 위치되고, 감지 디바이스는 랜스 상에 장착되고 랜스의 하나 이상의 이동들 또는 랜스에 인가된 힘들을 감지하도록 구성되며, 여기서 감지된 이동들 또는 힘들은 용융 배스에서의 동작 상태를 표시한다.A sensing device is provided for determining the operating state in the melt bath of the top-immersion lancing injector reactor system. At least the bottom of the lance is located in an immersion position in the molten bath, and the sensing device is configured to sense the forces applied to the lance and mounted on the lance and the forces applied to the lance, wherein the sensed movements or forces are melt baths. Indicates the operation status at.

Description

상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템의 용융 배스에서의 동작 상태를 결정하기 위한 감지 디바이스{A SENSING DEVICE FOR DETERMINING AN OPERATIONAL CONDITION IN A MOLTEN BATH OF A TOP-SUBMERGED LANCING INJECTOR REACTOR SYSTEM}SENSING DEVICE FOR DETERMINING AN OPERATIONAL CONDITION IN A MOLTEN BATH OF A TOP-SUBMERGED LANCING INJECTOR REACTOR SYSTEM}

용융 배스와 산소-함유 가스의 공급원 사이에 상호작용을 요구하는 용융 배스 제련 또는 다른 건식-야금 작업들은 가스 공급을 위한 여러 다양한 배열을 이용한다. 일반적으로, 이들 작업들은 용융 매트 (matte)/금속으로의 직접적인 주입을 포함한다. 이는 베세머 (Bessemer) 타입의 노에서와 같은 바닥 취입용 송풍구들 또는 퍼어스-스미스 (Peirce-Smith) 타입의 전로에서와 같은 측면 취입용 송풍구들에 의한 것일 수도 있다. 대안적으로, 가스의 주입은 상부 취입 또는 침지식 주입을 제공하기 위해서 랜스에 의해서 행해질 수도 있다. 상부 취입 랜스 주입의 예들은 순산소가 용선으로부터 강을 생산하기 위해서 배스의 위로부터 취입되는 KALDO 및 BOP 제강 공장들이다. 상부 취입 랜스 주입의 다른 예는 랜스들이 각각 구리 매트를 생산하고 변환시키기 위해서, 배스의 상부 표면과 충돌하고 그 표면을 투과하는 산소-부화 공기와 같은 산소-함유 가스의 제트 (jet) 들을 유발하는 미쯔비시 구리 공정 (Mitsubishi copper process) 이다. 침지식 랜스 주입의 경우에, 랜스의 하단부는 상부 침지식 랜싱 (TSL) 주입을 제공하기 위해서 주입이 배스의 슬래그 층 위로부터 발생한다기보다는 그 내부에서 발생하도록 침지된다.Smelt bath smelting or other dry-metallurgical operations that require interaction between the molten bath and the source of oxygen-containing gas use a variety of different arrangements for gas supply. In general, these operations involve direct injection into a molten matte / metal. This may be by means of floor blower vents, such as in a Bessemer type furnace, or by side blower vents, such as a Peirce-Smith type converter. Alternatively, the injection of gas may be done by a lance to provide a top blown or submerged injection. Examples of top blown lance injection are KALDO and BOP steel mills where oxygen is blown from above the bath to produce steel from the molten iron. Another example of a top blown lance injection is that the lances cause jets of oxygen-containing gas, such as oxygen-enriched air, to impinge and penetrate the top surface of the bath to produce and convert the copper mat, respectively. Mitsubishi copper process. In the case of immersion lance injection, the lower end of the lance is immersed so that the injection occurs inside rather than from the slag layer of the bath to provide a top immersion lance (TSL) injection.

상부 취입 및 TSL 주입 양자의 경우에, 랜스는 강렬한 지배적인 배스 온도에 노출된다. 미쯔비시 구리 공정의 상부 취입은 약 50㎜ 직경의 내부 파이프와 약 100㎜ 직경의 외부 파이프를 가지는 다수의 비교적 작은 강철 랜스를 사용한다. 내부 파이프는 대략 노 지붕의 높이에서, 양호하게는 반응 구역의 위에서 끝난다. 노의 지붕에 있는 수냉식-칼라 (collar) 에 달라붙는 것을 방지하기 위해서 회전 가능한 외부 파이프는 그의 하단부를 용융 욕의 상부 표면 위의 약 500㎜ 내지 800㎜ 높이에 위치시키기 위해서 노의 가스 공간 내측으로 아래로 연장한다. 공기 내에 비말동반되는 (entrained) 미립자 피드는 내부 파이프를 통해 취입되는 반면에, 산소-부화 공기는 파이프들 사이의 환형공간을 통해서 취입된다. 배스 표면 위의 외부 파이프의 하단부의 간격, 및 랜스를 통과하는 가스들에 의한 랜스의 임의의 냉각에도 불구하고, 외부 파이프는 하루에 약 400㎜ 까지 번-백 (burn-back) 된다. 그러므로, 외부 파이프는 천천히 하강되며 요청시, 새로운 부분들이 외부의, 소모성 파이프의 상부에 부착된다.In both top blow and TSL injection, the lance is exposed to intense dominant bath temperature. The top blowing of the Mitsubishi copper process uses a number of relatively small steel lances having an inner pipe of about 50 mm diameter and an outer pipe of about 100 mm diameter. The inner pipe ends at approximately the height of the furnace roof, preferably above the reaction zone. In order to prevent sticking to the water-cooled collar on the roof of the furnace, a rotatable outer pipe is placed inside the gas space of the furnace to position its lower end about 500 mm to 800 mm above the top surface of the melt bath. Extend down. Particulate feed entrained in the air is blown through the inner pipe, while oxygen-enriched air is blown through the annular space between the pipes. Despite the spacing of the lower end of the outer pipe above the bath surface, and any cooling of the lance by gases passing through the lance, the outer pipe burns back to about 400 mm per day. Therefore, the outer pipe is lowered slowly and new parts are attached on top of the outer, consumable pipe upon request.

TSL 주입을 위해 채용된 랜스들은 전술한 미쯔비시 공정에서와 같은 상부 취입을 위한 랜스들보다 훨씬 더 크다. TSL 랜스는 보통, 다음과 같이 추정되는 대로의 적어도 내부 및 외부 파이프를 가지나, 내부 및 외부 파이프들과 동심인 적어도 하나의 다른 파이프를 가질 수도 있다. 통상적인 대규모 TSL 랜스들은 200㎜ 내지 500㎜ 또는 그 초과의 외부 파이프 직경을 가진다. 또한, 랜스는 훨씬 더 길며 TSL 반응로의 지붕을 통해 아래로 연장하며, 그 높이는 약 10 내지 15m 일 수 있어서 외부 파이프의 하단부가 용융 욕의 용융 슬래그 상 내부로 약 300㎜ 또는 그 초과의 깊이로 침지되나, 내부로 주입되는 가스 유동의 냉각 작용에 의해서 외부 파이프의 외부 표면에 형성되고 유지되는 고화된 슬래그의 코팅에 의해 보호된다. 내부 파이프는 대략 외부 파이프와 동일한 레벨에서, 또는 외부 파이프의 하단부 위의 최대 약 1000㎜ 더 높은 레벨에서 끝날 수도 있다. 따라서, 오직 외부 파이프의 하단부만이 침지되는 것이 가능할 수 있다.The lances employed for TSL injection are much larger than the lances for top blowing as in the Mitsubishi process described above. The TSL lance usually has at least inner and outer pipes as estimated as follows, but may have at least one other pipe concentric with the inner and outer pipes. Typical large scale TSL lances have an outer pipe diameter of 200 mm to 500 mm or more. In addition, the lance is much longer and extends down through the roof of the TSL reactor, the height of which may be about 10 to 15 m such that the lower end of the outer pipe is about 300 mm or more deep into the molten slag of the molten bath. It is immersed but protected by a coating of solidified slag that is formed and maintained on the outer surface of the outer pipe by the cooling action of the gas flow injected therein. The inner pipe may end at approximately the same level as the outer pipe or at a level up to about 1000 mm higher above the bottom of the outer pipe. Thus, it may be possible for only the bottom of the outer pipe to be immersed.

TSL 랜스의 내부 파이프는 배스의 슬래그 층으로 주입될 정광, 용제 (flux) 들 및 환원제와 같은 피드 재료들을 공급하는데 사용될 수 있거나, 연료용으로 사용될 수 있다. 공기 또는 산소-부화 공기와 같은 산소 함유 가스가 파이프들 사이의 환형공간을 통해 공급된다. 배스의 슬래그 층 내부로의 침지식 주입이 시작할 때, 연료 오일, 미세 석탄 또는 탄화수소 가스와 같은 산소-함유 가스와 연료가 랜스로 공급되며, 결과적인 산소/연료 혼합물이 점화되어 슬래그에 충돌하는 화염 제트를 발생한다. 이는 슬래그가 배스 내에서 슬로핑하여 상당한 배스 이동을 발생하게 한다. 이러한 배스 이동은 랜스를 통한 가스들 또는 다른 재료들의 주입과 함께, 유도된 힘들로 인한 랜스의 이동을 발생한다. 상부 침지된 랜스가 받는 모션의 범위는 용융 배스에서 발생하는 공정 동작들에 관한 중요한 정보를 제공하는 가능성을 갖는다.The inner pipe of the TSL lance can be used to supply feed materials such as concentrates, fluxes and reducing agents to be injected into the slag layer of the bath, or can be used for fuel. Oxygen-containing gas, such as air or oxygen-enriched air, is supplied through the annular space between the pipes. At the start of the immersion injection into the slag layer of the bath, the fuel is fed to the lance with an oxygen-containing gas such as fuel oil, fine coal or hydrocarbon gas, and the resulting oxygen / fuel mixture is ignited to impinge on the slag Generate a jet. This causes the slag to slope in the bath, resulting in significant bath movement. This bath movement, along with the injection of gases or other materials through the lance, results in movement of the lance due to induced forces. The range of motion the top immersed lance has has the potential to provide important information about process operations occurring in the molten bath.

종래의 관례에 따르면, 랜스는 랜스 팁이 위치되어야만 하는 레벨을 결정하고, 랜스에 부착된 리프팅 장치에 의해 배스에 대하여 랜스를 상승 또는 하강하는 것에 의해 상기 레벨을 제어하는 오퍼레이터에 의해 제어된다. 그러한 배열은 랜스 트롤리라 불리는 랜스용의 지지부 또는 가이드를 포함할 수도 있고, 랜스 트롤리는 케이블에 의해 호이스트에 접속되어 모터 제어 시스템이 베셀 내의 용융 배스에 대한 랜스 팁의 포지셔닝을 허용하게 한다. 랜스 드럼으로부터 구동된 접동선 (slide wire) 송신기로부터 제어될 수도 있는 랜스 높이 표시자는 반응로 내의 랜스의 하단부의 위치의 표시를 제공하기 위해 채용된다. 오퍼레이터들은 랜스 이동에 관한 수동 관측들을 실행하고, 시간 내에 랜스의 모션의 어느 범위가 용융 배스에서 최적의 또는 준최적의 상태들의 표시인지를 직관적으로 인식하기 위해 학습하도록 명령받는다. 예를 들어, 오퍼레이터는 눈으로 랜스의 이동을 모니터링함으로써 용융 배스에서 랜스를 위치시킬 수 있다. 랜스의 이동량은 어떤 경험을 갖는 오퍼레이터에 의해, 랜스의 팁이 용융 배스에 침지되는 깊이를 근사화하기 위해 사용될 수 있다.According to conventional practice, the lance is controlled by an operator that determines the level at which the lance tip should be placed and controls the level by raising or lowering the lance relative to the bath by means of a lifting device attached to the lance. Such an arrangement may include a support or guide for the lance, called a lance trolley, which is connected to the hoist by a cable to allow the motor control system to allow positioning of the lance tip relative to the molten bath in the vessel. A lance height indicator, which may be controlled from a slide wire transmitter driven from a lance drum, is employed to provide an indication of the position of the lower end of the lance in the reactor. Operators are instructed to perform manual observations on the lance movement and to intuitively learn in time which range of motion of the lance is an indication of optimal or suboptimal conditions in the molten bath. For example, the operator can position the lance in the molten bath by visually monitoring the movement of the lance. The amount of movement of the lance can be used by an operator with some experience to approximate the depth at which the tip of the lance is immersed in the molten bath.

문서들, 행위들, 재료들, 디바이스들, 아티클들 등등에 대한 참조를 포함하여 본원에 포함된 본 발명의 배경기술에 대한 논의는 본 발명의 맥락을 설명하기 위한 것이다. 이는 참조된 임의의 재료가 청구항들의 우선일로서 공개되었거나, 공지되었거나, 또는 특허 영역에서 공통의 일반적인 지식의 일부였다는 인정 또는 제안으로서 취득되지 않을 것이다.The discussion of the background of the invention contained herein, including references to documents, acts, materials, devices, articles, and the like, is intended to illustrate the context of the invention. It will not be taken as an acknowledgment or suggestion that any material referenced is disclosed, known as part of the priority of the claims, or was part of common general knowledge in the patent area.

용융 슬래그 배스에서의 동작 상태를 모니터링하기 위한 하나 이상의 센서들을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
공개물 WO 2011/106023 은 노 슬로핑 (furnace sloping) 예측 및 랜스 최적화를 위한 시스템을 제시한다.
공개물 WO 2014/167532 은 상부 침지식 주입 랜스 설치시 용융 배스의 온도 측정들을 위한 장치를 제시한다.It would be desirable to provide one or more sensors for monitoring operating conditions in a molten slag bath.
Publication WO 2011/106023 presents a system for furnace sloping prediction and lance optimization.
Publication WO 2014/167532 presents an apparatus for temperature measurements of molten baths in installation of a top immersion injection lance.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템의 용융 배스에서의 동작 상태를 결정하기 위한 감지 디바이스가 제공되고, 랜스의 적어도 하단부는 침지 위치에서 용융 배스에 위치되고, 감지 디바이스는 랜스 상에 장착되고 랜스의 하나 이상의 이동들 및 랜스에 인가된 힘들을 감지하도록 구성되며, 여기서 감지된 이동들 또는 힘들은 용융 배스에서의 동작 상태의 표시이다.According to one aspect of the invention, there is provided a sensing device for determining an operating state in a molten bath of a top-immersion lancing injector reactor system, wherein at least the bottom of the lance is located in the molten bath in an immersion position, and the sensing device Is mounted on the lance and configured to sense one or more movements of the lance and forces applied to the lance, where the detected movements or forces are an indication of the operating state in the molten bath.

적절한 감지 디바이스들의 예들은 일반적으로 배향 센서들, 및 더 구체적으로 가속도계, 자이로스코프, 및/또는 자기계 중 하나 이상을 포함한다. 예컨대, 가속도계는 랜스의 이동들의 크기와 방향, 다양한 방향들에서 랜스의 가속도 및/또는 랜스가 받는 관성력 (g-force) 들을 검출함으로써 랜스의 배향을 감지하는데 사용될 수 있다. 그러한 배향 센서들은 감지 디바이스에 필수 기능을 제공하기 위해 단독으로 또는 결합하여 사용될 수도 있다.Examples of suitable sensing devices generally include orientation sensors, and more specifically one or more of an accelerometer, gyroscope, and / or magnetic field. For example, an accelerometer may be used to detect the orientation of the lance by detecting the magnitude and direction of the movements of the lance, the acceleration of the lance in various directions and / or the g-forces that the lance receives. Such orientation sensors may be used alone or in combination to provide the necessary functionality for the sensing device.

배스 슬로핑은 통상적으로 반응로 내의 정상 동작 상태들과 관련되고, 배스 슬로핑은 일반적으로 랜스의 무의식적인 이동을 야기하기 때문에, 용융 배스에서의 동작 상태들의 평가는 랜스 이동 패턴들에 기초할 수 있다. 예를 들어, 랜스 이동은 용융 배스에 근접한 랜스를 포함하는 반응로 내의 랜스 위치를 포함하는 다양한 조건들에 의해 영향 받는다; 슬래그 레벨들, 슬래그 점도의 변동들, 용융 배스 온도 등등. 랜스 이동 패턴이 바람직하지 않은 동작 상태를 표시하여 랜스가 용융 배스에 너무 깊이 침지되거나 전혀 침지되지 않게 하거나, 또는 슬래그가 너무 점성이 있는 경우에, 이러한 결정은 동작 효율을 개선하기 위한 궁극의 목적으로, 반응로 시스템 내의 동작 상태들에 대한 조정들을 실행하는데 사용될 수도 있다.Since bath slopes are typically associated with normal operating conditions within the reactor, and because bath slopes generally result in involuntary movement of the lance, the assessment of the operating states in the molten bath may be based on lance movement patterns. have. For example, lance movement is affected by various conditions including the lance position in the reactor including the lance in proximity to the molten bath; Slag levels, fluctuations in slag viscosity, melt bath temperature and the like. If the lance movement pattern indicates an undesirable operating state such that the lance is not immersed in the molten bath too deeply or at all, or the slag is too viscous, this determination is the ultimate goal to improve operating efficiency. It may also be used to make adjustments to operating conditions within the reactor system.

일 실시형태에서, 감지 디바이스는 랜스의 하단부 말단에 장착된다. 이러한 구성은 감지 디바이스를 실행가능한 만큼 용융 배스에서 멀리 떨어져서 위치시킴으로써, 즉 감지 동작 동안 용융 배스에 침지될 랜스의 하단부보다, 랜스 트롤리 및 호이스트와 같은 리프팅 장치 상에 장착될 수도 있는 랜스의 단부를 향해 감지 디바이스를 장착함으로써, 용융 배스에서의 상태들로부터 감지 디바이스를 보호한다.In one embodiment, the sensing device is mounted at the lower end of the lance. This configuration places the sensing device as far from the molten bath as practicable, i.e. toward the end of the lance, which may be mounted on lifting devices such as lance trolleys and hoists, rather than the lower end of the lance to be immersed in the molten bath during the sensing operation. By mounting the sensing device, the sensing device is protected from conditions in the molten bath.

감지 디바이스는 복수의 감지된 신호들이 송신되는 수신기에 무선으로 커플링되거나 하드 와이어링될 수도 있다. 수신기는 감지된 신호들을 분석하여 랜스 이동의 적어도 크기 및 방향을 결정하도록 구성된 프로세싱 수단을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 프로세싱 기능 중 일부 또는 전부는 원격 위치된 기지국에 포함될 수도 있다.The sensing device may be wirelessly coupled or hardwired to a receiver to which the plurality of sensed signals are transmitted. The receiver may comprise processing means configured to analyze the sensed signals to determine at least the magnitude and direction of the lance movement. Alternatively, some or all of the processing functionality may be included in the remotely located base station.

프로세싱 수단은 상부-침지된 랜싱 주입기 반응로 시스템의 오퍼레이터에게 감지된 신호들의 함수로서 용융 배스에서의 동작 상태들을 시각적으로 표시하기 위한 출력을 생성할 수도 있다. 일 실시형태에서, 출력은 랜스의 임의의 변위의 가시적인 표시자를 적어도 2 개의 차원들에서 제공하는 하나 이상의 그래픽 플롯들의 형태이다. 바람직하게, 랜스의 변위는 3 차원들로, 즉 X, Y, 및 Z 평면들에서 표시된다. 그래픽 플롯은 이동 맵의 형태를 취할 수도 있거나, 바 차트 또는 그와 유사한 형태를 취할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 가시적인 표시자는 오퍼레이터가 예컨대, 배스에서 바람직하거나, 바람직하지 않거나, 중립의 상태들을 표시하는 것으로 인식하는 수치 또는 컬러 디스플레이의 형태를 취한다.The processing means may generate an output for visually indicating operating states in the melt bath as a function of signals sensed to an operator of the top-immersed lancing injector reactor system. In one embodiment, the output is in the form of one or more graphic plots that provide a visible indicator of any displacement of the lance in at least two dimensions. Preferably, the displacement of the lance is indicated in three dimensions, ie in the X, Y, and Z planes. The graphical plot may take the form of a movement map, or may take the form of a bar chart or the like. In other embodiments, the visible indicator takes the form of a numerical or color display that the operator perceives as indicating, for example, desirable, undesirable, or neutral conditions in the bath.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템이 제공되고, 그 시스템은: 용융 배스; 침지 위치와 비침지 위치 사이에서 이동가능한 랜스로서, 상기 랜스는 하단부 및 상단부를 가지고, 하단부는 침지 위치에서 용융 배스 내로 하강되도록 구성되는, 상기 랜스; 및 랜스 상에 장착되고 랜스의 하나 이상의 이동들 및 랜스에 인가된 힘들을 감지하도록 구성된 감지 디바이스로서, 여기서 감지된 이동들 또는 힘들은 용융 배스에서의 동작 상태의 표시인, 상기 감지 디바이스를 포함한다.According to another aspect of the invention, a top-immersion lancing injector reactor system is provided, the system comprising: a molten bath; A lance movable between an immersion position and a non-immersion position, the lance having a lower end and an upper end, the lower end being configured to be lowered into the molten bath at the immersion position; And a sensing device mounted on the lance and configured to sense one or more movements of the lance and forces applied to the lance, wherein the sensed movements or forces are an indication of an operating state in the molten bath. .

일 실시형태에서, 랜스는 침지 위치와 비침지 위치 사이에 랜스를 위치시키도록 동작가능한 리프팅 장치 상에 장착된다. 랜스는 바람직하게 랜스의 하단부와 랜스의 상단부 중간에 있는 포인트에서 리프팅 장치 상에 장착된다. 추가로, 감지 디바이스는 용융 배스에서의 상태들로의 노출로부터 감지 디바이스를 보호하기 위해 바람직하게 랜스의 상단부에 근접하여 장착된다.In one embodiment, the lance is mounted on a lifting device operable to position the lance between an immersion position and a non-immersion position. The lance is preferably mounted on the lifting device at a point halfway between the bottom of the lance and the top of the lance. In addition, the sensing device is preferably mounted proximate to the upper end of the lance to protect the sensing device from exposure to conditions in the molten bath.

적절한 감지 디바이스들의 예들은 일반적으로 배향 센서들, 및 더 구체적으로 가속도계, 자이로스코프, 및/또는 자기계 중 하나 이상을 포함한다. 하나의 특별한 실시형태에서, 감지 디바이스는 내부 측정 유닛 (IMU) 이다.Examples of suitable sensing devices generally include orientation sensors, and more specifically one or more of an accelerometer, gyroscope, and / or magnetic field. In one particular embodiment, the sensing device is an internal measurement unit (IMU).

상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템은 감지 디바이스에 의해 송신된 복수의 감지된 신호들을 수신하도록 구성된 수신기를 더 포함할 수도 있다. 수신기는 감지된 신호들을 분석하도록 구성된 프로세싱 수단을 포함할 수도 있거나 대안적으로, 이러한 기능이 기지국과 같은 원격 디바이스에 포함될 수도 있다.The top-immersion lancing injector reactor system may further include a receiver configured to receive the plurality of sensed signals transmitted by the sensing device. The receiver may comprise processing means configured to analyze the sensed signals or, alternatively, such functionality may be included in a remote device such as a base station.

프로세싱 수단은 감지된 신호들의 함수로서 용융 배스의 동작 상태들을 시각적으로 표시하기 위한 출력을 생성할 수도 있다. 하나의 특정한 실시형태에서, 프로세싱 수단에 의해 생성된 출력은 랜스의 변위의 가시적인 표시자를 적어도 2 개의 차원들로 제공하기 위한 하나 이상의 그래픽 플롯들을 포함할 수도 있다. 바람직하게, 랜스의 변위는 3 개의 차원들에 대하여 플로팅된다.The processing means may generate an output for visually indicating the operating states of the molten bath as a function of the sensed signals. In one particular embodiment, the output generated by the processing means may comprise one or more graphic plots for providing a visual indicator of the displacement of the lance in at least two dimensions. Preferably, the displacement of the lance is plotted with respect to three dimensions.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템의 용융 배스에서의 동작 상태를 결정하기 위한 방법이 제공되고, 그 방법은 다음 단계들: 랜스 상에 장착된 감지 디바이스를 제공하는 단계; 랜스의 적어도 하단부를 침지 위치를 향해 용융 배스 내로 하강하는 단계; 랜스의 이동들 및/또는 랜스에 인가된 힘들에 응답하여 하나 이상의 감지된 신호들을 생성하는 단계; 및 감지된 신호들을 수신기에 송신하는 단계; 감지된 신호들을 프로세싱하여 랜스 이동 또는 랜스에 인가된 힘의 적어도 크기 및 방향을 결정하는 단계를 포함하며, 여기서 랜스의 이동 또는 랜스에 인가된 힘은 용융 배스에서의 동작 상태의 표시이다.According to another aspect of the invention, a method is provided for determining an operating state in a molten bath of a top-immersion lancing injector reactor system, the method comprising the following steps: providing a sensing device mounted on a lance Making; Lowering at least the lower end of the lance into the molten bath toward the immersion position; Generating one or more sensed signals in response to movements of the lance and / or forces applied to the lance; And transmitting the sensed signals to a receiver; Processing the sensed signals to determine at least the magnitude and direction of the lance movement or force applied to the lance, wherein the movement of the lance or the force applied to the lance is an indication of an operating state in the molten bath.

방법의 일 형태에서, 수신기는 용융 배스의 동작 상태에 관한 데이터를 감지된 신호들의 함수로서 유도하는 프로세싱 수단을 포함한다.In one form of the method, the receiver comprises processing means for deriving data concerning the operating state of the molten bath as a function of the sensed signals.

방법의 다른 형태에서, 수신기는 용융 배스의 동작 상태들에 관한 데이터를 감지된 신호들의 함수로서 유도하는 프로세싱 수단을 갖는 기지국에 통신가능하게 커플링된다.In another form of the method, the receiver is communicatively coupled to a base station having processing means for deriving data relating to operating conditions of the molten bath as a function of sensed signals.

랜스의 하나 이상의 이동들을 감지하는 단계는 바람직하게, X, Y, 및 Z 축들에서 랜스의 변위를 결정하는 단계를 포함한다.Sensing one or more movements of the lance preferably includes determining a displacement of the lance in the X, Y, and Z axes.

랜스의 하나 이상의 이동들 또는 랜스에 인가된 힘들을 감지하는 단계는 랜스의 가속도를 측정하는 단계; 랜스의 회전 이동을 측정하는 단계; 및/또는 진동 및/또는 변형을 측정하는 단계 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.Detecting one or more movements of the lance or a force applied to the lance may comprise measuring an acceleration of the lance; Measuring the rotational movement of the lance; And / or measuring vibration and / or deformation.

본 발명은 이제, 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다. 도시된 실시형태들은 오직 예들일 뿐이고, 첨부된 청구항들에 정의된 것과 같은 본 발명의 사상을 제한하는 것으로 취득되어서는 안 된다는 것이 이해될 것이다.
도 1 은 종래 기술에 따른 상부 침지식 랜스를 포함하는 용융 배스 용광로의 부분적으로 절단된 계략도이다.
도 2 는 종래 기술에 따른 상부 침지식 랜스를 도시하는 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 감지 디바이스와 피팅된 상부 침지식 주입 랜스를 도시하는 개략적인 도면이다.
도 4a 는 용융 배스 외부에 위치된 랜스를 도시하는 개략도이다.
도 4b 는 도 4a 에 도시된 개략도에 따라 랜스가 용융 배스 외부에 위치될 경우, 랜스의 변위를 X, Y, 및 Z 축들에서 표시하는 대응하는 그래픽 플롯이다.
도 5a 는 용융 배스의 표면 바로 위에 위치된 랜스를 도시하는 개략도이다.
도 5b 는 도 5a 에 도시된 개략도에 따라 랜스가 용융 배스 바로 위에 위치될 경우, 랜스의 변위를 X, Y, 및 Z 축들에서 표시하는 대응하는 그래픽 플롯이다.
도 6a 는 용융 배스에 대한 랜스의 정상 동작 위치를 도시하는 개략도이다.
도 6b 는 도 6a 에 도시된 개략도에 따라 랜스가 용융 배스에서 정상 동작 위치에 있을 경우, 랜스의 변위를 X, Y, 및 Z 축들에서 표시하는 대응하는 그래픽 플롯이다.
도 7a 는 용융 배스에서 비정상 동작 상태에 노출된 랜스를 도시하는 개략도이다.
도 7b 는 도 7a 에 도시된 개략도에 따라 랜스가 용융 배스에서 비정상 동작 상태에 노출될 경우, 랜스의 변위를 X, Y, 및 Z 축들에서 표시하는 대응하는 그래픽 플롯이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템의 용융 배스에서의 동작 상태를 결정하기 위한 방법을 도시하는 플로우차트이다.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the illustrated embodiments are only examples and should not be taken as limiting the spirit of the invention as defined in the appended claims.
1 is a partially cut away schematic view of a molten bath furnace comprising a top immersion lance according to the prior art.
2 is a schematic diagram illustrating a top immersion lance according to the prior art.
3 is a schematic diagram showing a top immersion injection lance fitted with a sensing device of the present invention.
4A is a schematic diagram illustrating a lance located outside the molten bath.
FIG. 4B is a corresponding graphical plot showing the displacement of the lance in the X, Y, and Z axes when the lance is located outside the molten bath according to the schematic diagram shown in FIG. 4A.
5A is a schematic diagram illustrating a lance located directly above the surface of the molten bath.
FIG. 5B is a corresponding graphical plot showing the displacement of the lance in the X, Y, and Z axes when the lance is positioned directly above the molten bath according to the schematic shown in FIG. 5A.
6A is a schematic diagram showing the normal operating position of the lance relative to the molten bath.
FIG. 6B is a corresponding graphical plot showing the displacement of the lance in the X, Y, and Z axes when the lance is in the normal operating position in the molten bath according to the schematic shown in FIG. 6A.
7A is a schematic diagram illustrating a lance exposed to an abnormal operating state in a molten bath.
FIG. 7B is a corresponding graphical plot showing the displacement of the lance in the X, Y, and Z axes when the lance is exposed to an abnormal operating state in the molten bath according to the schematic shown in FIG. 7A.
8 is a flowchart illustrating a method for determining an operating state in a melt bath of a top-immersion lancing injector reactor system according to one embodiment of the invention.

도 1 을 먼저 참조하면, 예시적인 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100) 이 도시된다. 반응로 (102) 는 경사진 지붕 (106) 에 의해 그 상단부에서 폐쇄되는 원통 쉘 (104) 을 가지고, 경사진 지붕 (106) 으로부터 유통관 (108) 이 오프-가스 보일러/열 교환기 (110) 로 상향 투영한다. 도 1 에서, 쉘 (104) 의 섹션이 반응로 (102) 의 내부가 보여질 수 있도록 제거되었지만, 쉘 (104) 은 탭 홀들로부터 떨어져서 그 높이의 모든 레벨들에서 원주상으로 계속된다. 지붕 (106) 은, 상부 침지식 주입 랜스 (114) 가 하향 관통하여 확장하여 랜스의 하단부 (115) 가 용융 배스 (116) 에 침지되도록 하는 주입구 (112) 를 하부에 갖는다. 반응로 (102) 는 또한, 요구되는 건식 야금 동작을 위한 원 (raw) 재료들이 배스 (116) 내에서 변화될 수 있도록 하기 위해 지붕 (106) 을 관통하여 개방된 피드 포트 (118), 및 반응로를 가열하기 위해 요구될 경우, 버너 (122) 의 삽입을 가능하게 하기 위한 버너 포트 (120) 를 갖는다. 랜스 (114) 는 연료/환원제 및 산소 함유 가스의 공급원들을 분리하기 위해 랜스 (114) 의 접속을 가능하게 하여, 랜스 (114) 를 하향 관통하는 이들 재료들의 분리된 통과를 가능하게 하고 연소 혼합물을 피드하기 위해 랜스의 하부 유출 단부에서 혼합하기 위한 커넥터들 (124) 을 갖는다. 연료 및 산소 혼합물의 연소는 랜스 (115) 의 하부 유출 단부에서 용융 배스 (116) 에 연소 구역뿐만 아니라, 포트 (118) 를 통해 충전된 원 재료들이 그 내부에서 요구되는 건식 야금 반응들을 발생하기 위해 용융 배스에 산재되게 하는 용융 배스 내의 강한 난류 (turbulence) 를 생성한다.Referring first to FIG. 1, an exemplary top-immersion lancing injector reactor system 100 is shown. Reactor 102 has a cylindrical shell 104 that is closed at its upper end by a sloping roof 106, from which the distribution pipe 108 passes to the off-gas boiler / heat exchanger 110. Project upward. In FIG. 1, the section of the shell 104 has been removed so that the interior of the reactor 102 can be seen, but the shell 104 continues circumferentially at all levels of its height away from the tapped holes. The roof 106 has an inlet 112 at the bottom that allows the upper immersion injection lance 114 to extend downward to allow the lower end 115 of the lance to be immersed in the molten bath 116. Reactor 102 also has a feed port 118 open through roof 106 to allow raw materials for the desired dry metallurgical operation to be varied within bath 116, and the reaction. If required to heat the furnace, it has a burner port 120 to enable insertion of the burner 122. The lance 114 allows the connection of the lance 114 to separate sources of fuel / reducing agent and oxygen containing gas, allowing separate passage of these materials through the lance 114 downwards and It has connectors 124 for mixing at the bottom outlet end of the lance to feed. Combustion of the fuel and oxygen mixture results in the combustion zone in the molten bath 116 at the lower outflow end of the lance 115 as well as in order to generate the dry metallurgical reactions required therein for which the raw materials charged through the port 118 are required. It creates strong turbulence in the molten bath that is interspersed in the molten bath.

도 2 에 도시된 것과 같은 랜스 (114) 는 본 발명의 감지 디바이스와 피팅된 상부 침지식 주입 랜스 (114) 의 하나의 예시적인 형태의 하단부의 개략적인 도면이다. 랜스 (114) 는 외부 파이프 (202), 내부 파이프 (204) 및 파이프들 (202 및 204) 사이에 중간 파이프 (206) 를 포함한다. 파이프들 (202, 204 및 206) 은 단면이 실질적으로 원형이고, 실질적으로 동심원으로 배열된다. 파이프들 (202 및 206) 사이에 정의된 환형 통로 (208) 는 공기의 공급을 가능하게 하지만, 파이프들 (204 및 206) 사이에 정의된 통로 (210) 는 산소의 공급을 가능하게 한다. 파이프 (204) 에 의해 정의된 보어 (212) 는 연료/환원제의 공급을 가능하게 한다. 도시된 것과 같이, 파이프들 (204 및 206) 은, 연료/환원제, 공기 및 산소가 파이프 (202) 의 하단부에서 연료의 효율적인 연소를 용이하게 하도록 혼합되는 혼합 챔버 (214) 를 제공하기 위해 파이프 (204) 의 하단부 위에서 랜스 (114) 의 전체 길이에 비해 짧은 거리에 종료한다. 랜스 (114) 는 상업적인 운영을 위해 약 25 미터까지의 길이와 약 0.5 미터까지의 외부 직경을 가질 수도 있다. 랜스 (114) 의 파일럿 플랜트 버전은 오직 약 4 미터 길이 및 약 0.075 미터 외부 직경일 수도 있다.A lance 114 as shown in FIG. 2 is a schematic view of the bottom of one exemplary form of an upper immersion injection lance 114 fitted with a sensing device of the present invention. The lance 114 includes an intermediate pipe 206 between the outer pipe 202, the inner pipe 204 and the pipes 202 and 204. The pipes 202, 204 and 206 are substantially circular in cross section and are arranged substantially concentrically. The annular passageway 208 defined between the pipes 202 and 206 enables the supply of air, while the passageway 210 defined between the pipes 204 and 206 enables the supply of oxygen. The bore 212 defined by the pipe 204 enables the supply of fuel / reducing agent. As shown, the pipes 204 and 206 may be configured to provide a mixing chamber 214 to provide a mixing chamber 214 where fuel / reducing agent, air and oxygen are mixed to facilitate efficient combustion of the fuel at the bottom of the pipe 202. Terminate short distance relative to the total length of lance 114 over the lower end of 204. The lance 114 may have a length of up to about 25 meters and an outer diameter of up to about 0.5 meters for commercial operation. The pilot plant version of the lance 114 may be only about 4 meters long and about 0.075 meters outer diameter.

지금부터 도 3 을 참조하면, 용융 배스에서의 동작 상태들을 결정하기 위한 감지 디바이스의 예시적 형태가 도 2 의 랜스와 결합하여 도시된다. 감지 디바이스 (302) 는 랜스 (114) 의 직경에 비해 확대되어 도시된다. 감지 디바이스 (302) 는 랜스 (114) 상에 장착되고, 관성력의 가속도와 같이 랜스에 인가된 힘들 및/또는 랜스의 이동을, 3 개의 차원들에서, 실질적으로 수평 평면 (X 축 (312) 과 Y 축 (314)) 에서 그리고 실질적으로 수직 평면 (Z 축 (316)) 에서 감지한다. 바람직하게, 감지는 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100) (도 1 참조) 의 동작을 통해 연속해서 발생하지만, 감지는 향후 감지된 신호들에 대한 비교의 체크 또는 포인트를 제공하기 위해 미리결정된 인터벌들로 발생하도록 프로그래밍될 수도 있음이 예상된다. 감지 디바이스 (302) 에 의해 감지된 이동들은 이하 패러그래프들에서 상세히 설명되는 것과 같이, 용융 배스 (116) (도 1 참조) 에서 동작 상태의 표시이다.Referring now to FIG. 3, an exemplary form of a sensing device for determining operating states in a molten bath is shown in combination with the lance of FIG. 2. The sensing device 302 is shown enlarged relative to the diameter of the lance 114. The sensing device 302 is mounted on the lance 114 and allows movement of forces and / or lances applied to the lance, such as acceleration of inertial force, in three dimensions, substantially in a horizontal plane (X axis 312 and In the Y axis 314 and in a substantially vertical plane (Z axis 316). Preferably, the sensing occurs continuously through the operation of the lansing injector reactor system 100 (see FIG. 1), but the sensing is at predetermined intervals to provide a check or point of comparison to future sensed signals. It is anticipated that it may be programmed to occur. Movements sensed by the sensing device 302 are an indication of the operating state in the molten bath 116 (see FIG. 1), as described in detail in the paragraphs below.

상부-침지식 랜싱 주입기의 내용물들이 가시적이지 않기 때문에, 오퍼레이터가 용융 배스에서의 동작 상태들에 대한 어떤 실제 평가를 가지는 것은 매우 어려울 수 있다. 통상적으로, 오퍼레이터는 어떻게 랜스가 특정 상태들에 반응하고 특정 상태들에서 작동할 것인지를 경험에 의해 학습할 것이다. 산소 함유 가스 및 연료의 용융 배스 내로의 주입은 슬래그가 배스에서 슬로핑하게 한다. 슬로핑 또는 배스 이동은 랜스 자체를 통해 주입된 가스들 또는 다른 재료들에 의해 유도된 힘들과 함께, 랜스의 다양한 무의식적인 이동들을 발생한다. 이동의 크기 및 방향과 함께, 용융 배스에서 적어도 부분적으로 침지된 랜스의 힘 및/또는 가속도 (도 3 의 각 방향 축들 상에 "G" 로 참조됨) 는 따라서 용융 배스에서의 동작 상태들의 신뢰할만한 표시자이다.Since the contents of the top-immersed lancing injector are not visible, it can be very difficult for the operator to have some practical assessment of the operating conditions in the molten bath. Typically, an operator will learn by experience how a lance will respond to and operate in certain states. Injection of the oxygen containing gas and fuel into the molten bath causes the slag to slope in the bath. Sloping or bath movement, along with forces induced by gases or other materials injected through the lance itself, generate various unconscious movements of the lance. Along with the magnitude and direction of the movement, the force and / or acceleration of the lance at least partially immersed in the molten bath (referred to as "G" on each of the directional axes of FIG. 3) is therefore a reliable It is an indicator.

예를 들어, 도 3 에 도시된 것과 같이, 감지 디바이스 (302) 는 랜스 (114) 의 하단부 (304) 말단에 장착된다. 이러한 구성은 감지 디바이스 (302) 가 용융 배스 (116) (도 1 에 도시) 에서의 상태들에 노출되는 것에 관여하지 않는다. 랜스 팁 (310), 즉 랜스의 하단부 (304) 맨 끝에서 발생하는 임의의 이동은 실질적으로 랜스의 상단부 (306) 로 변환된다. 따라서, 감지 디바이스 (302) 는 용융 배스에 침지될 랜스 (114) 의 하단부 (304) 말단에 장착될 수 있고, 용융 배스에서 동작 조건들에 관한 유용한 표시를 여전히 제공할 수 있다.For example, as shown in FIG. 3, the sensing device 302 is mounted at the lower end 304 end of the lance 114. This configuration does not involve the sensing device 302 being exposed to conditions in the molten bath 116 (shown in FIG. 1). Any movement that occurs at the end of the lance tip 310, ie the bottom 304 of the lance, is substantially converted to the top 306 of the lance. Thus, the sensing device 302 may be mounted at the lower end 304 end of the lance 114 to be immersed in the molten bath, and still provide a useful indication of operating conditions in the molten bath.

랜스 (114) 는 포인트 (308) 에서 (도시되지 않은) 리프팅 장치 상에 장착되거나 고정되며, 포인트 (308) 는 랜스의 하단부 (304) 와 상단부 (306) 중간에 있다. 랜스 (114) 의 위치가 상기 중간 포인트 (308) 에서만 고정되기 때문에, 랜스 팁 (310) 상에 작용하는 힘들에 의해 유도된 임의의 이동이 랜스 전체 길이를 통해 변환될 것이다. 랜스 (114) 를 리프팅 장치 자체에 장착하는 것은 랜스 (114) 에 접속된 다른 곳에서 분리된 물리적 제약에 의해 추가로 제공될 수 있는 물리적 제한의 소스를 제공하지만, 랜스 팁 (310) 에 인가된 힘 또는 이동의 변환은 상부-침지식 랜스 (114) 가 동작 동안 받는 상당한 힘들로 인해 어떤 경우에도 발생할 것이다.The lance 114 is mounted or fixed on the lifting device (not shown) at the point 308, which is between the bottom 304 and the top 306 of the lance. Since the position of the lance 114 is fixed only at the intermediate point 308, any movement induced by forces acting on the lance tip 310 will be translated through the lance full length. Mounting the lance 114 to the lifting device itself provides a source of physical limitations that can be further provided by physical constraints separated elsewhere connected to the lance 114, but applied to the lance tip 310. The change in force or movement will occur in any case due to the significant forces that the submerged lance 114 receives during operation.

감지 디바이스 (302) 에 의해 측정될 수 있는 이동들 및/또는 힘들의 범위는 적어도: 3 개까지의 차원들, 즉 X, Y, 및 Z 평면들에서의 변위; 가속력들; 회전 이동; 및 진동 또는 변형을 포함한다. 적어도 2 개의 차원들에서 랜스의 변위, 예컨대 X 및 Y 평면 변위를 측정하는 것은 배스 슬로핑으로 인한 변위의 신뢰할만한 표시자이다. 제 3 차원에서 측정 변위, 예컨대 정상 유체 슬래그에서 주입에 의해 야기된 Z 평면 이동은 동작 상태들의 추가의 표시자이다.The range of movements and / or forces that may be measured by the sensing device 302 includes at least: displacement in up to three dimensions, ie, X, Y, and Z planes; Acceleration forces; Rotational movement; And vibration or deformation. Measuring the displacement of the lance in at least two dimensions, such as the X and Y plane displacement, is a reliable indicator of displacement due to bath slope. The measurement displacement in the third dimension, for example the Z plane movement caused by the injection in the normal fluid slag, is an additional indicator of the operating states.

제안된 범위의 랜스 이동들은 배향 센서, 가속도계, 자이로스코프 또는 자기계와 같은 다양한 독립적인 센서들 중 하나 이상을 포함하는 감지 디바이스에 의해 감지될 수 있다. 대안적으로, 다양한 센서들의 기능은 관성 측정 유닛 (IMU) 의 형태로 단일 감지 디바이스에 제공될 수 있다.Lance movements of the proposed range can be sensed by a sensing device that includes one or more of a variety of independent sensors such as an orientation sensor, accelerometer, gyroscope or magnetometer. Alternatively, the functionality of the various sensors may be provided to a single sensing device in the form of an inertial measurement unit (IMU).

감지 디바이스는 감지 디바이스로부터 송신된 복수의 감지된 신호들을 수신하도록 구성된 수신기에 커플링된다. 수신기가 프로세싱 수단을 포함할 경우, 감지된 신호들은 수신기에 의해 분석되어 적어도 랜스 이동의 크기 및 방향을 결정한다. 대안적으로, 수신기가 프로세싱 수단을 포함하지 않는다면, 상기 기능성은 원격 위치된 기지국에 포함되지 않을 수도 있다. 임의의 경우에, 프로세싱 수단은 감지된 신호들을 분석하고 용융 배스의 동작 조건들을 시각적으로 표시하기 위해 출력을 생성한다. 출력은 상부-침지식 랜싱 주입 반응로 오퍼레이터에 의해 용이하게 해석될 수 있는 형태이다. 예를 들어, 그 출력은 랜스의 변위의 가시적인 표시자를 적어도 2 개의 차원들로 제공하는 하나 이상의 그래픽 플롯들의 형태로 제공될 수 있다. 그러한 그래픽 플롯들의 실시예들은 도 4b, 도 5b, 도 6b, 및 도 7b 를 참조하여 하기에 설명된다.The sensing device is coupled to a receiver configured to receive a plurality of sensed signals transmitted from the sensing device. If the receiver comprises processing means, the sensed signals are analyzed by the receiver to determine at least the magnitude and direction of the lance movement. Alternatively, if the receiver does not include processing means, the functionality may not be included in the remotely located base station. In any case, the processing means generates an output to analyze the sensed signals and to visually indicate the operating conditions of the molten bath. The output is in a form that can be easily interpreted by the top-immersion lancing injection reactor operator. For example, the output may be provided in the form of one or more graphic plots that provide a visual indicator of the displacement of the lance in at least two dimensions. Embodiments of such graphic plots are described below with reference to FIGS. 4B, 5B, 6B, and 7B.

데이터 포착, 저장 및 신호 프로세싱과 같은 다른 기능이 또한 수신기 내로 내장될 수도 있다. 대안적으로, 이들 기능들 중 일부 또는 전부가 기지국과 같은 원격 디바이스에 포함될 수도 있다.Other functions such as data acquisition, storage and signal processing may also be embedded into the receiver. Alternatively, some or all of these functions may be included in a remote device such as a base station.

수신기는 무선 네트워크, 예컨대 블루투스, 와이파이, 지그비 또는 무선 LAN, 또는 무선 WAN 예컨대 3G 또는 4G 네트워크들, 또는 가끔 사용가능할 수도 있는 다른 무선 네트워크들을 통해 기지국에 무선으로 커플링될 수도 있다. 대안적으로, 수신기는 수신기 또는 원격 기지국에 하드와이어링될 수도 있다. 이상적으로, 수신기로 송신된 데이터는 실시간으로 프로세싱되지만, 그 데이터는 배치들에서의 수신기로부터 획득되고 이후에 오프라인으로 프로세싱될 수 있는 것으로 간주된다. 감지된 데이터의 실시간 프로세싱은 현재 동작 상태들에 맞도록 동작 절차들의 실시간 모니터링 및 적응을 지원한다. The receiver may be wirelessly coupled to the base station via a wireless network such as Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee or Wireless LAN, or a wireless WAN such as 3G or 4G networks, or other wireless networks that may sometimes be available. Alternatively, the receiver may be hardwired to the receiver or remote base station. Ideally, data transmitted to the receiver is processed in real time, but it is considered that the data can be obtained from the receiver in batches and subsequently processed offline. Real-time processing of the sensed data supports real-time monitoring and adaptation of operating procedures to match current operating conditions.

지금부터 도 4a 및 도 4b 를 참조하여, 본 발명의 감지 디바이스를 사용하여 감지될 수 있는 동작 조건의 제 1 실시예가 도시된다. 먼저 도 4a 를 참조하면, 랜스는 "배스 외부에" 있고, 즉 랜스 팁 (310) 이 용융 배스 (116) 에 침지되지 않고 따라서 슬로핑 또는 배스 이동에 의해 어떤 힘도 그 위에 행사되지 않을 것이다. 이러한 구성에서, 설명되는 것과 같이, 도 4b 에 도시된 대응하는 출력 또는 그래픽 플롯 (400) 은 X, Y, 또는 Z 축들에서 랜스의 어떤 변위도 도시하지 않는다. "배스 외부의" 상태가 명확히 바람직하지 않으며, 이는 랜스 (114) 를 통해 주입된 가스들 또는 다른 재료들이 용융 배스 (116) 내로 직접 주입되지 않기 때문이고 또한 이것이 정상 동작 상태들 동안 랜스 팁 상에 형성하는 고형화된 슬래그의 코팅에 의해 보호되지 않을 랜스 팁 (310) 상의 추가의 마모를 야기할 수 있기 때문이다.Referring now to FIGS. 4A and 4B, a first embodiment of an operating condition that can be sensed using the sensing device of the present invention is shown. Referring first to FIG. 4A, the lance is "outside the bath", ie, the lance tip 310 is not immersed in the molten bath 116 and therefore no force will be exerted thereon by either slope or bath movement. In this configuration, as described, the corresponding output or graphic plot 400 shown in FIG. 4B does not show any displacement of the lance in the X, Y, or Z axes. The state "outside the bath" is definitely not desirable, because the gases or other materials injected through the lance 114 are not directly injected into the molten bath 116 and this is also on the lance tip during normal operating conditions. As it may cause additional wear on the lance tip 310 that will not be protected by a coating of solidified slag that forms.

지금부터 도 5a 를 참조하면, "상부 분사 (top jetting)" 상태가 개략적으로 도시되고, 여기서 랜스 (114) 위치는 용융 배스 (116) 에 침지되기에 매우 부족하다. 랜스 팁 (310) 은 용융 배스 (116) 표면 바로 위에 위치된다. 이러한 상태는 "배스 외부의" 상태와 유사한 이유들로 바람직하지 않으며, 즉 가스들 또는 다른 재료들은 용융 배스 (116) 내로 직접 주입되지 않고 랜스 팁 (310) 은 조기에 마모되도록 야기된다. "상부 분사" 상태는 예컨대 도 5b 에 도시된 것과 같은 그래픽 플롯 (500) 으로 표시된다. 이러한 그래픽 플롯 (500) 은 3 개 차원들에서 유사한 크기의 유사한 범위들의 이동으로 X, Y 및 Z 평면들에서 랜스의 상대적으로 동질적인 이동을 도시한다. 상기 패턴의 이동은 랜스 상의 배스 이동 또는 슬로핑의 제한된 영향으로부터 발생한다.Referring now to FIG. 5A, the "top jetting" state is schematically illustrated, where the lance 114 position is very insufficient to be immersed in the molten bath 116. The lance tip 310 is located directly above the molten bath 116 surface. This condition is undesirable for reasons similar to the "outside bath" condition, ie gases or other materials are not injected directly into the molten bath 116 and cause the lance tip 310 to wear prematurely. The "upper injection" state is represented by graphical plot 500 such as shown in FIG. 5B, for example. This graphic plot 500 shows the relatively homogeneous movement of the lance in the X, Y and Z planes with similar extents of movement in similar dimensions in three dimensions. The movement of the pattern results from the limited effect of bath movement or slope on the lance.

지금부터 도 6a 를 참조하여, 랜스 (114) 가 최적의 깊이로 용융 배스 (116) 에 침지되고 용융 배스 내의 슬래그가 유체인, 정상의 또는 바람직한 동작 상태가 도시된다. 그러한 바람직한 동작 상태들에서, 랜스 (114) 의 이동 패턴은 통상적으로, 도 6b 에 도시된 그래픽 플롯 (600) 에 의해 입증되는 것과 같이 X, Y 및 Z 평면들에서 랜스의 변위에 대한 일부 불규칙들을 도시할 것이다. 유사한 크기들의 랜스 변위들의 이러한 불규칙한 패턴은 최적 깊이에서 침지된 랜스 팁을 갖는 유체 슬래그에 의해 용이하게된 규칙적인 배스 슬로핑에 의해 야기된다.Referring now to FIG. 6A, a normal or preferred operating state is shown in which the lance 114 is immersed in the molten bath 116 to an optimal depth and the slag in the molten bath is a fluid. In such preferred operating states, the movement pattern of the lance 114 typically has some irregularities with respect to the displacement of the lance in the X, Y and Z planes, as evidenced by the graphic plot 600 shown in FIG. 6B. Will show. This irregular pattern of lance displacements of similar magnitudes is caused by regular bath slopes facilitated by a fluid slag with a lance tip immersed at the optimum depth.

지금부터 도 7a 및 도 7b 를 참조하여, 랜스 (114) 가 용융 배스 (116) 에 너무 깊게 침지되는, 비정상의 동작 상태의 실시예가 도시된다. 도 7b 에 도시된 결과적인 그래픽 플롯 (700) 은 X, Y 및 Z 평면들에서 랜스의 불규칙한 변위를 표시한다. 추가로, 변위들의 크기는 그 특성이 랜덤하다. 유사한 그래픽 플롯들을 발생할 수 있는 다른 인자들은, 슬래그가 매우 점성이 있어서 너무 낮은 배스 온도를 추가로 표시할 수도 있는 예측불가능한 배스 슬로핑을 발생하는 장소를 포함한다.Referring now to FIGS. 7A and 7B, an embodiment of an abnormal operating state is shown in which the lance 114 is immersed too deeply in the molten bath 116. The resulting graphic plot 700 shown in FIG. 7B indicates irregular displacement of the lance in the X, Y and Z planes. In addition, the magnitude of the displacements is random in nature. Other factors that can generate similar graphic plots include where the slag is very viscous to produce unpredictable bath slopes that may further indicate too low bath temperatures.

정상적인 가속력들이 또한 측정될 수 있고, 이는 유도된 파 모션 또는 배스 슬로핑과 같은 현상으로 인한 용융 배스와의 상호작용들로부터 발생할 것이다.Normal acceleration forces can also be measured, which will arise from interactions with the molten bath due to phenomena such as induced wave motion or bath slope.

감지 디바이스의 캘리브레이션을 통해, 정상적인 동작 상태들은 캘리브레이션된 상태들과 규칙적으로 또는 연속해서 비교될 수 있으며 따라서 오퍼레이터는 감지된 비정상들에 응답하여 반응로의 동작 파라미터들을 조정할 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 바람직하지 않은 동작 상태들이 검출될 경우 가시적인, 가청의 또는 촉각의 경고를 생성하도록 구성될 수도 있다. 가시적인 경고는 도면들을 참조하여 설명된 것과 같은 그래픽 플롯의 형태를 취할 수도 있다. 예컨대, 그래픽 플롯들 상의 링들은 오퍼레이터에게, 일 방향에서의 랜스 이동이 예컨대, "적색 존" 에 진입할 때, 이것이 배스 내의 바람직하지 않은 상태를 표시하고, 복구 액션이 취득되어야만 한다는 것을 더 명확히 표시하기 위해 코딩된 컬러일 수 있다. 반대로, 플롯이 예컨대, "녹색 존" 내에 머무를 경우, 이는 배스 내의 상태들이 바람직하지 않은 것을 표시할 수도 있지만, "황색 존" 은 상태들이 엄격하게 모니터링되어야만 하는 것을 표시할 수도 있다. 대안적으로, 가시적인 경고는 배스 내의 바람직한, 중립의 또는 바람직하지 않은 상태들을 표시하기 위해 수치 또는 컬러 코딩된 디스플레이, 예컨대 단일의 녹색, 황색 또는 적색 광으로 간략화될 수도 있다. 경고가 어떤 형태를 취하든지, 이는 반응로에서의 바람직하지 않은 상태들을 오퍼레이터에게 실시간으로 경고하여 정확한 액션이 시기적절하게 취득되게 하기 위한 것이다.Through calibration of the sensing device, normal operating states can be compared regularly or continuously with the calibrated states so that the operator can adjust the operating parameters of the reactor in response to detected abnormalities. For example, the device may be configured to generate a visual, audible or tactile alert when undesirable operating conditions are detected. The visible warning may take the form of a graphical plot as described with reference to the figures. For example, the rings on the graphic plots indicate to the operator more clearly that when a lance movement in one direction enters, for example, a "red zone", this indicates an undesirable condition in the bath and a recovery action must be obtained. May be color coded to Conversely, if the plot stays within, for example, a "green zone," this may indicate that the states in the bath are undesirable, while the "yellow zone" may indicate that the states should be strictly monitored. Alternatively, the visual alert may be simplified to a numerical or color coded display, such as a single green, yellow or red light, to indicate desirable, neutral or undesirable conditions in the bath. Whatever form the alert takes, it is to warn the operator in real time of undesirable conditions in the reactor so that correct action is obtained in a timely manner.

지금부터 도 8 을 참조하여, 앞서 설명된 것과 같은 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템의 용융 배스에서의 동작 상태를 결정하기 위한 방법 (800) 을 도시하는 플로우차트가 도시된다. 방법은 단계 (810) 에서 랜스 상에 장착된 감지 디바이스를 제공하는 것을 포함한다. 랜스의 적어도 하단부는 단계 (820) 에서 침지 위치를 향해 용융 배스 내로 위치되거나 하강된다. 감지된 신호들은 단계 (830) 에서 랜스의 이동에 응답하여 생성되고, 단계 (840) 에서 수신기로 송신된다. 단계 (850) 에서, 감지된 신호들은 적어도 랜스 이동의 크기 및 방향을 결정하도록 프로세싱된다. 랜스 이동의 크기 및 방향은 단계 (860) 에서 용융 배스에서의 하나 이상의 동작 상태들의 표시이다. 방법은 감지된 신호들이 계속해서, 또는 규칙적으로, 또는 심지어 랜덤한 인터벌들로 생성되어 용융 배스에서의 동작 상태들의 계속되는 모니터링을 제공하게 한다.Referring now to FIG. 8, a flowchart illustrating a method 800 for determining an operating state in a melt bath of a top-immersion lancing injector reactor system as described above is shown. The method includes providing a sensing device mounted on a lance at step 810. At least the bottom of the lance is positioned or lowered into the molten bath toward the immersion position in step 820. The sensed signals are generated in response to the movement of the lance in step 830 and transmitted to the receiver in step 840. In step 850, the sensed signals are processed to determine at least the magnitude and direction of the lance movement. The magnitude and direction of the lance movement is an indication of one or more operating states in the molten bath in step 860. The method allows the sensed signals to be generated continuously, regularly, or even at random intervals to provide continued monitoring of operating conditions in the molten bath.

본 발명의 감지 디바이스는 상부-침지된 랜싱 주입기 반응로들의 동작에 다양한 장점들 및 혜택들을 부여한다. 랜스 자체의 동작은 감지 디바이스에 의해 용융 배스에서의 상태들을 표시하기 위한 센서로서 작용한다. 랜스 모션을 측정함으로써, 다양한 반응로 동작 특징들이 획득되고, 측정되고, 기록되고, 준 최적인 감지된 상태들에 응답하여 정확한 액션이 시기적절한 방식으로 취득될 수 있도록 바람직하거나 취적의 플랜트 동작 상태들과 비교될 수도 있다. 그러므로, 반응로의 효율은 최적화될 수 있다.The sensing device of the present invention confers various advantages and benefits to the operation of top-immersed lancing injector reactors. The operation of the lance itself acts as a sensor for indicating the conditions in the molten bath by the sensing device. By measuring the lance motion, various reactor operating characteristics are obtained, measured, recorded, and desired or traced plant operating states such that accurate action can be obtained in a timely manner in response to quasi-optimal sensed states. May be compared to Therefore, the efficiency of the reactor can be optimized.

단어들 "포함한다 (comprise, comprises)", "포함되는" 또는 "포함하는" 이 (청구항들을 포함하는) 본 명세서에서 사용되는 경우, 이들은 언급된 피처들, 완전체 (integer) 들, 단계들 또는 컴포넌트들의 존재를 명시하는 것으로 해석될 것이며, 하나 이상의 다른 피처들, 완전체들, 단계들 또는 컴포넌트들, 또는 이들의 그룹의 존재를 또는 단계를 배제하려는 것은 아니다.When the words “comprise, comprise”, “included” or “comprising” are used herein (including claims), they are referred to as the features, integrals, steps, or It will be construed as specifying the presence of components and is not intended to exclude the presence or step of one or more other features, integrals, steps or components, or groups thereof.

본 발명은 제한된 수의 실시형태들과 함께 설명되었지만, 앞의 설명을 고려하여 다수의 대안적인 수정들 또는 변경들이 가능한 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 것과 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있을 수도 있는 것과 같은 모든 그러한 대안적인 수정들 및 변경들을 수용하도록 의도된다.Although the present invention has been described with a limited number of embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that many alternative modifications or changes are possible in view of the above description. Accordingly, the present invention is intended to embrace all such alternative modifications and variations as may be within the spirit and scope of the invention as disclosed.

Claims (23)

상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100) 으로서,
용융 배스 (116);
침지 위치와 비침지 위치 사이에서 이동가능한 랜스 (114) 로서, 상기 랜스 (114) 는 하단부 (304) 및 상단부 (306) 를 가지고, 상기 하단부 (304) 는 상기 침지 위치에서 상기 용융 배스 (116) 내로 하강되도록 구성되는, 상기 랜스 (114); 및
상기 랜스 (114) 상에 장착되고 상기 침지 위치에서 상기 랜스 (114) 의 하나 이상의 이동들 및 상기 랜스 (114) 에 인가된 힘들을 감지하도록 구성된 감지 디바이스 (302) 로서, 감지된 상기 이동들 또는 힘들은 상기 용융 배스 (116) 에서의 동작 상태의 표시인, 상기 감지 디바이스 (302) 를 포함하는, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100).As a top-immersion lancing injector reactor system 100,
Molten bath 116;
A lance 114 movable between an immersion position and a non-immersion position, the lance 114 having a lower end 304 and an upper end 306, the lower end 304 having the molten bath 116 in the immersed position. The lance 114, configured to be lowered into; And
A sensing device 302 mounted on the lance 114 and configured to sense one or more movements of the lance 114 and forces applied to the lance 114 in the immersion position, the sensed movements or Force includes the sensing device (302), which is an indication of an operating state in the molten bath (116). 제 1 항에 있어서,
상기 랜스 (114) 는 상기 침지 위치와 상기 비침지 위치 사이에 상기 랜스 (114) 를 포지셔닝하도록 동작가능한 리프팅 장치 상에 장착되고, 상기 랜스 (114) 는 상기 랜스 (114) 의 상기 하단부 (304) 와 상기 랜스 (114) 의 상기 상단부 (306) 중간의 포인트에서 상기 리프팅 장치 상에 장착되고, 상기 감지 디바이스 (302) 는 상기 랜스 (114) 의 상기 상단부 (306) 에 근접하여 장착되는, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100).The method of claim 1,
The lance 114 is mounted on a lifting device operable to position the lance 114 between the immersion position and the non-immersion position, the lance 114 being the lower end 304 of the lance 114. And on the lifting device at a point halfway between the upper end 306 of the lance 114 and the sensing device 302 mounted close to the upper end 306 of the lance 114. Immersion Lansing Injector Reactor System (100). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 감지 디바이스 (302) 는 배향 센서인, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100).The method according to claim 1 or 2,
The sensing device (302) is an orientation sensor. Top-immersion lancing injector reactor system (100). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 감지 디바이스 (302) 는 가속도계, 자이로스코프, 및 자기계 중 하나 이상을 포함하는, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100).The method according to claim 1 or 2,
The sensing device (302) comprises one or more of an accelerometer, gyroscope, and a magnetic field. 제 1 항에 있어서,
복수의 감지된 신호들을 수신하도록 구성된 수신기를 더 포함하는, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100).The method of claim 1,
The top-immersion lancing injector reactor system 100 further comprising a receiver configured to receive a plurality of sensed signals. 제 5 항에 있어서,
상기 수신기는 상기 감지된 신호들을 분석하여 랜스 이동의 적어도 크기 및 방향을 결정하도록 구성된 프로세싱 수단을 포함하는, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100).The method of claim 5,
And the receiver comprises processing means configured to analyze the sensed signals to determine at least the magnitude and direction of the lance movement. 제 5 항에 있어서,
상기 수신기는 신호들을 분석하여 랜스 이동의 적어도 크기 및 방향을 결정하도록 구성된 프로세싱 수단을 포함하는 원격 위치된 기지국과 통신가능하게 커플링되는, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100).The method of claim 5,
And the receiver is communicatively coupled with a remotely located base station comprising processing means configured to analyze signals to determine at least magnitude and direction of lance movement. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 프로세싱 수단은 감지된 신호들의 함수로서 상기 용융 배스 (116) 의 상기 동작 상태들을 시각적으로 표시하기 위한 출력을 생성하는, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100).The method according to claim 6 or 7,
And the processing means generates an output for visually indicating the operating states of the molten bath (116) as a function of sensed signals. 제 8 항에 있어서,
상기 출력은 상기 랜스 (114) 의 변위의 가시적인 표시자를 적어도 2 개의 차원들에서 제공하기 위한 하나 이상의 그래픽 플롯들의 형태인, 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100).The method of claim 8,
Wherein the output is in the form of one or more graphical plots to provide a visible indicator of displacement of the lance (114) in at least two dimensions. 상부-침지식 랜싱 주입기 반응로 시스템 (100) 의 용융 배스 (116) 에서의 동작 상태를 결정하기 위한 방법으로서,
랜스 (114) 상에 장착된 감지 디바이스 (302) 를 제공하는 단계;
랜스 (114) 의 적어도 하단부 (304) 를 침지 위치를 향해 상기 용융 배스 (116) 내로 하강시키는 단계;
상기 침지 위치에서 상기 랜스 (114) 에 인가된 힘들 및/또는 이동들에 응답하여 하나 이상의 감지된 신호들을 생성하는 단계;
상기 감지된 신호들을 수신기로 송신하는 단계;
상기 감지된 신호들을 프로세싱하여 랜스 이동 또는 랜스에 인가된 힘의 적어도 크기 및 방향을 결정하는 단계를 포함하며,
상기 랜스 이동 또는 상기 랜스 (114) 에 인가된 힘의 크기 및 방향은 상기 용융 배스 (116) 에서의 동작 상태의 표시인, 용융 배스 (116) 에서의 동작 상태를 결정하기 위한 방법.A method for determining an operating state in a melt bath 116 of a top-immersion lancing injector reactor system 100,
Providing a sensing device 302 mounted on the lance 114;
Lowering at least the lower end 304 of the lance 114 into the molten bath 116 toward an immersion position;
Generating one or more sensed signals in response to forces and / or movements applied to the lance 114 in the immersion position;
Transmitting the sensed signals to a receiver;
Processing the sensed signals to determine at least a magnitude and direction of a lance movement or force applied to the lance,
And the magnitude and direction of the lance movement or the force applied to the lance (114) is an indication of the operational state in the molten bath (116). 제 10 항에 있어서,
상기 감지된 신호들을 프로세싱하여 랜스 이동의 적어도 크기 및 방향을 결정하는 단계는, X, Y, 및 Z 축들에서 상기 랜스 (114) 의 변위를 결정하는 단계를 포함하는, 용융 배스 (116) 에서의 동작 상태를 결정하기 위한 방법.The method of claim 10,
Processing the sensed signals to determine at least the magnitude and direction of the lance movement comprises determining displacement of the lance 114 in X, Y, and Z axes. Method for determining the operating state. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 감지된 신호들을 프로세싱하여 랜스 이동의 적어도 크기 및 방향을 결정하는 단계는, 상기 랜스 (114) 의 가속도를 결정하는 단계를 포함하는, 용융 배스 (116) 에서의 동작 상태를 결정하기 위한 방법.The method of claim 10 or 11,
Processing the sensed signals to determine at least a magnitude and direction of lance movement comprises determining an acceleration of the lance (114). 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 감지된 신호들을 프로세싱하여 랜스 이동의 적어도 크기 및 방향을 결정하는 단계는, 상기 랜스 (114) 의 회전 이동을 결정하는 단계를 포함하는, 용융 배스 (116) 에서의 동작 상태를 결정하기 위한 방법.The method of claim 10 or 11,
Processing the sensed signals to determine at least a magnitude and direction of lance movement comprises determining a rotational movement of the lance 114, wherein the method for determining an operating state in the molten bath 116. . 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 감지된 신호들을 프로세싱하여 랜스 이동의 적어도 크기 및 방향을 결정하는 단계는, 진동 및/또는 변형을 결정하는 단계를 포함하는, 용융 배스 (116) 에서의 동작 상태를 결정하기 위한 방법.The method of claim 10 or 11,
Processing the sensed signals to determine at least a magnitude and direction of lance movement comprises determining vibrations and / or deformations. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete

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