专利名称：在冶金炉中的料层水平的测量的制作方法
技术领域：
所描述的实施例涉及冶金炉中所包含的材料水平的测量和相关的炉控制系统。
背景技术：
冶金炉用于加工进料以将进料中的金属和其它材料分离成冰铜和炉渣。可改变各种因素，包括将进料引入到炉内的速率、从炉提取出冰铜和炉渣的速率、用于熔化设备的电极和控制系统的操作，以控制将进料转变为冰铜和炉渣的过程。可需要监视在冶金炉中的进料量来控制这些因素中的某些因素和冶金炉的操作中的其它因素。
发明内容
在第一方面，本发明的某些实施例提供一种用于监视包含于冶金炉中的进料层水平的系统，包括至少一个非接触式传感器，其用以感测在进料层与参考位置之间的距离。至少一个传感器定位于进料层上方。该系统还包括一种过程控制器，其可通信地链接到至少一个传感器以基于所感测的距离来输出一种控制信号。
在某些示例中，至少一个传感器包括定位于进料上方的至少一个发射器。传感器具有对于包含于炉中的进料层的不受阻挡的视线。至少一个发射器被配置成用以将电磁信号朝向进料层投射出。该传感器还包括至少一个接收器，其被定位成用以从进料层的表面接收电磁信号的反射。传感器可通过操作来确定所感测的距离。在某些示例中，至少一个传感器相对于炉固定地安装。在某些示例中，炉包括多个进料端口且至少一个传感器靠近多个进料端口中的至少一个定位。在某些示例中，炉包括多个电极端口且至少一个传感器靠近多个电极端口中的至少一个定位。在某些示例中，至少一个传感器包括多个传感器，每个传感器生成至少一个相对应的感测距离，且过程控制器被配置成用以基于多个感测距离而生成控制信号。在某些示例中，过程控制器被配置成用以处理多个感测距离来提供进料层的表面的表面形貌。在某些示例中，该系统还包括显示器，其可通信地链接到控制器以显示多个感测距离中的任一个和表面形貌。在某些示例中，显示器远离所述炉。在某些示例中，过程控制器被配置成用以比较表面形貌与预定表面形貌，且基于该比较来提供表面输出信号。在某些示例中，过程控制器被配置成输出多个控制信号，每个控制信号基于多个感测距离中相对应的一个。在某些示例中，每个传感器包括雷达传感器。在某些示例中，该系统还包括包围着每个传感器的保护性外壳。
在某些示例中，每个保护性外壳包括法拉第笼以提供电磁屏蔽。在某些示例中，该系统还包括一种在每个传感器与进料层之间的热辐射屏蔽件，其用于阻止在传感器与进料层之间的传热。在某些示例中，热辐射屏蔽件基本上是对于电磁信号和反射而言透明的。在某些示例中，每个传感器定位于炉的炉顶中相对应的开口上方，开口提供了到进料层不受阻挡的视线。在某些示例中，参考位置为传感器的已知安装位置。 在某些示例中，控制器可操作以实时生成控制信号。在某些示例中，过程控制器可通信地链接到进料促动器，且被配置成用以生成进 料控制信号以基于进料控制信号来自动调节进料的进给速率。在某些示例中，过程控制器可通信地链接到电极促动器，且被配置成用以生成电极控制信号以基于电极控制信号来将电极自动地从第一位置移动到第二位置。在某些示例中，过程控制器可通信地链接到电极电源调节器，且被配置成用以生成电极控制信号以基于电极控制信号来自动调节供应到电极的电力。在某些示例中，至少一个传感器可移动地受支承以使得当传感器处于第一位置时至少一个传感器能感测第一感测距离、且当传感器处于第二位置时能感测第二感测距离。在某些示例中，至少一个传感器可操作以感测与进料层表面上的多个位置相对应的多个感测距离。在某些示例中，过程传感器被配置成用以从至少一个热传感器接收数据且处理所述数据。在某些示例中，至少一个传感器可定位成用以感测在第二材料层与参考位置之间的第二感测距离。在某些示例中，至少一个传感器包括第一传感器和第二传感器，其中第一传感器被定位成用于感测该感测距离，且第二传感器被定位成用以感测在第二材料层与参考位置之间的第二感测距离。在某些示例中，至少一个接收器包括至少两个接收器，并且至少一个发射器可通信地链接到至少两个接收器中的每一个。 根据第二方面，本发明的某些实施例提供了一种用于监视冶金炉中的进料层的方法，包括a)提供至少一个非接触式传感器，当炉在使用中时，非接触式传感器定位于包含在炉中的进料层上方山)使用传感器来感测在进料层的表面与参考位置之间的感测距离；c)提供过程控制器，其可通信地链接到控制器以基于感测距离而生成控制信号；以及d)输出所述控制信号。在某些示例中，步骤a)包括了在进料层上方的固定位置中设置至少一个发射器，并且在进料层上方设置至少一个接收器；以及步骤b)包括了将来自发射器的电磁信号朝向进料层的表面投射出，使用接收器来收集离开进料层表面的电磁信号的反射；以及，将电磁信号与反射相比。在某些示例中，该方法还包括以下步骤使用过程控制器来基于控制信号而控制以下的至少一个进料供应速率、电极位置和电极电源。在某些示例中，基于控制信号来控制进料供应速率、电极位置和电极电源中至少一个的步骤是由过程控制器自动地执行、而不需要用户干预。在某些示例中，至少将电磁信号与反射相比且输出控制信号的步骤，是由控制器实时地执行。在某些示例中，该方法还包括以下步骤提供显示器和基于控制信号来生成显示输出。在某些示例中，步骤a)包括了在进料层上方设置多个发射器，步骤b)包括了在进料层上方设置相对应的多个接收器，并且确定与每个发射器相对应的一个感测距离。在某些示例中，步骤c)包括了提供多个控制信号，每个控制信号基于一个感测距
离。 在某些示例中，步骤c)包括了基于多个感测距离来生成表面形貌，且基于表面形貌而生成表面控制信号。在某些示例中，该表面是包含于炉中的进料层的上表面。在某些示例中，该方法还包括以下步骤将至少一个传感器定位于第二位置中以感测介于参考位置与表面上的第二位置之间的第二感测距离。在某些示例中，该方法还包括以下步骤将至少一个传感器定位于第二位置中以感测介于参考位置与第二材料层之间的第二感测距离。根据第三方面，本发明的某些实施例提供了一种用于包含进料层的冶金炉的进料控制系统，这种进料控制系统包括至少一个非接触式传感器，其用以感测在参考位置与进料层的表面之间的距离。该传感器定位于该进料层上方。该系统还包括过程控制器，其可通信地链接到至少一个传感器且被配置成用以基于所述距离来输出控制信号。该系统还包括至少一个进料供应促动器，其可通信地链接到控制器以基于控制信号来自动调节进入到炉内的进料的流动。在某些示例中，至少一个传感器包括至少一个发射器，其固定地定位于进料层上方、且具有到进料层不受阻挡的视线。至少一个发射器被配置成用以将电磁信号朝向进料层投射出。该传感器还包括至少一个接收器，其固定地定位成用以从进料层的表面接收电磁信号的反射。根据第四方面，本发明的某些实施例提供一种冶金炉，包括反应器容器，其用于包含进料层，以及至少一个非接触式传感器，非接触式传感器安装到反应器容器上。传感器被定位成具有到包含于炉中的进料层的不受阻挡的视线。该传感器可操作来感测介于进料层的表面与传感器之间的感测距离。在某些示例中，该炉还包括过程控制器，其可通信地链接到至少一个传感器。该过程控制器可操作来基于感测距离而生成并且输出控制信号。在某些示例中，该炉还包括至少一个进料端口和至少一个进料供应促动器，进料供应促动器用于调节通过至少一个进料端口的进料流量。至少一个进料供应促动器可通信地链接到过程控制器以基于控制信号来自动地调节进入到炉内的进料的流动。在某些示例中，该炉还包括至少一个电极和至少一个电极促动器，至少一个电极可移动地接纳于相对应的电极端口内，至少一个电极促动器可操作来相对于反应器容器平移所述电极，每个电极促动器可通信地链接到过程控制器以基于控制信号来使得至少一个电极平移。
根据第五方面，本发明的某些实施例提供一种用于监视包含于冶金炉中的进料层水平的系统，包括至少一个非接触式传感器。其感测出在进料层与参考位置之间的距离。至少一个传感器定位于进料层上方。该系统还包括过程控制器，其可通信地链接到至少一个传感器以基于感测距离来输出控制信号。根据第六方面，本发明的某些实施例提供一种控制向冶金炉内供应进料的进给速率的方法。该方法包括以下步骤a)获得料层(charge bank)水平；b)获得炉渣水平；c)将料层水平与炉渣水平相比以确定料层高度；d)将料层高度与多个预定可接受的高度值相t匕；以及e)基于步骤d)的比较来调整进给速率和电极电力中的至少一个。
现将参看附图来详细地描述本发明的优选实施例，在附图中
图I为冶金炉的示例的示意图；
图2为冶金炉的另一不例的不意 图3为冶金炉的另一不例的不意 图4为冶金炉的不例的等距视 图5为冶金炉的炉顶的一部分的局部截面图，其具有安装到炉顶上的传感器；
图6为冶金炉的示例的示意 图7为冶金炉的示例的示意 图8为冶金炉的示例的示意 图9为冶金炉的控制系统的图解；
图10为冶金炉和该炉的控制系统的一示例的示意 图11为示出用于对冶金炉的控制系统进行操作的方法的示例的流程 图12为示出用于对冶金炉的控制系统进行操作的方法的另一示例的流程 图13为示出用于对冶金炉的控制系统进行操作的方法的另一示例的流程图；以及 图14为冶金炉的控制系统的另一示例的图解。为了简单且清楚图示起见，在附图中所示的元件未按照比例绘制。举例而言，为了清楚起见。这些元件中某些的尺寸可相对于其它元件有所夸大。另外，若适当考虑，附图标记在这些附图中重复以指示相对应或类似元件。
具体实施例方式将在下文中描述各种设备或过程以提供每个要求保护的发明的实施例的示例。所描述的实施例并不限制任何所要求保护的发明，且任何要求保护的发明可涵盖下文未描述的过程或设备。所要求保护的发明并不限于具有下文描述的任一设备或过程的所有特点的设备或过程、或者与下文所述的多个或全部设备共同的特点。下文所述的设备或过程可能并非任何要求保护的发明的实施例。在本文献中未要求保护的下文所述的设备或过程中所披露的任何发明可以是另一保护文件(例如，连续专利申请)的主题，且申请者、发明人或拥有者预期并不由于在本文献中的其公开而向公众放弃、弃权或献出任何这样的发明。首先参看图1，图I为冶金炉，例如炉100的示意图，其具有底表面、至少一个侧表面和顶表面，这些表面协同工作以限定炉或反应器容器108以在炉中包含熔化的材料。炉100包括传感器110，传感器110用于相对于传感器110确定在炉中的材料的位置或水平。基于在炉中的材料的水平，可修改炉的一个或多个操作参数，包括(例如)向反应器容器内引入额外材料的速率、和从反应器容器取出材料的速率。任选地，传感器110可通信地连接到任何合适仪器、促动器和控制器，从而使得可基于材料的水平而自动地调整操作参数，而无需人操作者的干预或输入。在本文所述的示例中，传感器110永久地或固定地连接到处于它们操作位置的炉100从而使得在炉使用时传感器110能执行正在进行的测量，而不是仅暂时地定位于炉上方用于一次测量。因此，传感器110被配置成用以耐受炉的预期操作条件。虽然任何给定传感器可相对于炉100移动或定位(即，可枢转、可旋转、可平移)，传感器110固定地连接到炉从而使得在炉使用时传感器保持处于它们的操作位置。应了解到，甚至永久安装的传感器可暂时移除或拆卸以用于进行检查、维护和替换。在图I中，由炉底(hearth)102提供了反应器100的底表面，由侧壁104提供了侧表面且由反应器顶部106提供了顶表面。这些元件一起限定了反应器容器108。反应器顶·部106包括至少一个进料端口 112，待熔化的材料或者进料可通过进料端口 112而被引入到反应器容器108内。到反应器容器108内的进料的流动或供应是在附图中由多个箭头114示意性地表示的。进料可为将在炉100中熔化的任何合适材料，包括例如矿石、金属等。当炉100在使用中时，进料熔化以形成大体上熔融的流体或浆，其能包括多种不同的组分。应了解，在这些组分的密度中的相对差异能导致反应器容器108中材料可预测的成层或分层。在图示示例中，在反应器容器108中的材料包含了熔融产物材料的层，其为熔炼操作的所需最终产物。取决于供应到炉100的进料的性质，熔融产物材料通常被称作金属相或冰铜相。应了解，本文所述的传感器和控制系统可被用在包含熔融金属相或熔融冰铜相的炉上。为了简单起见，本文所述的示例参考形成冰铜层116的熔融冰铜相，但应了解，备选地，熔融金属相可存在于本文所述的示例中的任何示例中。冰铜层116限定了一种可测量的冰铜层深度或厚度117。在冰铜层116上方浮动的是炉渣层118。炉渣层118是由限定了炉渣相的材料形成，其可包括杂质、较轻的熔融元素(可能包括不同金属组成)和当进料被熔化时所产生的其它副产物的组合。在某些示例中，炉渣层18包含通常不想要的或者不合需要的化合物，并且与冰铜相分开地从反应容器108提取。炉渣层118限定了炉渣层深度119。随着时间过去，在某些实施例中，在冰铜层116中的冰铜相的部分可凝固或冻结，并且形成固体冰铜粒子，其比冰铜相更致密，且因此倾向于沉淀到容器108的底部。这样的固体冰铜粒子可在容器108的底部处收集，并且可形成堆积层122，具有堆积层深度123。虽然为了方便和清楚起见，在这些层次之间的每个层次之间的界面被示意性地图示为直线，应了解到，这样的界面可不由单个平坦平面限定，而是替代地可在容器108整个表面上改变，且可限定界面子层，界面子层包括相邻相的混合物(例如，在炉渣层118与冰铜层116之间的炉渣相和冰铜相的混合物)。这些界面子层通常具有可测量的厚度。当炉100在使用时，进入的进料114可添加到反应容器108，反应容器108已经包含熔融冰铜材料与炉渣材料的组合。随着进料向炉的操作温度暴露，例如，在温度可介于1500-1700摄氏度之间的某些炉中，可消耗进料以产生额外冰铜和炉渣材料。如果进料引入到反应器容器108内的速率超过了包含于反应器容器108中的进料消耗(S卩，转变为冰铜和炉渣材料)的速率，示意性地图示为进料层120的进料的层可在炉渣层118上方以未熔化条件/状态积聚。所积聚的进料层也被描述为料层120，且在进料-炉渣相界面或进料/炉渣界面124与进料层126的上表面或暴露表面之间的距离限定了进料层深度或料层高度121。在进料/炉渣界面124与炉顶106 (或者在用于确定料层水平128的其它参考位置，在下文描述)之间的距离限定了炉渣水平125。在料层120的上表面126与反应器100上的预定点或参考点(例如在炉顶106上的点)之间的距离限定了料层水平128，在本文中也被称作自由空间(freeboard)高度。为了确定包含于反应器容器108中材料的水平或总深度130和/或料层水平128，传感器110可定位于炉100中的材料上方以测量或感测介于传感器110与料层120的上表面126之间的距离，在图I中表示为感测距离132。在某些示例中，可基于感测距离132计算料层水平128。例如，传感器110可安装于炉顶106上的已知位置从而使得传感器10相对于反应器容器108壁的位置是已知的。在此示例中，可通过比较或组合感测距离132与已知的传感器110相对于容器108的位置来 计算料层水平128。任选地，传感器100可定位成使得感测距离132大于或小于料层水平128，参看图3。在其它示例中，如在图2中所例示的那样，传感器110可定位于炉110的参考点之一处，从而使得感测距离132与料层水平128重合，从而可不必需额外计算来确定料层水平128。传感器110可通信地链接到控制器，例如过程控制器138。在传感器110与过程控制器138之间的链路可为单向链路(允许数据从传感器110发送到过程控制器138)或者双向链路(允许数据从传感器110发送到过程控制器138和从过程控制器138发送到传感器110)。任选地，过程控制器138可被配置成用以控制传感器110的操作且从传感器110接收信息，包括感测距离132。过程控制器138然后可生成一个或多个输出或控制信号，这些信号可用于提供用户反馈从而使得操作者能采取适当动作(即，作为开环控制系统)或者自动地控制反应器的一个或多个其它方面或操作参数，如下文详细地解释(即，作为闭环控制系统)。过程控制器138可使用任何合适的电缆或连接器而被连接到传感器110，这样的电缆或连接器可耐受炉100的预期操作条件。参看图2，炉100的示例，电弧炉包括反应器容器108，反应器容器108包含冰铜层116、炉渣层118和料层120。炉100的炉顶106包括用于接收进料114供应的一对进料端口 112和用于接纳相对应电极142的电极端口 140。电极142可为本领域中已知的任何合适电极，且能被可移动地接纳于电极端口 140内从而使得能使用任何合适的电极促动器(示意性地表示为电极促动器模块144)而调整电极142的竖直位置，例如基于在反应器容器108中的材料量。可使用本领域中已知的任何合适进料管道，例如管道146，来向每个进料端口 112供应进料。在图示示例中，进料管道146包括进给供应调节器，其用于控制或调节到反应器容器108内的进料的流量。如在图2中示意性地示出，进料调节器的一个示例包括了进给闸门150，其由闸门驱动器152驱动，闸门驱动器152用于物理地缩减且任选地完全阻挡进料管道146。随着通过进料端口 112添加进料，其可倾向于积聚在进料端口 112下方且然后随着添加额外进料，而分散到反应器容器108的其它部分。在图2中，料层120的上表面126被图示为具有倾斜或大体上圆锥形或角锥体状的形状，具有一定厚度或者在进料端口 112下方的料层高度121大于在其它位置(例如靠近电极142处)处的料层高度121，如图所示。在图示示例中，料层120被图示为具有所需料层高度121。在此状态，上表面126被图示为相对于炉渣层118的顶部，即进料/炉渣界面124，而处于所需位置。使用在图2右侧的虚线进行图解，上表面126’表示过多进料条件(其中，由于比可能消耗进料更快地将进料进给到炉100内，料层120已累积到不合需要的高度121’)。随着进料继续积聚，表面126’可上升超过在反应器容器108内所需操作位置，这导致小于所需料层水平128的感测距离132’。在某些炉中，具有有所增加的料层高度121的料层充当热绝缘体，其减小了从炉渣和冰铜相到自由空间区域(在料层表面126与炉顶之间的区域)内的传热。这种传热减小可导致炉中的材料过热，而这可导致料层表面126结壳且可降低熔炼效率。如在下文中更详细地解释，过程控制器138可链接到传感器110和闸门促动器152 二者，从而使得当传感器110检测到进料过多条件/状况时，即，当料层高度121已增加超出预定阈值时，可自动地限制进到炉内的进料流量，而无需操作者输入。 而且在图2中，上表面126〃表示进料不足的条件/状况(其中，由于比可能消耗进料的速度更缓慢地将进料进给到炉100内，料层高度121已减小到不希望的高度)。正如当在反应器进料不足时出现的比所需更薄的料层高度121能导致在炉顶106上的热点，以及由于高于预期的热损失(由于不存在料层120的绝热效果)而造成的有所降低的熔炼效率。在此示例中，在传感器110与上表面126"之间的感测距离将会超过所需或预期距离132。除了进给速率的变化之外，表面126相对于传感器110的位置(即，感测距离132)可基于其它炉操作而变化。例如，当炉在排出时，因为在炉中的材料总量减小，则介于表面126与传感器110之间的距离可增加(即，料层水平128可增加)。在其它示例中，如果炉被过度填充，则料层水平128可减小(S卩，表面126可朝向传感器110移动)。如果表面126到达在炉内的预定位置，例如在炉顶106的Im内，则感测距离132可减小到低于预定警报阈值条件，且过程控制器138可生成警报条件和/或基于警报条件的控制信号。任选地，过程控制器138可被配置成自动地停炉。在任一示例中，当实际感测距离132不同于预期或所需距离128时，或者如果料层高度121不同于所需高度范围时，那么过程控制器138可操作来控制闸门促动器152来以适当方式自动地调整进料供应速率，例如当反应器100进料不足时增加供应速率，且当反应器100进料过多或接近或经过警报阈值时减小供应速率。参看图2、图6、图7和图8，适于与炉100组合使用的传感器110的一个示例是雷达传感器110，其发射和接收电磁信号。雷达传感器和现有雷达传感器的操作原理是本领域中已知的且将在下文中仅简要地解释说明。当被配置为一种雷达传感器110时，每个传感器110包括用于生成和投射出电磁信号(例如微波脉冲或持续微波信号)的至少一个发射器部分和用于接收进来的电磁信号的至少一个相对应的接收器部分。由传感器110生成的外出的电磁信号(或EM信号)朝向反应器100中的材料,例如朝向上表面126而投射出。信号以已知的速率行进且具有其它已知的性质(包括信号频率和信号量值)。在本示例中，使用多个箭头154示出了外出电磁信号。当外出EM信号154接触相对着的物体，诸如上表面126时，外出信号154的至少一部分从上表面126被反射离开、且形成一种进入或反射的EM信号，在本文中使用多个波形箭头156示出。EM信号154的量值或发射功率可基于多种因素而选择，包括例如设施操作条件和可适用的安全调控。参看图2，每个传感器110可朝向在传感器110下方的料层120的一部分而投射出一种外出EM信号154。从每个传感器110接收的信息被中继到炉控制系统中的合适控制器，例如过程控制器138，其中，其能与预定炉操作参数进行比较，预定炉操作参数包括例如可接受的料层高度、料层水平警报阈值条件，所需或最佳的感测距离，可接受的感测距离的范围，以及存储于系统存储器或数据库中的一个或多个警报标准。基于比较(或查询)的结果，过程控制器138可生成一个或多个适当的输出或控制信号。任选地,传感器110可被配置成以大体上圆锥图案发射EM信号，由虚线158表不，随着接近所述料层120，其直径增加。以此方式投射出EM信号能允许每个传感器110确定上表面126在整个较大区域(即，在容器108中所保持的材料的总表面积的较大比例)上的 位置。在整个较大区域上的感测距离可允许传感器110测量出针对于在锥形投影158内的表面126的该部分而言的多个距离132。在收集了每个距离132之后，过程控制器138可任选地被配置成用以计算所有距离132的平均值和/或确定多个单独感测距离132值(例如，在给定测量区域内的最大和最小感测距离132)。通过将这些距离132与进料/炉渣界面124的位置进行比较，过程控制器138可确定多个料层高度121，包括最大高度、最小高度和平均高度。过程控制器138可基于最小、最大和平均距离132，最小、最大和平均料层高度121或其任何组合或子组合而生成控制信号。参看图6，在炉100的某些示例中，传感器110可使用任何合适的可移动地安装设备(包括例如平衡环158)而可移动地安装到炉100上，例如安装到炉顶106上。使用平衡环158，传感器110可相对于炉100枢转和/或旋转，允许每个传感器110在多个位置处进行多次测量。在某些示例中，平衡环可受到任何合适控制器(例如过程控制器138)控制且可被编程为以预定(或可能随机或伪随机)模式扫掠来测量并记录位于料层126的上表面126上的不同位置处的多个感测距离132。如上文所述，使用可移动传感器110记录的多个感测距离132可被处理以得到关于上表面126的轮廓或形貌的多种不同的信息(例如，平均料层闻度121、最大或最小料层闻度等)。在某些示例中，在炉100中的进料消耗速率在包围着炉100中(多个)电极142的料层120部分中增加。在某些示例中，靠近电极142的料层高度121可小于在炉100内其它位置处的料层高度121。在某些示例中，如在图6中所示的那样，包围着电极142的进料可被完全消耗，形成零进料高度，而在容器108中的其余位置仍可具有进料的积聚，提供一种可测量的料层120。在进料已经被完全消耗的情况下，炉渣层118的上表面176能向自由空间暴露，且能在传感器110的视线内。在这些示例中，传感器110可用于通过测量所述料层120的上表面126的位置来确定料层高度、和通过测量介于炉渣层118的暴露表面176与传感器110 (或其它参考位置)之间的距离来确定炉渣层118的水平。对上表面126和炉渣上表面176 二者的测量可被发送到过程控制器138以用于进一步处理，如本文所述的那样。
参看图3，示出了炉100，图示了可能传感器110安装位置的示例。如在图3的左侧上所示，传感器110可安装于炉上方，例如在炉顶106上方、且无需直接联接到炉100的任何部分。在此示例中，传感器Iio可安装到外部支承支架162上，外部支承支架162从邻近于炉100定位的外部支承结构(例如，建筑物的天花板或其它炉围封物，或者独立式支承结构)延伸和/或联接到该外部支承结构。传感器110可定位于炉顶106上方任何所需位置，且在炉顶106上方任何高度处，倘若传感器110与在炉顶106或在其它炉固定件中相对应的孔或孔口 164对准(在此情况下，孔口被示出为形成于进料供应管道142的一部分中，任选地在容纳着进料闸门150的管道142的部分中)。将传感器110与在炉100中的孔口 164对准确保了传感器110具有到炉100中包含的材料(例如料层120)不受阻挡的视线。提供不受阻挡的视线意味着在传感器110与在炉100中的材料(即，料层120)之间的路径基本上无障碍物或者将实质上干扰传感器110的所需操作的物体。安装于炉100上方的传感器110可被可移动地安装，例如使用如本文所述的平衡环，以记录在上表面126上多个位置处的距离测量。备选地或作为补充，传感器110可在对 应于炉100中多个孔口 164的多个位置之间是可移动的，使得传感器110能通过多个孔口164中每一个来进行距离测量。安装于炉100上方的传感器110将测量大于料层水平128的感测距离132。为了确定料层水平128，可将感测距离132与炉100的已知配置相比，包括了在传感器110与炉顶106或其它参考位置之间的相对距离。参看图3的右侧，传感器110定位于反应器容器108的内部体积或内部，且使用内部支承支架166来支承。传感器110可如本文所述使用平衡环而可移动地安装到内部支承框架116上或者允许传感器相对于内部支承支架166枢转和或旋转的任何其它合适设备。备选地或作为补充，内部支承框架166可被可移动地安装到容器108上，例如在轨或轨道系统(未图示)上从而使得内部支承支架166能竖直地平移，如由箭头168所示，和水平地平移(即，进入到如图3所图示的页面内)。内部支承支架166也可被配置成例如通过伸缩来延伸和收缩，如由箭头170所示。在传感器110和内部支承支架166的物理位置可改变(与简单地在适当位置枢转或旋转相对照)的示例中，传感器110、过程控制器或其它合适模块可被配置成用以当确定感测距离132时自动地考虑传感器110相对于容器108的物理位置。例如，通过将内支承支架166的竖直位置与已知参考位置相比来确定基线位置，且然后将感测距离132与基线位置相比来相对于参考位置确定料层水平128。备选地或作为补充，来自多个传感器110的感测距离(固定或可移动的传感器)可由任何合适的计算机或控制器(例如，过程控制器138)来编译或综合，以提供关于基本上整个上表面126 (或者至少可由一个或多个传感器110测量的上表面126的部分)的总形貌的信息。图4示出了具有安装于炉顶106上的多个传感器110的炉100的示例。在此示例中，传感器110靠近每个进料端口 112而设置，以监视在每个进料端口 112下方的料层高度，并且多个第二传感器110靠近每个电极端口 140而定位，以监视延伸到炉100内的每个电极周围的料层高度。在此示例中，传感器110中每一个可连接到单个过程控制器138，过程控制器138可接收并且处理来自每个传感器110的信号。备选地，或作为补充，可提供一个或多个子控制器160 (使用虚线示出)来从传感器110的一部分(例如靠近进料端口 112的多个传感器)收集信息，且然后向主要过程控制器138中继所收集的信息，或者基于所收集信息的输出信号。虽然被图示为包括四个进料端口 112和四个电极端口 140，应了解图4的炉100可具有任何所需数量的进料端口 112和电极端口 140 (若必需)。还应了解，额外传感器110(若必需)可被放置于整个炉100上的额外位置处，或者可使用更多或更少数量的传感器110(从而使得并非1:1的端口 112、140与传感器110的比例)。参看图7，在某些示例中，每个传感器110可包括单独的发射器和接收器构件。发射器构件可为任何合适的发射器或天线，包括号角/喇叭形、抛物线、杆形和其它类型的天线。如所例示的那样，传感器110包括发射器72和一对间隔开的接收器174。在此配置中，来自发射器172的外出的EM信号154可产生多个经反射的EM信号156，且每个接收器174可接收不同的反射信号156，这使得每个接收器174能感测不同距离132。任选地，发射器172可以是可移动的，且可发出一系列脉冲或外出信号154以便产生所需数量的反·射信号156。发射器172和接收器174可通信地链接到彼此并且链接到过程控制器138。在本文所述示例中的任何示例中，发射器(和任选地接收器)，例如发射器172或者整合传感器110的发射器部分，可包括天线阵列和任何其它合适构件，包括波导，滤波器和信号处理器。在某些示例中，传感器110可被配置成用以测量通往限定于炉100中材料中的多个表面或层的距离。如图8所例示，传感器110可被配置成用以发射一种外出的EM信号154，在EM信号通过多层材料时，外出的EM信号154进行具体校准或调制以产生可预测的部分反射156a-c。在图示示例中，当EM信号154接触所述料层120的上表面126时形成第一反射156a。此反射156a可由传感器10和/或过程控制器使用来确定料层高度。当EM信号156接触着限定在介于料层110与炉渣层118之间的界面处的炉渣层118的上表面176时,形成了第二局部反射156b。第二局部反射156b可用于计算所述界面176的水平(相对于传感器110或参考点)并且计算料层120的厚度。当EM信号154接触着介于炉渣层118与冰铜层116之间的界面178时形成第三局部反射156c。第三局部反射156c可用于计算所述界面178的水平(相对于传感器110或参考点)且用以计算炉渣层118的厚度。传感器10可包括多个接收器以收集局部反射156a_c，或者包括被配置成用以收集且译解每个反射156a_c的单个接收器。局部反射156a_c可基于多种因素(包括频率和衰减)使用已知方法而隔离。在本文所述示例中的任一示例中，来自任意多个传感器100的编译信息，任选地与来自其它炉仪器的输入相组合，可用于形成表面形貌图或轮廓(即，上表面126的形状的图形表示)，然后可将所形成的表面形貌图或轮廓与存储于数据库、存储器或其它合适系统构件中的一个或多个优选或所需表面形貌相比。任选地,如在图I、图2和图5中所例不，传感器110可被包入于外壳134中，外壳134可任选地保护所述传感器110免受污垢、灰尘、灰烬和其它微粒污染，以及提供所需程度的热和电磁屏蔽。外壳134可具备额外实用工具和监视设备来保护和监视该传感器110。例如，外壳134的内部可经由喷嘴184来利用冷却气体(例如空气)进行冲洗，喷嘴184与到气体供应系统(未图示)的软管186相连接。将过滤的冷却气体冲洗到外壳134内可帮助冷却所述传感器110，且可减少在外壳134内的灰尘和其它碎屑的积聚。任选地，外壳134可被配置成耐受可在炉100正常操作期间施加在外壳134上的预期压力荷载(例如当反应器容器108在微真空条件下操作时，或者当从炉中的材料发射相对高压气体时)。外壳134也可配备任何合适的温度传感器188 (例如热电偶或RTD)以允许远程监视所述外壳134的内部温度。任选地，来自温度传感器188的信息可被提供给过程控制器138。在某些炉100中，例如电弧炉中，安装到反应器容器108的传感器110可向可能干扰传感器操作及其相关联电子构件操作的高水平的电磁能量或者信号暴露。在这样的示例中，如在图5中所例示的那样，外壳134可包括电磁屏蔽构件，包括例如法拉第屏蔽或法拉第笼180，以衰减到达传感器110的电磁信号的量值。任选地，这样的电磁屏蔽可被配置成用以对在第一或选定频谱中的电磁信号进行滤波或筛选，而同时允许第二频谱中的电磁信号相对不受约束地通过外壳134。 备选地或作为补充，外壳134可包括一个或多个热辐射屏蔽元件以保护传感器110防止由包含于反射器容器108中的材料所发射的热辐射。任选地，热辐射屏蔽元件可被定位于传感器110与料层120上表面126之间。在这样示例中，可由特定材料形成热辐射屏蔽件，这种特定材料提供所需水平的热隔离、而同时仍允许传感器的所需操作(即，热辐射屏蔽对于传感器110基本上透明，从而使得其并不干扰传感器110的操作)。辐射屏蔽件可为任何合适材料，包括耐火布。在图示实施例中，热辐射屏蔽件被提供为一种包含耐火布136的可移除的盒。提供耐火布136作为可移除的盒允许移除耐火布以进行检查、维修和维护且然后再插入以提供所需屏蔽。使用可移除的盒也能允许用户利用不同材料来替换或替代耐火布136以适应不同的传感器110和不同的炉操作条件。在其它示例中，辐射屏蔽件可与传感器110 一体地形成，或者提供为一种附连到外壳134、反应器容器108或任何其它合适支承件的固定构件。外壳134为可被移除以允许对传感器110进行检查和维护，且可包括把手182以允许移除外壳134。应了解，炉可为任何合适类型的冶金炉(包括电炉和非电炉)，且用于向炉内添加进料的方法可为任何合适方法，包括(例如)连续、半连续或批量进料方案。虽然在上述示例中描述为雷达传感器，传感器可为任何合适类型的传感器，包括(例如)激光传感器、自动声响传感器(包括数字图像处理或光学感测)，光学传感器、μ介子粒子传感器、声传感器、脉冲或频率调制电磁传感器、超声传感器和yo-yo传感器。可基于任何给定传感器的特定要求来选择屏蔽材料和其它控制构件。虽然图示为简单示意图，应了解本文所述的任何炉可包括本领域中已知的任何合适特点，包括排出块(tap block)、耐火衬里和条件监视仪器、显示器和控制面板。反应器还可包括冗余控制机构，允许人操作者来直接地(手动控制一种促动器)或者间接地(使用补充或超驰控制系统)来超驰/超控上文所述的自动化特点中的任一个。参看图9和图14，用于监视在冶金炉内所包含的材料水平的系统的示例包括可通信地链接到中央过程控制器138的多个传感器110。应了解每个传感器110也可包括其自己的子控制器以用于执行基本计算且生成传感器输出数据，包括(例如)感测距离132。过程控件138也被连接到合适电源190且可任选地被配置为从其它炉仪器和传感器(包括RTD、热电偶、压力传感器和任何其它类型的传感器)接收任何合适数量的额外或辅助输入信号192，且生成并输出任何合适数量的辅助控制信号193以用于控制其它炉装备、仪器或过程。当与上文所述的示例相组合而使用时，过程控制器138被配置成用以向闸门促动器152输出进料控制信号222，以用于控制进料供应；且向电极促动器144输出电极控制信号218以用于控制所述电极142的移动；且向电极电源调节器194输出电极控制信号218以用于控制电极电力，以及任何其它合适的炉控制促动器。过程控制器138还包括存储器196，其用于存储多种炉操作参数的预定值的数据库，可将测量值与之进行比较。例如，存储器96可包括所存储的对于给定炉100(具有已知 的几何形状)的可接受或所需料层水平128的范围，满溢或最大填充阈值，其它警报条件阈值(最高温度、最低温度等)、可接受的料层高度121的范围和相对应的进料过多或进料不足的警报阈值(任选地也可包括警告阈值)。预定炉操作参数的特定集合可被提供用于每个炉(例如，如果该值取决于炉的几何形状)且用于每种类型的所产生的产物或引入到炉内的进料(其中的每一个可具有独特要求)。如图14所示，每个传感器110可包括天线230，其连接到用于发射电磁信号154的发射器172、和用于接收经反射的信号156的接收器174。任选地，传感器110可包括传感器子控制器210，其用于处理信号154、156来确定在传感器110与所感测的物体之间的距离(在上述示例中为距离132)。传感器110被配置成用以产生传感器输出信号212，传感器输出信号212可包括与由传感器110所测量的距离132有关的数据。在传感器110被定位成用以测量料层120的上表面126的位置的示例中，传感器输出信号212可被称作水平信号或料层水平信号。在某些示例中，传感器110并非可遥控的，且该系统可仅包括一种介于传感器110与过程控制器138之间的单向通信链路，例如，用于携载传感器输出信号212。在其它示例中，过程控制器138可被配置成用以控制所述传感器110或者某些其它相关的设备(例如，平衡环或者内支承支架)。在这样的示例中，过程控制器138可被配置成用以输出一种传感器控制信号214，传感器控制信号214可被发送到传感器110。在某些示例中，上文所述的电极促动器144和电极电源调节器194可被包含于单个电极控制单元216中。在此示例中，过程控制器138被配置成用以输出一种电极控制信号218，电极控制信号218可用于控制电极促动器144、电极电源调节器194或二者。在操作中，过程控制器138也可从电极控制单元216经由电极输出信号220来接收信息和数据。同样，过程控制器138可被可通信地链接到进料闸门促动器150(或者用于控制向炉内进给材料的进给速率的任何设备)从而使得过程控制器138可发送一种进给速率控制信号222和接收一种进给速率输出信号224。进给速率输出信号224可包括任何合适数据，包括当前进给速率和进料闸门150位置。显示器控制信号226可从过程控制器138发送到显示器200，且可包含任何合适的显示数据或信息。任选地，显示器输出信号228可从显示器200发送到过程控制器138以从显示器200传送信息用于进一步处理，显示器200包括了到过程控制器138的输入装置(例如，来自操作者的触摸屏输入)。任选地，过程控制器可被配置成用以从多种不同的炉传感器和设备来接收一个或多个辅助输出信号192。例如，如果给定炉包括多个热电偶或RTD以用于感测在炉中的多个温度，相对应的过程控制器138可被配置成用以接收多个温度输出信号192且使用所接收的温度数据用于进行进一步处理。除了接收辅助输出信号192 (输出信号192为来自各种炉仪器和上文所提到的传感器的输出信号，且用作到过程控制器138的输入)之外，过程控制器138可被配置成用以生成任何其它合适辅助控制信号193，辅助控制信号193可用于提供过程控制器输出数据、或者用于控制任何合适的系统或设备。当过程控制器138制造和安装时，辅助控制信号193的性质可为预定的，或者，过程控制器138可由操作者重新配置来基于该炉的变化的操作条件来提供不同的辅助控制信号193。过程控制器138还包括处理器198，处理器198可使用合适方法、算法或软件包来 加以配置以分析所测量的数据。参看图11，方法的一个示例始于步骤1100，其中过程控制器138从传感器110接收至少一个感测距离。感测距离数据可伴有多个其它信息，这些信息可由过程处理器138来理解和处理，包括(例如)传感器的位置信息、时间戳记信息、原始外出EM信号数据和原始反射的EM信号数据。在已从传感器接收了感测距离之后，在步骤1102，处理器198或过程控制器138的任何其它合适构件可接收感测距离132且导出料层水平128，且比较针对给定反应器100而言的可接受料层水平128的计算的范围。如果所测量的距离132等于可接受的值、或者属于可接受的值范围，那么可允许反应器100继续操作而无需进行干预，且可通过重复的步骤1100以任何所需取样速率(即，
一秒一次，一分钟一次等)再次测量距离。如果所得到的料层水平128不等于所需料层水平128，处理器198可在步骤1104判断所测量的高度是否大于所接受的水平。如果所测量的距离大于可接受的水平，那么过程控制器138可在步骤1106生成控制信号，例如，进料不足控制信号，其发送到进料供应促动器，例如闸门促动器152，导致闸门促动器152增加进入到炉内的进料供应。如果所测量的距离小于可接受的水平，那么过程控制器138可在步骤1108输出一种控制信号，例如，进料过多控制信号，其发送到进料供应促动器，例如闸门促动器152，导致闸门促动器152减少进入到炉内的进料供应。进料供应速率的适当改变的性质和量值可被存储于进给速率模块202和进料分配模块204中，或者由进给速率模块202和进料分配模块204来计算。进给速率模块202可向处理器提供关于应将进料供应速率改变多少的指令，且进料分配模块204可提供关于应在炉100内如何分配进料的指令。例如，连接到多个传感器110的一种过程控制器138可确定在给定炉中在炉的第一部分中的料层水平是可接受的，在炉的第二部分中的料层水平太高且在炉的第三部分中的料层水平太低。基于这些输入，过程控制器138可基于来自进给速率模块202和进料分配模块204的指令而个别地控制三个不同的闸门促动器152，以维持住在第一部分中的当前进给速率，减小供应第二部分的进料闸门的进给速率，且增加供应第三部分的进料闸门的进给速率。在完成了步骤1106或1108之后，方法返回到步骤1100，可以用任何所需取样速率(如上文所述)来执行步骤1100。备选地或者作为控制进入到炉100内的进料供应的补充，来自过程控制器138的控制信号可用于调整电极位置或电极功率。参看图I和图2，控制方法1200的另一示例可为一种进料控制系统且可始于步骤1202，此时过程控制器138从传感器110获得料层水平128且继续到步骤1204，在步骤1204中，过程控制器138也接收关于炉渣水平125的数据。在步骤1206，过程控制器138将料层水平128与炉渣水平125相比以获得料层高度121，在图示示例中，料层高度121是在两个水平125、128之间的差异。 在已计算了料层高度121之后，过程控制器138可前进到步骤1208，在步骤1208中，将所计算的料层高度121与一个或多个预定所需料层高度值相比，或者任选地存储于存储器中或者存储于远程存储单元中且由处理器检索的预定所需值的范围。基于在所计算的料层高度121与多个预定所需高度之间的对比，在步骤1210，过程控制器138判断所计算的料层高度121是否为可接受的、或者是否在可接受的范围内。若为可接受的，过程处理器138无需采取任何立即的行动或生成控制信号，并且方法1200可返回到1202以获得另一料层水平并且继续该监视过程。如果料层高度121是不可接受的或者不在可接受的范围内，方法1200继续到步骤1212，在步骤1212，过程控制器138确定所计算的料层高度121是否过高(S卩，大于存储于存储器中的所需值)。如果过高，方法1200前进到步骤1214，在步骤1214，过程控制器138生成进料控制信号且导致引入炉内的进给速率减小，例如通过控制所述闸门促动器152以关闭进料闸门150。一旦已减小了进给速率，方法1200返回到步骤1202且继续监视该炉。如果过程控制器138在步骤1212确定了料层高度低于所需范围，那么其可推断(或者根据预定值重新核查出)料层高度121比所需要的更薄(或者低于预定所需范围)。在此情况下，在步骤1216，过程控制器138可增加进给速率，由此增加引入到炉内的进料量。一旦已增加了进给速率，该方法返回到步骤1202以继续监视。参看图13，控制系统1300的另一示例可为紧急停止或溢流监视系统，其始于步骤1302，在步骤1302，过程控制器138从传感器10获得料层水平128。在步骤304，将所测量的料层水平128与存储于存储器中或者可由处理器访问的其它合适位置中的一个或多个预定警告和/或警报和/或停炉阈值相比。通过将所计算的料层水平128与所存储的阈值相比，过程控制器138可确定料层水平128是否低于预定警报阈值。若否，则该方法1300返回到步骤1302且继续监视料层水平128。如果料层水平128低于警报阈值，过程控制器138可生成警报输出(例如，汽笛、蜂鸣器、闪光灯或屏幕上警告讯息)且任选地，可输出额外控制信号以控制其它炉操作参数，包括(例如)减小所述进给速率。过程控制器138可被配置成用以自动地对炉操作参数进行控制，和/或其可提示人操作者采取校正行动。方法1300然后继续到步骤1310，在步骤1310中，过程控制器确定料层水平128是否超过预定停炉阈值(即，如果在上表面26与炉顶106之间的距离低于安全或所需限度)。若未超过，方法1300可返回到步骤1302。若超过，方法前进到步骤1314，在步骤1314，过程控制器138可输出紧急或停炉控制信号，其可使得该炉自动停炉或者将对炉100的控制转移给人操作者。在某些示例中，停炉100是一种复杂的多步骤过程，且可需要过程控制器138不被配置为在无操作者干预的情况下自动停炉。但是，可仍需要过程控制器138可操作来执行某些操作(自动地或者在接收了操作者输入之后)，包括(例如)向上拉电极，停止到炉内的进料供应以及建议从该炉排出冰铜和/或炉渣。在这些示例中，过程控制器38可作为闭环控制器操作，闭环控制器能自动地调整炉操作参数(即，进料供应速率、电极位置、电极电源、紧急停炉系统)而无需操作者干预。这样一种系统使得过程控制器138能自动地平衡电力使用以及递送到炉100的进料供应/分配来允许该炉在所需稳态条件下持续操作，例如用以持续地维持所述料层水平在可接受的范围内。 过程控制器138可为单独的自含式的单元，其可连接到现有炉控制系统(可能包括单独炉控制器)。备选地，过程控制器138可集成到炉炉控制系统，并且可用作主要的、任选地唯一的控制器，其用于控制上文所述的多个反应器操作。任选地，过程控制器138可被连接到显示设备，例如显示器200，其可用于实时向系统操作者显示多种数据，包括测量的或感测的距离，进给速率和当前料层水平。通过观察显示器200，操作者可确定给定炉的操作条件。显示器200可为本领域中已知的任何合适显示器，包括计算机监视器、电视显示器、光源、可闻听的警报器或其它音响/视觉装置。除了计算料层水平并且相应地调整进料供应速率之外，过程控制器138可被配置成用以通过比较所测量的数据中的任何数据与存储于存储器196中的预定警报阈值条件的数据库来生成警报信号。当检测到警报条件(即，满足或超过了警报阈值)时，过程控制器138可生成警报输出以通知系统操作者和/或自动地启动紧急协议，包括(例如)停炉。参看图10，炉100的示例包括多个传感器(如上文所述)和多个热传感器,例如远程温度二极管(RTD) 206，其位于炉100的侧壁上以感测在炉中材料中的温度变化，且基于由每个RTD所记录的温差来定位界面平面(表面)176、178、126。在此示例中，过程控制器138链接到每个RTD以及每个传感器110。过程控制器138可包括任何额外模块，例如温度测量模块208，以处理从RTD 206所接收的数据且外推表面176、178、126的位置。这条信息可与料层水平信息相组合，且用于生成可用来调整闸门促动器152、电极促动器144、电极电源调节器194和/或任何其它合适炉参数的合适控制信号。任选地，在上文所述的某些或全部示例中，在炉中的某些或全部材料(例如，料层、炉渣相和/或冰铜相)可利用可检测的材料而引晶(seeded with)以增进传感器的操作。例如，在使用雷达传感器的系统中，在炉中的材料可利用高度雷达反射性材料的粒子而引晶以提供增进的反射信号。任选地，可仅对某些相位引晶，或者每个相位可利用不同材料而引晶来增进传感器的在各层之间进行区分的能力。此处已经仅以举例说明的方式描述了本发明。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对这些示例性实施例做出各种修改和变化。
权利要求
1.一种用于监视包含于冶金炉中的进料层水平的系统，包括 至少一个非接触式传感器，其感测介于进料层与参考位置之间的距离，所述至少一个传感器定位于所述进料层上方， 过程控制器，其可通信地链接到至少一个传感器以基于感测距离来输出控制信号。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器包括 至少一个发射器，其定位于所述进料上方、且具有到包含于所述炉中的进料层的不受阻挡的视线，所述至少一个发射器配置成将电磁信号朝向所述进料层投射； 至少一个接收器，其定位成从所述进料层的表面接收电磁信号的反射，所述传感器可操作来确定所述感测距离。
3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，至少一个传感器相对于所述炉固定地安装。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述炉包括多个进料端口，且至少一个传感器靠近所述多个进料端口中的至少一个而定位。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述炉包括多个电极端口，且至少一个传感器靠近所述多个电极端口中的至少一个而定位。
6.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器包括多个传感器，每个传感器生成至少一个相对应的感测距离，且所述过程控制器配置成基于多个感测距离而生成所述控制信号。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述过程控制器配置成用以处理所述多个感测距离来提供所述进料层的表面的表面形貌。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括显示器，其可通信地链接到所述控制器以显示以下中至少一个，即所述多个感测距离中的任一个和所述表面形貌。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述显示器远离所述炉。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述过程控制器配置成用以将所述表面形貌与预定表面形貌相比，且基于所述比较来提供表面输出信号。
11.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述过程控制器配置成用以输出多个控制信号，每个控制信号基于所述多个感测距离中相对应的一个。
12.根据权利要求I至12中任一项所述的系统，其特征在于，每个传感器包括雷达传感器。
13.根据权利要求I至12中任一项所述的系统，其特征在于，还包括包围着每个传感器的保护性外壳。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，每个保护性外壳包括法拉第笼以提供电磁屏蔽。
15.根据权利要求2至13中任一项所述的系统，其特征在于，还包括介于每个传感器与所述进料层之间的热辐射屏蔽件，其用于抑制在所述传感器与所述进料层之间的传热。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述热辐射屏蔽件实质上对于所述电磁信号和所述反射透明。
17.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，每个传感器定位于所述炉的炉顶中相对应的开口上方，所述开口提供到所述进料层不受阻挡的视线。
18.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述参考位置为所述传感器的已知安装位置。
19.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述控制器可操作以实时生成所述控制信号。
20.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述过程控制器可通信地链接到进料促动器，且配置成用以生成进料控制信号以基于进料控制信号来自动地调节所述进料的进给速率。
21.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述过程控制器可通信地链接到电极促动器，且配置成用以生成电极控制信号以基于电极控制信号将电极自动地从第一位置移动到第二位置。
22.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述过程控制器可通信地链接到电极电源调节器，且配置成用以生成电极控制信号以基于所述电极控制信号来自动地调节供应到电极的电力。
23.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器可移动地受支承以使得所述至少一个传感器当所述传感器处于第一位置时能感测第一感测距离，且当所述传感器处于第二位置时能感测第二感测距离。
24.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器可操作以感测与所述进料层表面上的多个位置相对应的多个感测距离。
25.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述过程传感器配置成用以从至少一个热传感器接收数据且处理所述数据。
26.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器可定位成用以感测在第二材料层与所述参考位置之间的第二感测距离。
27.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器包括第一传感器和第二传感器，其中所述第一传感器定位成用于感测所述感测距离，且所述第二传感器定位成用以感测在第二材料层与所述参考位置之间的第二感测距离。
28.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少一个接收器包括至少两个接收器，且所述至少一个发射器可通信地链接到所述至少两个接收器中的每一个。
29.一种用于监视冶金炉中的进料层的方法，包括 a)提供至少一个非接触式传感器，当所述炉在使用中时，所述非接触式传感器定位在包含于所述炉中的所述进料层上方； b)使用传感器来感测在所述进料层的表面与参考位置之间的感测距离； c)提供过程控制器，其可通信地链接到所述传感器以基于所述感测距离而生成控制信号; d)输出所述控制信号。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，步骤a)包括在所述进料层上方的固定位置设置至少一个发射器，且在所述进料层上方设置至少一个接收器；且步骤b)包括将来自所述发射器的电磁信号朝向所述进料层的表面投射出，使用所述接收器来收集离开所述进料层表面的电磁信号的反射；以及，将所述电磁信号与所述反射相比。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤使用所述过程控制器而基于所述控制信号来控制以下中的至少一个进料供应速率、电极位置和电极电源。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，基于所述控制信号来控制所述进料供应速率、所述电极位置和所述电极电源中的至少一个的步骤，是由所述过程控制器自动地执行、而没有用户干预。
33.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，至少将所述电磁信号与所述反射相比并且输出所述控制信号的步骤，是由所述控制器实时地执行。
34.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括提供显示器和基于所述控制信号来生成显示输出的步骤。
35.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤a)包括在所述进料层上方设置多个发射器，步骤b)包括在所述进料层上方设置相对应的多个接收器，且确定对应于每个发射器的一个感测距离。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，步骤c)包括提供多个控制信号，每个控制信号基于一个感测距离。
37.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，步骤c)包括基于所述多个感测距离来生成表面形貌，并且基于所述表面形貌而生成表面控制信号。
38.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述表面是包含于所述炉中的进料层的上表面。
39.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤将所述至少一个传感器定位于第二位置以感测介于所述表面上的第二位置与所述参考位置之间的第二感测距离。
40.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤将所述至少一个传感器定位于第二位置以感测介于第二材料层与所述参考位置之间的第二感测距离。
41.一种用于包含进料层的冶金炉的进料控制系统，所述进料控制系统包括 至少一个非接触式传感器，其用以感测介于进料层的表面与参考位置之间的距离，所述传感器定位于所述进料层上方； 过程控制器，其可通信地链接到至少一个传感器且配置成基于所述距离来输出控制信号; 至少一个进料供应促动器，其可通信地链接到所述控制器以基于所述控制信号来自动地调节到所述炉内的进料的流动。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述至少一个传感器包括 至少一个发射器，其固定地定位于所述进料层上方、且具有到所述进料层不受阻挡的视线，所述至少一个发射器配置成用以将电磁信号朝向所述进料层投射； 至少一个接收器，其固定地定位成用以从所述进料层的表面接收所述电磁信号的反射。
43.一种冶金炉，包括 反应器容器，其用于包含进料层， 至少一个非接触式传感器，其安装到所述反应器容器上、且定位成具有到包含于所述炉中的所述进料层的不受阻挡的视线，所述传感器可操作来感测介于所述进料层的表面与所述传感器之间的感测距离。
44.根据权利要求43所述的炉，其特征在于，还包括可通信地与所述至少一个传感器链接的过程控制器，所述过程控制器可操作以基于所述感测距离来生成并输出控制信号。
45.根据权利要求44所述的炉，其特征在于，还包括至少一个进料端口和至少一个进料供应促动器，其用于调节通过所述至少一个进料端口的进料流量，所述至少一个进料供应促动器可通信地链接到 所述过程控制器以基于所述控制信号来自动地调节到所述炉内的进料的流动。
46.根据权利要求44所述的炉，其特征在于，还包括至少一个电极和至少一个电极促动器，至少一个电极可移动地接纳于相对应的电极端口内，至少一个促动器可操作来相对于所述反应器容器平移所述电极，每个电极促动器可通信地链接到所述过程控制器以基于所述控制信号来使得所述至少一个电极平移。
47.一种用于监视包含于冶金炉中的进料层水平的系统，包括 至少一个非接触式传感器，其感测介于进料层与参考位置之间的距离，所述至少一个传感器定位于所述进料层上方， 过程控制器，其可通信地链接到至少一个传感器以基于感测距离来输出控制信号。
48.一种控制向冶金炉内供应进料的进给速率的方法，所述方法包括 a)获得料层水平； b)获得炉渣水平； c)将所述料层水平与所述炉渣水平相比以确定料层高度； d)将所述料层高度与多个预定可接受的高度值相比；以及 e)基于所述步骤d)的比较来调整所述进给速率和所述电极电力中的至少一个。
全文摘要
描述了用于监视冶金炉中的进料层水平的各种系统和方法。至少一个非接触式传感器用于感测在进料层与参考位置之间的距离。链接到传感器的过程控制器基于感测距离来提供控制信号。控制信号可用于在冶金炉的操作中控制各种因素。
文档编号G01S13/08GK102884388SQ201180021225
公开日2013年1月16日 申请日期2011年4月26日 优先权日2010年4月26日
发明者A.萨德里, E.夏姆利, R.文迪蒂, A.克普斯, T.格里特森, S.索萨尔, B.乌耶达 申请人:哈茨有限公司