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Verfahren zur elektrischen Steuerung von Hochöfen od. dgl. Schachtöfen und Anwendung desselben zur Steuerung elektrisch angetriebener Trichterdrehwerke, der Winderhitzer- anlage und des Kühlwassers
Immer mehr wird im Hochofenbetrieb, insbesondere beim Übergang auf grössere Schachtdurchmesser, die Forderung gestellt, die Qualität des Roheisens von vorausbestimmter Zusammensetzung in engen Toleranzen einzuhalten und dieses Ergebnis mit geringstem Aufwand an Mitteln zu erreichen. Die Voraussetzung dafür sind u. a. niedrige Gichtgastemperaturen und ein ruhiger Ofengang, wodurch sich ausserdem eine Koksersparnis ergibt. Zu diesem Zweck muss bei gegebener Erz- und Brennstoffsorte die Steuerung der Betriebsabläufe im Hochofen durch ein Programm bestimmt werden, das anpassungsfähig ist.
Dabei muss durch das Programm die Steuerung in der Weise betätigt werden, dass die aus der Erfahrung gewonnenen Betriebsverhältnisse stets reproduzierbar sind. Weiterhin müssen Bedienungsfehler der Steuerung ausgeschlossen und deren Wartung einfach und möglichst während des Betriebes durchführbar sein.
Die bisher bekannten Steuerungen auf diesem Gebiet sind durchwegs motorisch angetrieben und z. B. mit dem drehbaren Fülltrichter über ein Kopierwerk gekuppelt, das nur ein starres Programm zulässt, welches auf den normalen Betriebszustand abgestimmt ist. Dabei können z. B. bei dem Trichterdrehwerk nur eine bestimmte Anzahl, z. B. sechs verschiedene Drehwinkel (0 , 60 , 120 , 180 , 240 , 300 und 360 0), angesteuert werden.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungsverfahren, bei dem die physikalischen Grössen, wie Wege, Zeiten, Temperaturen, Drücke und Durchflussmengen in ihrer jeweiligen Grösse als elektrische Zählwerte gemessen und an eine Steuerstelle rückgemeldet werden, wo durch ihre Speicherung eine Nachbildung der natürlichen Vorgänge geschaffen und ein Vergleich mit einem eingestellten Programm derart vorgenommen wird, dass bestimmte programmierte Zählgrössen bestimmte Steuerwirkungen auslösen.
Abgesehen von der Beeinflussung der Betriebsvorgänge im Sinne des eingestellten Programmes ist auf diese Weise auch die Erfassung der nicht gesteuerten Betriebsvorgänge möglich, soweit sie für das Ergebnis von Interesse sind. Weiterhin ist eine automatische oder manuelle Veränderung des Programmes dahingehend möglich, dass auch jede Abweichung des Hochofens vom normalen Betriebszustand korrigiert werden kann.
Erfindungsgemäss werden als Zählwerte elektrische Stromstösse verwendet, die auf mechanischer, elektro-optischer, magnetischer, elektrostatischer oder piezoelektrischer Basis erzeugt werden.
Die Anwendung auf optischem oder elektromechanischem Wege erzeugter Impulse für digitale Programmregelungen ist an sich bekannt. Dieses Verfahren fand jedoch im wesentlichen für die feinstufige Unterteilung von Messwerten, insbesondere zur codierten Übermittlung von Instrumentenanzeigen, Anwendung, jedoch nicht für die Regelung von Arbeitsvorgängen der Steuerung von Hochöfen od. dgl.
Schachtöfen, wobei durch die möglichst feine Abstufung besondere Vorteile erzielt werden.
Bei der Erfassung von Längs- oder Drehbewegungen ist als Impulsgeber z. B. ein Nockenschalter geeignet. Bei Temperaturen, Drücken u. dgl. wird entweder die Bewegung eines Messwerkes oder die Änderung eines damit gekoppelten elektrischen Widerstandswertes (z. B. über einen Selbstkompensator oder eine selbstabgleichende Wheatstone'sche Brücke) zur Impulsgabe verwendet. Die in Zählwerken gespeicherten Zahlen oder Zahlenkombinationen, welche binären, dekadischen oder andern Systems sein können, sind dem Augenblickswert der Messgrösse zugeordnet.
Die Zählwerke können erfindungsgemäss einer arithmetischen Reihe angehören oder einem beliebigen Gesetz folgen, das einer von der Einstellung abhängigen physikalischen Grösse angepasst ist.
Die Registrierung der Zählwerte kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in an sich bekannter Weise, z. B. durch einfache Rollenzähler, schreibende Registriergeräte, Relaisketten oder elektronische Mittel, wie Röhren, Transistoren oder Magnetkerne, erfolgen.
Die Abfrage der Zählgeräte erfolgt nach Anlegen einer Abfragespannung an die Speicherglieder, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass durch das eingestellte Programm die vorgegebenen und markierten Zählwerte eine bestimmte Wirkung hervorrufen.
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Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung, dass die Programmierung der Zählwerte durch Markierung derselben mittels elektrischer Potentiale, magnetischer Remanenzen oder auf andere, dem Zählverfahren angepasste Weise erfolgt.
Der Erfindungsgedanke sei an Hand zweier Ausführungsbeispiele erläutert, die weitere Einzelheiten der Erfindung enthalten, u. zw. an Hand der Steuerung des Trichterdrehwerkes und der Steuerung der Winderhitzungsanlage.
I. Steuerung des Trichterdrehwerkes :
In der Zeichnung ist die Schaltung des Trichterdrehwerkes dargestellt.
Dabei handelt es sich um die Bestimmung der Stelle des Ofenumfanges, wo das vom Aufzugshunt über den Drehtrichter auf die obere Gichtglocke aufgegebene Gut abgeworfen werden soll.
Das Steuerverfahren sei in folgende Abschnitte unterteilt : a) Registrierung der Trichterdrehung und Anhalten derselben, b) Wiederholung des Drehwinkels, c) Rückmeldung des Nachlaufens des Trichters und Berücksichtigung desselben bei der nächsten
Fahrt, d) manuelle Beeinflussung des Programmes ohne Änderung der Grundeinstellung, e) automatische Beeinflussung des Programmes ohne Änderung der Grundeinstellung und f) Einstellung der Schüttungsfolge in einer ein-oder mehrgängigen Schraubenlinie. a) Registrierung der Trichterdrehung und Anhalten derselben :
Nachdem das Schmelzgut durch einen Aufzugshunt oder auf andere Weise in den Drehtrichter auf die obere Gichtglocke aufgegeben ist, wird durch den Motorschalter 1 der Trichterdrehwerksmotor 2 in Bewegung gesetzt und der Drehtrichter beginnt sich zu drehen.
Dabei wird das einseitig im Drehtrichter liegende Schmelzgut von der Aufgabestellung weggeführt und an einer vorbestimmten Stelle (Winkelstellung) in den Ofen abgeworfen. Es kommt nun darauf an, zur Erreichung einer möglichst gleichmässigen Verteilung des abgeworfenen Schmelzgutes im Ofen sowie zur intensiven Vermischung von Brennstoff, Erz und Zuschlägen eine aus der Erfahrung gewonnene Reihenfolge von Drehwinkeln für die aufeinanderfolgenden Abwürfe des Schmelzgutes in den Ofen einstellen zu können und diese Einstellung möglichst genau, z. B. mit einem Winkelgrad Toleranz, einzuhalten. Diese Reihenfolge von Winkelstellungen sei als das Drehprogramm bezeichnet.
Zur Rückmeldung des von dem Drehtrichter effektiv durchlaufenen Drehwinkels ist mit dem Drehtrichter ein Impulserzeuger, z. B. in der Form eines Zahnkranzes 3 mit 360 Zähnen, fest verbunden, der in Verbindung mit einem Impulsgeber 4 bei jeweils einem Winkelgrad Drehung einen Stromimpuls erzeugt und auf das Impulszählwerk 5 gibt, dessen Impulsspeicher 6 die vom Drehtrichter durchlaufenen Winkelgrade zahlenmässig registriert und eine Verbindung mit dem zugehörigen Kontakt herstellt. Die 360 Kontakte des Impulsspeichers 6 sind mit ebensovielen Kontakten der Winkelwahlschalter 7, 8 parallel verbunden. Diese Winkelwahlschalter 7, 8 werden von Hand auf den Soll-Wert des gewünschten Drehwinkels eingestellt. An Stelle der gezeichneten zwei Winkelschalter 7, 8 sind in Wirklichkeit beliebig viele, im vorliegenden Falle z. B. zwölf solcher Schalter, vorhanden.
Durch den Programmfolgewähler 9 werden die Winkelwahlschalter 7, 8 in zyklischer Reihenfolge an das Motorabschaltschütz 10 angeschaltet. Ist z. B. durch den Programmfolgewähler 9 der Winkelwahlschalter 7 angeschaltet und erreicht der Impulsspeicher 6 die auf dem Winkelwahlschalter 7 eingestellte Zahl-z. B. entsprechend einem Winkel von 520 - so wird das Motorabschaltschütz 10 betätigt, das mit seinem Öffnerkontakt 10'den Trichterdrehwerksmotor 2 abschaltet und damit den Drehtrichter stillsetzt. b) Wiederholung des Drehwinkels :
Aus betrieblichen Gründen kann es erforderlich werden, die an jedem Winkelwahlschalter 7, 8 eingestellten Drehwinkel für mehrere aufeinanderfolgende Drehungen zu durchlaufen und erst dann mit dem Programmfolgewähler 9 den nächstfolgenden Winkelwahlschalter anzuschalten.
Die Zahl dieser Wiederholungen, die für alle Winkelwahlschalter gilt, ist einstellbar. Zu diesem Zweck wird durch einen Schliesskontakt M" das Motorabschaltschütz 10 jedesmal, wenn der Trichterdrehwerksmotor 2 stillgesetzt wird, auch der Wiederholungszähler 11 betätigt, dessen Schaltglied, der Wiederholungsspeicher 12, in seine nächste Stellung geschaltet wird. Die Kontakte des Wiederholungsspeichers 12 sind mit gleichnumerierten Kontakten des Wiederholungsschalters 13 verbunden. Der Wiederholungsschalter 13 wird von Hand auf die gewünschte Zahl der Wiederholungen eingestellt. Dadurch wird, wenn z. B. der Wiederholungsschalter 13 auf den vierten Kontakt eingestellt ist, nach der vierten Drehung mit z. B. 52 auch der Wiederholungsspeicher 12 auf seinen vierten Kontakt gelangen und damit das
Fortschaltrelais 14 zum Ansprechen bringen.
Mit seinem Schliesskontakt 14'betätigt es den Programmfolgezähler 15, dessen Kontaktfeld der Programmfolgewähler 9, auf seinen nächsten Kontakt schaltet und damit den nächstfolgenden Winkelwahlschalter 8 an das Motorabschaltschütz 10 schaltet. Für die nächsten vier Drehungen ist nunmehr die Einstellung dieses zweiten Winkelwahlschalters -z. B. 104 - massgebend usw.
Bei jedem Ansprechen des Fortschaltrelais 14 stellt dessen Öffnungskontakt 14" den
Wiederholungszähler 11 auf Null, d. h. sein Speicherkontakt 12 geht wieder in die Anfangsstellung.
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c) Rückmeldung des Nachlaufens des Trichters und Berücksichtigung desselben bei der nächsten Fahrt :
Auch der Impulsspeicher 6 des Impulszählwerkes 5 wird nach jeder Drehfahrt dadurch auf Null gestellt, dass ein Öffnerkontakt ss'" (Wischkontakt) des Motorabschaltschützes 10 die Halteleitung des Impulszählwerkes 5 stromlos macht und damit den Impulsspeicher 6 in seine Ruhestellung bringt. Durch diesen kurzzeitig wirkenden Kontakt ist der Impulsspeicher 6 sofort nach seiner Nullstellung für weitere Impulse des Impulsgebers 3, 4 wieder aufnahmebereit.
Solche Impulse können dadurch hervorgerufen werden, dass der Trichter nach Abschaltung des Trichterdrehwerkmotors 2 infolge seiner Massenträgheit noch weiterläuft, bis er auf Grund der Motorbremsung ganz zum Stillstand kommt. Dies würde eine Ungenaugiekeit der Einstellung des Drehwinkels verursachen, wenn sie nicht berücksichtigt würde. Daher werden diese Impulse des Trichternachlaufes gezählt und im Impulsspeicher 6 so festgehalten, dass bei der nächsten Drehung der Impulsspeicher 6 nicht von Null an, sondern von der Zahl der Nachlaufimpulse an zu zählen beginnt, damit die am Winkelwahlschalter 7 oder 8 eingestellte Zahl entsprechend früher erreicht wird.
Unter der praktisch zutreffenden Voraussetzung, dass die Zahl der Nachlaufimpulse unabhängig vom eingestellten Drehwinkel über grössere Zeiträume gleichbleibend ist, entspricht der tatsächlich durchfahrene Drehwinkel dem voreingestellten Wert der Winkelwahlschalter 7, 8 mit hinreichender Genauigkeit. d) Manuelle Beeinflussung des Programmes ohne Änderung der Grundeinstellung :
Es kann vorkommen, dass infolge ungleichmässigen Absackens des Schachtinhaltes vorübergehend bestimmte Winkelgrade bevorzugt beschickt und andere übersprungen werden müssen, ohne dass deswegen das Grundprogramm geändert werden soll. In diesem Falle genügt es, den Programmfolgewähler 9 in die entsprechende Stellung zu bringen, in der die Winkelwahlschalter 7, 8 mit dem notwendigen Drehwinkel angeschaltet sind und die nicht gewünschten übersprungen werden.
Dies geschieht durch ein- oder mehrmaliges Drücken der Fortschaltetaste 16 von Hand, durch die der Programmfolgezähler 15 jeweils um einen Schritt weitergeschaltet und somit der Programmfolgewähler 9 bis zu den Winkelwahlschaltern mit dem gewünschten Drehwinkelbereich gesteuert wird. e) Automatische Beeinflussung des Programmes ohne Änderung der Grundeinstellung :
Eine solche Beeinflussung der Programmfolge ohne Änderung des Grundprogrammes kann auch selbsttätig erfolgen, entsprechend den Unterschieden der Gichtgastemperaturen, die z. B. an vier gleichmässig auf dem Ofenumfang verteilten Stellen laufend gemessen werden.
Durch Temperaturvergleich auf elektrischem Wege wird bei grösseren Temperaturunterschieden ein für den betreffenden Winkelbereich massgebendes Relais zum Ansprechen gebracht, welches so lange die Füllung der betreffenden Stelle bewirkt, bis das Temperaturgleichgewicht hergestellt ist, worauf das Grundprogramm wieder weiterläuft. f) Einstellung der Schüttungsfolge in einer ein-oder mehrgängigen Schraubenlinie :
Auf eine Möglichkeit einer besonders gleichmässigen Schüttungsfolge, die mit dem beschriebenen Verfahren durchgeführt werden kann, sei noch hingewiesen. Mit den bisher bekannten starren Steuerungen konnte das Schüttgut immer nur mit einem steigenden Vielfachen eines Grundwinkels aus dem Trichter abgeworfen werden, so dass eine eingängige Schraubenlinie entstand.
Durch die Erfindung kann auch eine andere Schüttfolge, z. B. in mehrgängigen Schraubenlinien, bewirkt werden. Während bei stetig ansteigendem Vielfachen des Grundwinkels die Füllung in Form einer eingängigen Schraube erfolgt, da z. B. bei zwölf Schüttungen auf den Umfang die Drehwinkel 0 , 30 , 60 , 90 usw. 300 , 330 , 360 -0 aufeinanderfolgen, kann durch entsprechende Einstellung der Winkelwahlschalter 7, 8 auch die Folge 0 , 180 , 30 , 210 , 60 , 240 ..... 150 , 330 , 180 , 360 -
EMI3.1
1200, 2400, 300,II. Steuerung der Winderhitzungsanlage :
Die regenerativ betriebenen Winderhitzer (Cowper-Apparate) werden durch die Verbrennung eines eingeblasenen Gichtgas-Luft-Gemisches so lange beheizt, bis die in ihrer Kuppel gemessene Temperatur eine bestimmte Höhe erreicht hat. Danach wird die Beheizung abgeschaltet und der aufzuwärmende Wind, der später durch die Düsen in den Hochofen eingeblasen wird, hindurchgeleitet.
Mit dem Temperaturmesser wird erfindungsgemäss ein Impulsgeber verbunden, der bei steigender oder fallender Temperatur in bestimmten Temperaturintervallen positive oder negative Impulse erzeugt.
Die Intervalle können z. B. von 5 zu 5 C gewählt werden. Vom Impulsgeber wird ein Zählwerk betätigt, das je nach Impulsart vor-oder rückwärts zählt und dessen Stellung mithin der jeweiligen Kuppeltemperatur entspricht. Durch einen Stufenschalter, der auf die gewünschte Höchsttemperatur eingestellt ist, wird ein Relais zum Ansprechen gebracht, welches Strom erhält und anzieht, sobald das Zählwerk die entsprechende Stellung erreicht hat. Das Relais leitet über Schütze und Steuermotor die Abstellung der Winderhitzerbeheizung ein. Hienach steht der Winderhitzer zur Erhitzung des Windes zur Verfügung bereit. Jeder der vorhandenen zwei oder drei Winderhitzer des Hochofens besitzt eine solche Anlage.
Auf dem Wege von dem Winderhitzer zum Hochofen muss der Heisswind durch mehrere Regelungen den Erfordernissen des Hochofens angepasst werden.
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Um seine Menge auf einem bestimmten Soll-Wert konstant zu halten, betätigt ein mit einem Impulsgeber versehenes Messgerät-ein Mengenmesser-ein vor-und rückwärtswirkendes Zählwerk, das mit einem eingestellten Wahlschalter in Verbindung steht. Weicht die Impulszahl nach oben oder unten von dem Soll-Wert ab, so wird durch ein Relais die entsprechende Verstellung des Haupt-Windschiebers bewirkt, bis die gewünschte Luftmenge wieder erreicht ist.
Um die Temperatur in der Windleitung zwischen Winderhitzer und Düsen auf einem bestimmten, einstellbaren Wert zu halten, wird vom Thermometer ein Zählwerk betätigt, das bei Abweichung vom Soll-Wert durch gegenläufige Verstellung von zwei Schiebern Kalt- und Heisswind in dem erforderlichen Verhältnis mischt.
Auch der Druck in der Windleitung kann bei Bedarf entsprechend einem vorgegebenen Wert nach dem gleichen Verfahren konstant gehalten werden.
Da die gesamte Heisswindmenge. möglichst gleichmässig auf die Düsen und Formen verteilt dem Hochofen zugeführt werden muss, werden die Düsenstöcke mit Schiebern und Durchflussmengenmessern versehen. Die Mengenmesser stellen über Impulse Zählwerke ein, deren Stellungen den gewünschten Teilmengen entspricht. Weicht ein Zählwerk in seiner Stellung vom Soll-Wert ab, so wird der zugehörige Schieber automatisch sinngemäss verstellt.
Ist infolge Abkühlung des Winderhitzers die gewünschte Temperatur des Heisswindes nicht mehr zu erreichen, so wird selbsttätig der benutzte Winderhitzer von der Heisswindleitung abgeschaltet und auf den bereitstehenden, aufgeheizten Winderhitzer umgeschaltet. Die Rückmeldungen der Schieberstellungen erfolgen ebenfalls mittels Impulsen, so dass mit dem beschriebenen, erfindungsgemässen Verfahren eine einwandfreie gegenseitige Kupplung und Verriegelung sichergestellt ist.
In entsprechender Weise lässt sich das Verfahren z. B. auch auf die Kühlwassersteuerung anwenden, wobei die gemessene Temperatur, die Menge und gegebenenfalls der Druck des Kühlwassers durch Zählgrössen positiver oder negativer Art an eine Steuerstelle rückgemeldet wird, wo sie, verglichen mit einem eingestellten Regelprogramm, die entsprechenden Regelvorgänge auslösen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur elektrischen Steuerung von Hochöfen od. dgl. Schachtöfen, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Messgrössen, wie Wege, Zeiten, Temperaturen, Drücke und Durchflussmengen in ihrer jeweiligen Grösse durch Zählwerte an eine Steuerstelle zur Speicherung rückgemeldet und dort mit einem einstellbaren Programm von beliebiger Unterteilung verglichen werden, wobei bestimmte programmierte Zählgrössen bestimmte Steuerwirkungen auslösen.