CN104662178A - 通过在熔化过程的开始阶段中从状态测定中进行的闪变预测在电弧炉中降低闪变 - Google Patents

通过在熔化过程的开始阶段中从状态测定中进行的闪变预测在电弧炉中降低闪变 Download PDF

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Abstract

本发明利用以下认识：可预料的闪变可以以较高的可能性从合适的状态参量及运行参量中确定，在熔化阶段中在前数分钟里检测到所述状态参量及运行参量。通过这种方式可以有效地降低闪变并且将其保持在预先给定的极限值之下。本发明尤其在使用电弧炉的情况下炼钢时适用。

Description

通过在熔化过程的开始阶段中从状态测定中进行的闪变预测在电弧炉中降低闪变
技术领域
本发明涉及用于在借助于电弧炉炼钢时降低闪变的一种方法和一种装置。
背景技术
在电弧炉中，为了进行炼钢而主要使废料熔化。首先，百分之百地使用废料的电弧炉产生谐波电流辐射，所述谐波电流辐射经常在超过特定的极限值时要向相关的能量供应企业课以违约处罚。因此，在炼钢厂中安装了补偿设备（SVC），用于降低谐波电流辐射、比如闪变及谐波振荡，以便遵守预先给定的极限值。但是，这样的SVC系统仅仅关于已经产生的电网干扰之事对在所述电弧炉中在废料熔化时所产生的谐波振荡或者闪变作出反应，并且尤其如果在薄弱的供电网上运行所述电弧炉，则不能总是遵守所规定的极限值。
为了避免太高的闪变值，已知不同的传统的补救措施。比如提供一种低闪变的熔化运行状态，在该熔化运行状态中将相应所选择的、具有最小的KSt数值的废料混合物、在炉回路（Ofenkreis）中的附加电抗以及控制技术上的参数设定用于使电弧稳定。在此，所述KSt数值是一种数值，该数值尤其描述了所述废料的种类、重量及密度。按照UIE，这个数值在48与85之间。作为在所述炉回路中的附加电抗，比如可以使用炉变压器附加扼流圈（Ofentrafovordrossel）。数十年以来，以传统的方式额外地使用所谓的补偿设备（SVC），用所述补偿设备可以将所产生的闪变降低到大约一半。同样已知传统的、具有基于IGBT（绝缘栅门极晶体管Insulated Gate Bipolar Transistor）的电源变频器的SVC系统，如果应该将所述闪变降低超过两倍，则要使用所述具有基于IGBT的电源变频器的SVC系统。
但是，这些传统的措施要么与较高的投资及运行成本相关联，要么与在生产中的损失相关联。不仅废料成分及质量对谐波电流辐射有影响，同样电极调节方案的调节性能以及在废料熔化阶段中的处理方式都可能使人觉察到谐波电流辐射的产生。因此，在很大程度上操作人员要不断识别废料运动及废料崩塌（Schrotteinstürze）。传统的电极调节方案在这里只会在后来对这些事件作出反应。仅仅已知传统的、后来对炼钢过程进行干预的方案。相应地，传统的补偿设备只能对在熔化时的状态作出反应，并且而后经常会超过所述预先给定的极限值。
发明内容
本发明的任务是，如此提供用于在借助于电弧炉炼钢时降低闪变的一种方法和一种装置，从而有效地降低谐波电流辐射、尤其是闪变并且以较高的可能性遵守极限值。应该额外地实现熔炉的最大可能的熔化性能或者最大可能的效率（Leistungseinbringung）。
该任务通过一种按独立权利要求所述的方法和一种按从属权利要求所述的装置得到解决。
按照第一方面，提供一种用于在借助于电弧炉炼钢时降低闪变的方法，其中借助于存储机构来提供闪变数据库，在所述闪变数据库中保存了瞬时闪变的、取决于状态参量及运行参量的时间上的总曲线；借助于检测机构在炼钢过程的开始的熔化阶段中测量瞬时闪变的时间上的曲线并且确定所属的状态参量及运行参量；借助于计算机构在考虑到所述状态参量及运行参量的情况下将瞬时闪变的、在熔化阶段中的所测量的时间上的曲线与所述闪变数据库的总曲线的、熔化阶段的所保存的时间上的曲线进行比较；借助于所述计算机构作为闪变的所预测的总曲线来选择具有瞬时闪变与状态参量及运行参量的最大的一致性的、时间上的总曲线；借助于控制机构在将所预测的总曲线与预先给定的、用于闪变的极限值进行比较时预防性地、动态地匹配对所述炼钢过程的进一步的控制。
按照第二方面，提供一种用于在借助于电弧炉炼钢时降低闪变的装置，其中存储机构提供闪变数据库，在所述闪变数据库中保存了瞬时闪变的、取决于状态参量及运行参量的时间上的总曲线；检测机构在炼钢过程的开始的熔化阶段中测量瞬时闪变的时间上的曲线并且确定所属的状态参量及运行参量；计算机构在考虑到所述状态参量及运行参量的情况下将瞬时闪变的、在熔化阶段中的所测量的时间上的曲线与所述闪变数据库的总曲线的熔化阶段的、所保存的时间上的曲线进行比较；计算机构作为闪变的所预测的总曲线来选择具有瞬时闪变与状态参量及运行参量的最大的一致性的、时间上的总曲线；控制机构在将所预测的总曲线与预先给定的、用于闪变的极限值进行比较时预防性地、动态地匹配对所述炼钢过程的进一步的控制。
原则上，这里所选择的“控制”这个概念选择性地或者累积地一同包含“调节”这个概念。
按照本发明，提供一种用于预防性的、自动化的干预的方案。提供一种前瞻性的闪变测定方案。“预防性（präventiv）”这个概念在这里尤其是指“前瞻性地、避免问题地”。
在熔化过程的开始阶段中在与闪变知识数据库的比较中借助于对于当前的运行情况的、数据技术上的分析，可以有利地推断出所述闪变的将来的演进情况。通过这种方式，可以动态地设定一种得到优化的熔化处理方式，该熔化处理方式能够实现最高可能的性能或者最高可能的有效功率并且同时能够将所述闪变限定到预先给定的极限值。一种实施方式尤其可以在新颖的、智能的、前瞻性的并且面对状态的电极调节及熔化控制方案的范围内进行，从而可以在电弧炉中实现其他的优点。
按照本发明已经发现，可预料的闪变值可以以较高的可靠性从合适的状态参量及运行参量中确定，在熔化阶段中在前数分钟里测定所述状态参量及运行参量。在这个时间里所述电弧穿过所述废料。这个阶段因此被称为穿入阶段。在此产生的瞬时闪变在某种程度上代表着所述熔化液，并且可以与其他所测量的状态参量一起用于闪变预测。
结合从属权利要求来要求其他有利的设计方案的权利。
按照一种有利的设计方案，能够相应地保存并且测量瞬时闪变的大小和斜率。
按照另一种有利的设计方案，状态参量及运行参量能够是筐篮编号、钢的级别、电气参数和废料参数。
按照另一种有利的设计方案，相应的开始的熔化阶段能够分别具有用于相应地借助于筐篮加入的废料的穿入阶段和崩塌阶段，其中相应地在所加入的废料熔化之后的前一百秒至二百秒的时间里进行测量和测定。
按照另一种有利的设计方案，所预测的闪变能够小于所述预先给定的极限值，从而所述控制机构能够为了达到最大的有效功率而以最佳的能量输入来控制所述炼钢过程。
按照另一种有利的设计方案，所预测的闪变值能够大于所述预先给定的极限值，从而所述控制机构能够在更大地预测的闪变值的持续时间期间为了降低闪变而适配地控制所述炼钢过程。
按照另一种有利的设计方案，所述控制机构能够考虑到以下附加信息：对于每个筐篮来说优选在穿入阶段结束时和/或在崩塌阶段（Einsturzphase）期间出现所述更大地预测的闪变值。
按照另一种有利的设计方案，所述控制机构能够在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间借助于更高的扼流圈等级或者接通扼流圈的方式来扩大所述电弧炉的感应率。
按照另一种有利的设计方案，所述控制机构能够在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间借助于电极调节方案来设定较短的、具有较大的电流的电弧。
按照另一种有利的设计方案，所述控制机构能够在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间将周期性的运动压入在所述电弧中。
按照另一种有利的设计方案，所述控制机构能够在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间以动态地进行调整的方式重新给已经存在的补偿设备设定参数。
按照另一种有利的设计方案，所预测的闪变值能够相对于所述预先给定的极限值处于极限范围内，从而所述控制机构能够在最大的有效功率与闪变降低状态之间触发所述炼钢过程。
按照另一种有利的设计方案，所述控制机构能够在穿入阶段（Bohrphase）结束时的持续时间期间为每个筐篮并且在崩塌阶段期间为了降低闪变而适配地控制所述炼钢过程。
附图说明
借助于实施例结合附图对本发明进行详细描述。附图示出：
图1是瞬时闪变曲线的第一种实施例；
图2是瞬时闪变曲线的第二种实施例；
图3是瞬时闪变曲线的第三种实施例；并且
图4是按本发明的方法的一种实施例。
具体实施方式
图1示出了瞬时闪变曲线的一种实施例。图1示出了熔化液的瞬时闪变的典型的曲线。在横轴上绘示出以秒s计的时间t。竖轴则表明用数字表示的、关于瞬时闪变的数值。在3200秒与4200秒之间，第一筐篮的废料被熔化。这个开始的熔化阶段划分为穿入阶段B和崩塌阶段E。在4500秒到5200秒的时间窗之内，处于第二筐篮中的废料在所述电弧炉中被熔化。对于这个附加的步骤来说，所述熔化阶段也划分为穿入阶段B和崩塌阶段E。比如装有废料的第三筐篮可能影响所述瞬时闪变曲线。按照图1，一个液态阶段F紧跟在所述第二崩塌阶段E后面。MF表示瞬时闪变。图1示出了在一次完整的装料过程中所述瞬时闪变的典型的曲线。已经为所述三个阶段中的每个阶段在高压侧用符合标准的闪变计测量了所述瞬时闪变，并且所述瞬时闪变描述了电网闪变（Netzflicker）的短时间的出现情况。在穿入阶段B中在所述第一筐篮K1熔化时注意到所述瞬时闪变的剧烈的上升，而后注意到表示出特征的下降以及在所谓的崩塌阶段E中的第二次上升，在所述崩塌阶段中还没有熔化的废料从炉壁滑到或者同样崩塌到处于电极下方的、熔化的区带中。这个过程导致过高的闪变值。对于所述第二筐篮K2来说重复这种状态，其中而后紧接着是所谓的浅槽阶段F，在该浅槽阶段中所述废料在很大程度上被熔化并且所述电弧稳定地在所述熔化液上面燃烧。这导致很低的闪变值。但是，所述闪变的曲线和水平可能按所使用的废料和熔化处理方式（Schmelzfahrweise）而十分不同地变化。图2和图3示出了这一点。
图2和图3清楚地示出，闪变的曲线和水平按所使用的废料和熔化处理方式而可能十分不同地变化。图2和图3以放大的比例尺为两种熔化液示出了两种不同的应用情况。在按照图2的第一应用情况中，示出了像在图1中所描绘的那样的曲线，而在图3中则出现所述瞬时闪变的、完全与第二应用情况不同的曲线。在所述第二应用情况中，废料成分以及可能运转参数也不同于在图2中的第一种应用情况，因而所述闪变既没有在所述穿入阶段中也没有在所述崩塌阶段上显著地上升并且在总体上很低。
第一种应用情况（Szenario 1）在所述穿入阶段B中示出了陡峭的上升以及较高的闪变值。按照图3的第二种应用情况（Szenario 2）则示出了在所述穿入阶段B中在闪变值较低时出现的平坦的上升。
图4示出了按本发明的方法的一种实施例。
特别有利的是，在每个筐篮K熔化时尤其在大约100秒到200秒的开始阶段中使用来自所述瞬时闪变和所属的状态参量及运行参量的信息，用于预测将来的闪变。按照第一步骤S1，根据熔化过程和钢的级别为每个炼炉编制关于所述闪变的曲线的知识数据库，方法是：保存了足够数目的典型的情况。在这种所谓的闪变数据库中保存了以下数据：
在开始阶段中在大约100秒到200秒的时间范围内以及在进一步的进程中的瞬时闪变的大小和斜率，以及筐篮编号、钢的级别、电气参数以及废料参数，所述电气参数比如可以是电压、电流、变压器等级、扼流圈等级、有效功率及视在功率等等；所述废料参数比如可以是废料质量、废料体积、废料重量等等。用第二步骤S2来将这个闪变数据库转换为分类器，用这个分类器可以通过合适的特征空间（Merkmalsraum）比如用所谓的“下一次相邻（Nächsten Nachbarn）”分类器来实施相似性搜索。为此，要找到与所测量的、比如可以是所述瞬时闪变的大小和斜率的瞬时闪变以及所属的状态参量及运行参量最相似的闪变曲线。这种分类器也可以在动态地增长的知识数据库上工作，并且作为学习的系统来实现。所述知识数据库也可以分散地被保存在所谓的“企业云（Firmen-Cloud）”中。因为在此保存了许多不同的熔炉的数据，所以会减少开始的学习努力。在从所述开始阶段中找到了最为可能的闪变曲线之后，可以在第三步骤S3中动态地对进一步的处理方式进行优化。为此可以粗略地区分三种情况F1、F2和F3。情况F1：所预测的闪变值明显地低于预先给定的极限值。在这种情况中，要将所述处理方式调整到最佳的能量输入以及最高的性能。这比如对于所述电极调节方案来说意味着用于较长的电弧及较低的电流的调节状态。情况F2：所预测的闪变值超过预先给定的极限值。在这种情况中，如下面所草绘的那样，要调整用于相应的周期的处理方式，在所述相应的周期中预料到较高的闪变值。如可以从图1到图3中看出的那样，在所述穿入阶段结束时、也就是在熔化开始之后大约100秒到250秒对于每个筐篮K来说并且在所述崩塌阶段E中出现所述具有较高的闪变值的周期。所述感应率在这些周期中可以通过更高的扼流圈等级或者通过接通扼流圈或者线圈的方式来得到提高，这引起更为稳定的电弧。为较短的、具有较高的电流的电弧设定所述电极调节方案。此外，在所述电弧中的、有针对性的、周期性的运动尤其在所述崩塌阶段E中可能引起闪变降低。此外，可以动态地不一样地来为可能存在的SVC设定参数。情况3：在这里所预测的闪变值处于极限范围内。现在，在具有较高的闪变值的周期中，可以设定一种处于较高的熔化性能与闪变降低方案之间的折衷方案（Kompromiss）。尤其可以在穿入阶段B结束时并且在崩塌阶段E中执行所述闪变降低方案。
在这里所提供的方法保证了最佳的熔化性能，并且一般来说可以将所述闪变值保持在以预先给定的极限值之下。但是对此来说绝对的可靠性不存在，因为所述方法建立在预测的基础上并且将来出现的闪变值可能有别于此。比如废料崩塌受到某种随机性的影响。
本发明利用以下认识：可预料的闪变值可以以较高的可能性从合适的、在熔化阶段中在前数分钟里所检测到的状态参量及运行参量中确定。通过这种方式可以有效地降低闪变并且将其保持在预先给定的极限值之下。本发明尤其在使用电弧炉的情况下炼钢时适用。

Claims (26)

1. 用于在借助于电弧炉炼钢时降低闪变的方法，所述方法具有以下步骤：
- 借助于存储机构来提供闪变数据库，在所述闪变数据库中保存了瞬时闪变（MF）的、取决于状态参量及运行参量的时间上的总曲线；
- 借助于检测机构在炼钢过程的开始的熔化阶段中测量瞬时闪变的时间上的曲线并且确定所属的状态参量及运行参量；
- 借助于计算机构在考虑到所述状态参量及运行参量的情况下将瞬时闪变的、在熔化阶段中的所测量的时间上的曲线与所述闪变数据库的总曲线的、熔化阶段的所保存的时间上的曲线进行比较；
- 借助于所述计算机构作为闪变的所预测的总曲线来选择具有瞬时闪变与状态参量及运行参量的最大的一致性的、时间上的总曲线；
- 借助于控制机构在将所预测的总曲线与预先给定的、用于闪变的极限值进行比较时预防性地、动态地匹配对所述炼钢过程的进一步的控制。
2. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，相应地保存并且测量瞬时闪变的大小和斜率。
3. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，状态参量及运行参量是筐篮编号、钢的级别、电气参数和废料参数。
4. 按权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，相应的开始的熔化阶段分别具有用于相应地借助于筐篮加入的废料的穿入阶段（B）和崩塌阶段（E），并且相应地在所加入的废料熔化之后的前一百秒至二百秒的时间里进行测量和测定。
5. 按前述权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，所预测的闪变小于所述预先给定的极限值，并且所述控制机构为了达到最大的有效功率而以最佳的能量输入来控制所述炼钢过程。
6. 按前述权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，所预测的闪变值大于所述预先给定的极限值，并且所述控制机构在更大地预测的闪变值的持续时间期间为了降低闪变而适配地控制所述炼钢过程。
7. 按权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制机构具有以下附加信息：对于每个筐篮来说优选在穿入阶段结束时和/或在崩塌阶段期间出现所述更大地预测的闪变值。
8. 按权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述控制机构在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间借助于更高的扼流圈等级或者接通扼流圈的方式来扩大所述电弧炉的感应率。
9. 按权利要求6、7或者8所述的方法，其特征在于，所述控制机构在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间借助于电极调节方案来设定较短的、具有较大的电流的电弧。
10. 按权利要求6、7、8或9所述的方法，其特征在于，所述控制机构在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间将有针对性的、周期性的运动压入在所述电弧中。
11. 按权利要求6、7、8或9所述的方法，其特征在于，所述控制机构在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间以动态地进行调整的方式重新给已经存在的补偿设备设定参数。
12. 按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，所预测的闪变值相对于所述预先给定的极限值处于极限范围内，并且所述控制机构在最大的有效功率与闪变降低状态之间触发所述炼钢过程。
13. 按权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制机构在穿入阶段结束时的持续时间期间为每个筐篮并且在崩塌阶段期间为了降低闪变而适配地控制所述炼钢过程。
14. 用于在借助于电弧炉炼钢时降低闪变的装置，其中所述装置具有：
- 存储机构，所述存储机构提供闪变数据库，在所述闪变数据库中保存了瞬时闪变的、取决于状态参量及运行参量的时间上的总曲线；
- 检测机构，所述检测机构在炼钢过程的开始的熔化阶段中测量瞬时闪变的时间上的曲线并且确定所属的状态参量及运行参量；
- 计算机构，所述计算机构在考虑到所述状态参量及运行参量的情况下将瞬时闪变的、在熔化阶段中的所测量的时间上的曲线与所述闪变数据库的总曲线的熔化阶段的、所保存的时间上的曲线进行比较，所述计算机构作为闪变的所预测的总曲线来选择具有瞬时闪变与状态参量及运行参量的最大的一致性的、时间上的总曲线；
- 控制机构，所述控制机构在将所预测的总曲线与预先给定的、用于闪变的极限值进行比较时预防性地、动态地匹配对所述炼钢过程的进一步的控制。
15. 按权利要求1所述的装置，其特征在于，相应地保存并且测量瞬时闪变的大小和斜率。
16. 按权利要求14或15所述的装置，其特征在于，状态参量及运行参量是筐篮编号、钢的级别、电气参数和废料参数。
17. 按权利要求14、15或16所述的装置，其特征在于，相应的开始的熔化阶段分别具有用于相应地借助于筐篮加入的废料的穿入阶段和崩塌阶段，并且相应地在所加入的废料熔化之后的前一百秒至二百秒的时间里进行测量和测定。
18. 按前述权利要求14到17中任一项所述的装置，其特征在于，所预测的闪变小于所述预先给定的极限值，并且所述控制机构为了达到最大的有效功率而以最佳的能量输入来控制所述炼钢过程。
19. 按前述权利要求14到17中任一项所述的装置，其特征在于，所预测的闪变值大于所述预先给定的极限值，并且所述控制机构在更大地预测的闪变值的持续时间期间为了降低闪变而适配地控制所述炼钢过程。
20. 按权利要求19所述的装置，其特征在于，所述控制机构具有以下附加信息：对于每个筐篮来说优选在穿入阶段结束时和/或在崩塌阶段期间出现所述更大地预测的闪变值。
21. 按权利要求19或20所述的装置，其特征在于，所述控制机构在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间借助于更高的扼流圈等级或者接通扼流圈的方式来扩大所述电弧炉的感应率。
22. 按权利要求19、20或者21所述的装置，其特征在于，所述控制机构在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间借助于电极调节方案来设定较短的、具有较大的电流的电弧。
23. 按权利要求19、20、21或22所述的方法，其特征在于，所述控制机构在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间将有针对性的、周期性的运动压入在所述电弧中。
24. 按权利要求19、20、21或22所述的装置，其特征在于，所述控制机构在所述更大地预测的闪变值的持续时间期间以动态地进行调整的方式重新给已经存在的补偿设备设定参数。
25. 按权利要求14到17中任一项所述的装置，其特征在于，所预测的闪变值相对于所述预先给定的极限值处于极限范围内，并且所述控制机构在最大的有效功率与闪变降低状态之间触发所述炼钢过程。
26. 按权利要求25所述的装置，其特征在于，所述控制机构在穿入阶段结束时的持续时间期间为每个筐篮并且在崩塌阶段期间为了降低闪变而适配地控制所述炼钢过程。
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