DD295248A5

DD295248A5 - Verfahren und vorrichtung zum messen der instabilitaet eines bogens in einem elektrischen ofen zur behandlung von fluessigmetall

Info

Publication number: DD295248A5
Application number: DD90341670A
Authority: DD
Inventors: Michel Bourge; Gilbert Engler; Ghislain Maurer
Original assignee: ��@��@��@��@��@��@��k��
Priority date: 1989-06-15
Filing date: 1990-06-14
Publication date: 1991-10-24
Also published as: ATE137076T1; FR2648564B1; CA2019008A1; FR2648564A1; US5050185A; FI902991A0; EP0403413B1; KR910001397A; JPH0363804A; DE69026536D1; BR9002807A; EP0403413A1

Abstract

Diesem erfindungsgemaeszen Verfahren und dieser erfindungsgemaeszen Vorrichtung zufolge - wird ein Signal aufgefangen, welches das Differential (di/dt) der Stromstaerke im Bogen darstellt; - wird dieses aufgenommene Signal verstaerkt; - wird das verstaerkte Signal zugleich in zwei Bandfilter geleitet, die einerseits ein Hochfrequenz-Breitband und andererseits ein auf eine niedrige Grundfrequenz ausgerichtetes schmales Band besitzen; - werden die aus den Filtern kommenden Signale an Effektivwertausgabegeraete weitergeleitet; - wird mittels eines Teilermoduls ein energetisches Signal erarbeitet, das zum Verhaeltnis des Effektivwertes des aus dem Breitbandfilter kommenden Signals zum Effektivwert des aus dem Schmalbandfilter kommenden Signals proportional ist; - und wird das gewonnene proportionale energetische Signal an einer Skala angezeigt, wo es als prozentualer Anteil ausgedrueckt wird, wobei dieser Prozentsatz kennzeichnend fuer das Verhalten des Bogens und signifikant fuer die Vorbereitungsphase ist. Das durch das Anzeigeorgan gelieferte Signal gestattet es, den Ofen durch die Kontrollperson in Echtzeit zu regeln. Fig. 2{Verfahren; Vorrichtung; Messung; Instabilitaet; Bogen; Elektroofen; Fluessigmetallaufbereitung; Signal; Differential; Stromstaerke; Bandfilter; Hochfrequenzbreitband; Filter}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Instabilität eines Bogens in einem Elektroofen zur Flüssigmetallaufbereitung, insbesondere in einem Stahlwerk.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß die Eigenschaften des Bogens in einem Elektroofen während der Flüssigmetallaufbereitung schwanken können.

Im übrigen erfährt die auf dem Flüssigmetallbad schwimmende Schlacke während des Stahlfrischens eine Aufblähung, die durch die chemischen Reaktionen im flüssigen Metall und in der Schlacke bedingt ist, welche eine Folge der Sauerstoff- und Steinkohlenzugaben zu dem flüssigen Metall und zur Schlacke durch die jeweiligen Düsenrohre sind. In der Ta! bewirkt die Sauerstoffzuführung die Bildung von Eisenoxid, das in die Schlacke gelangt, wo die Steinkohlenzugabe zur Bildung von Kohlenmonoxid führt, welches die Schlacke aufblähen läßt. Der Bogen ist also während des Frischens mehr oder weniger in die Schlackeschicht eingetaucht.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung besitzt das mit der Steuerung des Ofens betraute Bedienungspersonal einen Indikator, der ihnen Regelungen in Echtzeit, eine Vereinheitlichung der Anweisungen für die einzelnen Gruppen und die Erstellung eines SVK-Indikators (statistische Verfahrenskontrolle) ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der Entwicklung der Schlackenaufblähung die Lenkung des Prozesses im Ofen zu ermöglichen.

Nun wurde festgestellt, daß eine Wechselbeziehung zwischen der Verzei rung der Stromstärke im elektrischen Bogen und der Schlackenaufblähung besteht. In der Tat beeinflußt die Aufblähung die Eigenschaften des elektrischen Bogens, das heißt seine Spannung und die Stromstärke.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird somit dadurch gekennzeichnet, daß:

- ein Signal aufgenommen wird, daß das Differential der Stromstärke im Bogen ist,

- dieses aufgefangene Signal verstärkt wird,

- das verstärkte Signal zugleich zu zwei Bandfiltern geleitet wird, einerseits einem Hochfrequenz-Breitbandfilter und andererseits einem auf eine niedrige Grundfrequenz ausgerichteten Schmalbandfilter,

- die von den Filtern ausgehenden Signale zu Effektivwertausgabegeräten geleitet werden,

- mittels eines Teilermoduls uin energetisches Signal erarbeitet wird, welches zum Verhältnis Effektivwert des Breitbandfiltersignals/Effektivwert des Schmalbandfillersignals proportional ist,

- und daß das gewonnene proportionale energetische Signal auf einer Skala angezeigt wird, wo es als Prozentsatz ausgedrückt wird, wobei dieser Prozentsatz kennzeichnend für das Verhalten des Bogens und signifikant für die Aufbereitungsphase ist.

Wenn die Schlackenschicht während des Verfahrens tatsächlich aufbläht und der Bogen in die Blähmasse getaucht ist, wird das gewonnene proportionale energetische Signal als Indikator des Eintauchgrades des Bogens in der aufblähenden Schlacke verwendet, wobei sich der Wert des besagten Signals einem Minimum nähert, wenn die Aufblähung der Schlacke eine maximale Immersion des Bogens hervorruft.

Somit wird die harmonische Verzerrung des Stroms gemessen, dor ein Bild der Bogenstabilität aufzeigt, welche besser ist, wenn der Bogen in die Schlacke eingetaucht ist.

Die Vorrichtung für den Einsatz dieses Verfahrens umfaßt:

- ein Meßfühler für ein Signal, das das Differential der in den Bogen gelangenden Stromstärke darstellt,

- einen Verstärker des besagten Signals,

- zwei mit dem Verstärker verbundene Bandfilter, davon einen mit Hochfrequenz-Breitband und der andere mit schmalem Band, letzterer ausgerichtet auf eine niedrige Grundfrequenz,

- zwei Effektivwertausgabegeräte, die jeweils mit den vorangehend genannten Filtern verbunden sind,

- ein Teilermodul, das mit den Effektivwertausgabegeräten verbunden und in der Lage ist, ein energetisches Signal auszuarbeiten, das zum Verhältnis Effektivwert des vom Breitbandfilter ausgehenden Signals/Effektivwert des vom Schmalbandfilter ausgehenden Signals proportional ist,

- ein Organ, das den Prozentsatz des vom Teilermodul gelieferten proportionalen energetischen Signals anzeigt,

- und eine eventuelle Verbindung mit einem Rechner.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichfjr.y sind dadurch gekennzeichnet,

- daß der Meßfühler auf Induktionsbasis arbeitet und zum Beispiel eine Robowski-Toroidspule ist,

- daß der Verstärker ein Trennungsverstärker ist, zum Beispiel mit galvanischer Trennung,

- daß der Breitbandfilter ein Band zwischen etwa 500 und 1000 Hz und der Schmalbandfilter ein auf eine Grundfrequenz von 50Hz ausgerichtetes Band trennen kann,

- daß die Effektivwertausgabegeräte identische technische Werte besitzen.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert, in denen bedeuten:

Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Elektroofens zur Flüssigmetallaufbereitung.

Figur 2 ist das Schema eines Blockschaltbildes der Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens zur Messung der Instabilität des Bogens des Elektroofens der Figur 1.

Der Elektroofen 1 der Figur 1 umfaßt eine Elektrode 2 und enthält ein Flüssigmetallbad M. Oberhalb des flüssigen Metalls M befindet sich während des Verfahrens eine Schlackeschicht L, die in wechselndem Grad vom elektrischen Bogen 3 durchquert

Nicht dargestellte Düsenrohre, die durch Pfeile symbolisiert werden, welche durch die Wand des Ofens 1 hindurchgehen,

ermöglichen jeweils die Zugabo von Sauerstoff in das flüssige Metall M und von Steinkohle In die Schlacke L. Diese Zugabenrufen im Bad und in der Schlacke chemische Reaktionen hervor, die ihrerseits in der Schlacke eine Aufblähung bewirken, in dieder Bogen 3 mehr oder weniger eingetaucht ist, was die Spannung und den Strom im Bogen beeinflußt.

Um die Entwicklung der Aufblähung der Schlacke L zu verfolgen'und damit während des Verfahrens Eingriffe zu ermöglichen,

sieht die Erfindung ein elektrisches System vor, dessen Schaltkreis auf Figur 2 dargestellt ist.

Diese Meßvorrichtung umfaßt:

- einen Meßfühler 4 für ein Signal, welches das Differential di/dt der durch den Bogen laufenden Stromstärke darstellt, gemessen an einem der Leiter des Sekundärkreises des Ofens,

- ein Verstärker 5 des vom Meßfilter 4 gelieferten Signals,

- zwei Bandfilter, verbunden mit dem Verstärker 5, von denen der eine β ein Hochfrequenz-Breitbandfilter und der andere 7 ein Schmalbandfilter, ausgerichtet auf eine niedrige Grundfrequenz ist,

- zwei Effektivwertausgabegeräte 8,9, die jeweils mit den vorangehend genannten Filtern 6 und 7 verbunden sind,

- ein Teilermodul 11, das mit den Ausgabegeräten 6,7 verbunden und in der Lage ist, ein zum Verhältnis Effektivwert des Signals aus dem Breitbandfilter 6/Effektivwert des Signals aus dem Schmalbandfilter 7 proportionales energetisches Signal zu erstellen,

- und schließlich ein Organ 12zur Anzeige des Prozentsatzes des vom Teilermodul 11 gelieferten proportionalen energetischen Signals.

Der Meßfühler 4 arbeitet induktiv, zum Beispiel mit einer Robowski-Toroidspule, das heißt einem elektromagnetischen Amperemeter, das das Stromdifferential und seine Harmonischen messen kann. Die Verwendung eines Meßfühlers dieser Art hat insbesondere den Vorteil, daß die Präzision der Stromschwankungsmessung erhöht werden kann, da sein sehr breiter Frequenzdurchlaßbereich eine Begrenzung der Hochfrequenzbestandteile verhindert. Der Verstärker 5 ist ein Trennungsver3tärker,zum Beispiel mit galvanischer Trennung. Die Filter 6 und 7 teilen das ursprüngliche Signal in zwei Äste für jeden Filter. So kann der Filter 6 ein Breitbandfilter von 500 bis 1000 Hz mit einer Steilheit um 50 dB/Oktave sein, während der Filter 7 ein Schmalbandfilter ist, der auf eine niedrige Frequenz ausgerichtet ist, zum Beispiel 50 Hz bei der Speisung des Ofens mit Wechselstrom bei Netzfrequenz. Die beiden Filter 6 und 7 trennen also die Grundfrequenzkomponente vm 50 Hz und die im Bereich 500 bis 1000Hz befindlichen Frequenzkomponenten, wobei sich dieser Frequenzbereich sowohl in bezug auf die Meßpräzision als auch auf die Präzision der Signalverarbeitung bei der Anwendung des Verfahrens als besonders nützlich erwiesen hat.

Der energetische Wert der beiden Signale aus den beiden Filtern 6,7 wird durch zwei Effektivwert-Ausgabegeräte 8,9 gewonnen, deren Eigenschaften identisch sind („root mean square"). Die Ausgabegeräte 8 und 9 erhalten an ihrem Eingang wechselnde Signale und liefern kontinuierliche Signale, wobei sie ganz genau die gleichen Integrationseigenschaften besitzen müssen. Der Teiler 11 berechnet das Verhältnis der energetischen Werte, die von den Ausgabegeräten 8 und 9 geliefert werden, und das Ergebnis dieser Berechnung wird auf dem Organ 12 angezeigt.

Das vom Teiler 11 gelieferte Signal kann als ein Indikator der Schlackenaufblähung L betrachtet werden, da sein Wert ein Minimum annimmt, wenn die Aufblähung der Schlacke ein maximales Eintauchen des Bogens 3 bewirkt. So ist der Wert des vom Teiler 11 gelieferten Quotienten minimal, wenn die Aufblähung ihr Maximum erreicht hat (wobei der Bogen 3 vollkommen in aufgeblähte Schlacke eingehüllt ist), und umgekehrt.

Dies wird durch die Tatsache verständlich, daß die Entwicklung der Aufblähung eine Verringerung der Stromharmonischen hervorruft, was wiederum eine Verringerung des Verhältnisses energetisches Signal vom Ausgabegerät 8/energetisches Signal vom Ausgabegerät 9 zur Folge hat.

Natürlich ist der oben gegebene Bereich von 500-1000 Hz nur als Beispiel angegeben, da er bei einem Flüssigmetallbad M der informationsreichste Bereich ist. Außerhalb dieses Bandes muß, je mehr sich der Gritndfrequenz genähert wird, ein Filter mit Steilabfall ve... :ndet werden. Deshalb wird ein geeignetes Frequenzfenster gewählt. Der Höchstwert von 1000 Hz hat sich im gegebenen Beispiel eis geeignet erwiesen, da oberhalb einer bestimmten Frequenz (die nicht unbedingt 1000 Hz betragen muß, sondern zum Beispiel auch 200GHz betragen kann) die gewonnenen Zusatzinformationen nicht mehr nützlich sind. Die vom Anzeigegerät 12 gelieferten Ergebnisse können auf folgende Weise verwendet werden:

1. FQr die Regelung des Ofens 1 durch den Kontrollmann In Echtzeit. In der Tat bedeutet ein Höchstwert des Signals des Organs 12, daß der Bogen 3 sehr wenig in den Schlackenschaum eingetaucht ist und daß eine Regelung des Ofenbetriebs angezeigt ist, zum Beispiel eine neue Positionierung dar Sauerstoff· und Kohleeingaberohre oder eine Neufestlegung der Eingabemengen.

2. Optimierung des Ofenbetriebs. Es ist möglich, dem Anzeigegerät 12 Befehlswerte einzugeben, mit denen bestimmte Eingreifbefehle verbunden sind, um bestimmte Parameter in Abhängigkeit von den aufgezeichneten Werten zu regeln. Tritt keine Aufblähung der Schlacke L auf, gestattet das erfindungsgemäße Verfahren das Verhalten des Bogens 3, das durch andere Parameter als die Aufblähung beeinflußt wird, zu verfolgen. Während der Schmelzphasen der Schrottbehälter ab einem bestimmten Prozentsatz des Anzeigegerätes 12, zum Beispiel 50%, wird zum Beispiel festgestellt werden kennen, daß der Ofen am Ende des Schmelzprozesses ist und daß er also neu beschickt werden muß, um einen maximalen Ertrag beizubehalten. Das Verfahren kann somit genutzt werden, um die technischen Angaben des Rogens auf konstanten Werten zu halten.

Es ist anzumerken, daß der Filter β im oben gegebenen Beispiel in der Tat aus zwei aufeinanderfolgenden Filtern mit zwei Zellen bestehen kann, wobei der erste ein Tiefpaßfilter 1000 Hz und der zweite ein Hochpaßfilter 500 Hz ist. Die Leistung wird auf 0 oder 2OdB eingestellt, wobei nur die erste Zelle auf 20db eingestellt wird, um die Signale auf dem Teiler 11 berechnen zu können. Es kann jedoch auch ein einziger Filter 6 mit einer ersten, auf 1000Hz eingestellten Zelle und einer zweiten, auf 500Hz eingestellten Zelle mit einer Leistung einer der Zellen von 2OdB ausreichend sein.

Das eben als Beispiel für einen Wechselstromofen beschriebene Verfahren und die Vorrichtung können auch für einen Gleichstromofen verwendet werden, wobei die betrachtete niedere Grundfrequenz praktisch Null und der Schmaibandfilter dann zum Beispiel ein Tiefpaßfilter 1 Hz ist und das Hochfrequenzband eventuell erweitert werden kann, zum Beispiel auf 50-1000Hz.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Instabilität eines Bogens in einem Elektroofen zur Aufbereitung eines flüssigen Metalls, dadurch gekennzeichnet, daß·

- ein Signal aufgefangen wird, welches das Differential (di/dt) der Stromstärke im Bogen darstellt,

- das aufgefangene Signal verstärkt wird,

- das verstärkte Signal gleichzeitig in zwei Bandfilter (6,7) geleitet wird, die jeweils ein

. Hochfrequenzbreitbandfilter (6) und ein auf eine niedrige Grundfrequenz ausgerichteter Schmalfilter (7) sind,

- die aus den Filtern (6,7) kommenden Signale an Effektivwertausgabegeräten (8,9) weitergeleitet werden,

- mittels eines Teilermoduls (11) ein energetisches Signal erarbeitet wird, das zum Verhältnis Effektivwert des aus dem Breitbandfilter (6) stammenden Signals/Effektivwert des aus dem Schmalbandfilter (7) kommenden Signals proportional ist,

- und daß das erhaltene proportionale energetische Signal auf einer Skala (12) angezeigt wird, wo es als Prozentsatz ausgedrückt wird, wobei dieser Prozentsatz ein Indikator für das Verhalten des Bogens und signifikativ für die Vorbereitungsphase ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, angewandt in einem Ofen, in dem das Flüssigmetallbad mit einer aufblähenden Schlackeschicht bedeckt ist, welche zumindest teilweise vom Bogen durchlaufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene proportionale energetische Signal als Indikator des Immersionsgrades des Bogens (3) in der aufblähenden Schlacke (L) verwendet wird, wobei der Wert des besagten Signals ein Minimum anstrebt, wenn die Aufblähung der Schlacke eine maximale Immersion des Bogens bewirkt.

3. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

- einen Meßfühler (4) eines Signal« das das Differential (di/dt) der den Bogen (3) durchlaufenden Stromstärke darstellt,

- einen Verstärker (5) des besagten Signals,

- zwei Bandfilter (6,7), die mit dem Verstärker (5) verbunden sind und von denen der eine (6) ein Hochfrequenz-Breitbandfilter und der anderer (7) ein auf eine niedrige Grundfrequenz ausgerichteter Schmalbandfilter ist,

- zwei Effektivwertausgabegeräte (8,9), die jeweils mit den vorangehend genannten Filtern (6,7) verbunden sind,

- ein Teilermodul (11), das mit den Ausgabegeräten (8,9) verbunden und in der Lage ist, ein energetisches Signal zu erarbeiten, das dem Verhältnis Effektivwert des aus dem Breitbandfilter (6) stammenden Signals/Effektivwert des aus dem Schmalbandfilter (7) stammenden Signals proportional ist,

- ein Anzeigeorgan (12), das den prozentualen Anteil des vom Teilermodul (11) gelieferten proportionalen energetischen Signals liefert,

- und eine eventuelle Verbindung mit einem Rechner.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (4) auf Induktionsbasis arbeitet und zum Beispiel eine Robowski-Toroidspule ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (5) ein Trennungsverstärker ist, zum Beispiel mit galvanischer Trennung.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Breitbandfilter (6) ein Band zwischen etwa 500 und 1000 Hz und der Schmalbandfilter (7) ein auf eine Grundfrequenz von 50Hz ausgerichtetes Band trennen kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Effektivwertausgabegeräte (8,9) identische technische Werte besitzen.