-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial und einen elektrischen Ofen, der konfiguriert ist, um das Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens auszuführen.
-
Schmelzmaterial, insbesondere Metalle, werden in Schmelzeinheiten während eines Schmelzprozesses regelmäßig geschmolzen und erwärmt. Diese elektrisch betriebenen Schmelzeinheiten, insbesondere elektrische Öfen wie Elektrolichtbogenöfen, Elektroreduktionsöfen und/oder Tauchlichtbogenwiderstandsöfen, werden mit Gleichstrom (DC), Wechselstrom (AC) oder mehrphasigen Wechselstrom betrieben.
-
Ein Schmelzprozess von Schmelzmaterial umfasst in der Regel mindestens einen Schmelzzyklus. Ein Schmelzzyklus umfasst normalerweise verschiedene Betriebsschritte, wie, aber nicht beschränkt auf:
- - Laden von Schmelzmaterial, üblicherweise Schrott und/oder direkt reduziertes Eisen (DRI), in den Ofen
- - Erzeugen eines elektrischen Lichtbogens zwischen dem Schmelzmaterial und den Elektroden des Ofens
- - Perforieren des Schmelzmaterials, um den Schmelzprozess zu starten
- - Bilden eines Schmelzbades des Schmelzmaterials
- - Raffinieren des geschmolzenen Materials, um die Temperatur und die Materialzusammensetzung des Schmelzbades zu regeln
- - Abschlacken des im elektrischen Ofen vorhandenen geschmolzenen Materials
- - Abstechen des im elektrischen Ofen vorhandenen geschmolzenen Materials.
-
Während der verschiedenen Betriebsschritte eines Schmelzzyklus eines Schmelzprozesses weisen die Betriebseigenschaften eines elektrischen Ofens unterschiedliche Werte auf, die von einem zu erzielenden spezifischen Ergebnis abhängen. Die Betriebseigenschaften eines elektrischen Ofens schließen die elektrische Spannung, den elektrischen Strom, die elektrische Frequenz und die Elektrodenposition ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Die mit dem Schmelzprozess zu erzielenden spezifischen Ergebnisse schließen die Minimierung der für die Beendigung des Schmelzprozesses erforderlichen Zeit, die Minimierung des Verschleißes des elektrischen Ofens und die Minimierung der für die Beendigung des Schmelzprozesses erforderlichen elektrischen Energie ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
-
Konventionelle Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial stellen die Betriebseigenschaften eines elektrischen Ofens nach einem festen Sollverlauf dieser Betriebseigenschaften in Abhängigkeit von dem gegebenen Schmelzmaterial und dem zu erzielenden spezifischen Ergebnis ein. Auf diese Weise wird beispielsweise eine feste gegebene Sollmenge an elektrischer Leistung, die in einem spezifischen Betriebsschritt des Schmelzzyklus auf das Schmelzmaterial übertragen werden soll, erzielt, indem beispielsweise die Elektrodenposition und/oder der elektrische Strom und/oder die elektrische Spannung angepasst werden.
-
Diese bekannten Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial weisen jedoch einen Nachteil auf, der mit der breiten Variation der momentanen Leistungsaufnahme zusammenhängt, die dem Versorgungsnetz entnommen wird und die insbesondere, jedoch nicht beschränkt darauf, während der Perforation des Schmelzmaterials auftritt. Das Kollabieren des Schmelzmaterials bewirkt Kurzschlüsse und Störungen des elektrischen Lichtbogens. Angesichts dieser momentanen Variabilität in der Leistungsaufnahme durch den elektrischen Ofen werden Spannungsschwankungen im Stromversorgungsnetz erzeugt, die das sogenannte Flicker-Phänomen verursachen. Diese momentane Variabilität der Leistungsaufnahme kann durch den sogenannten dynamischen Faktor gemessen werden. Der dynamische Faktor ist definiert als das Verhältnis zwischen der gemessenen Ist-Reaktanz eines gesamten elektrischen Ofens und der Reaktanz innerhalb der elektrischen Schaltlogik eines elektrischen Ofens. Ferner bewirkt diese momentane Variabilität der Leistungsaufnahme durch den elektrischen Ofen nicht optimale Prozessbedingungen wie erhöhten Verschleiß, insbesondere Elektroden- und Ofenverschleiß, sowie einen erhöhten Verbrauch an elektrischer Energie für eine gegebene Menge an Schmelzmaterial.
-
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Aufgabe, ein Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial bereitzustellen, das in der Lage ist, die momentane Variabilität der Leistungsaufnahmen durch den elektrischen Ofen zu reduzieren und damit auch den dynamischen Faktor während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial zu minimieren.
-
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Im Detail wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial gelöst, wobei der elektrische Ofen ein Elektrodenpositionierungsmittel zur Positionierung mindestens einer Elektrode (vorzugsweise einer Vielzahl, z. B. zwei oder drei oder mehr Elektroden) des elektrischen Ofens, ein elektrisches Stromversorgungsmittel zur Zuführung elektrischer Leistung zu der mindestens einen Elektrode und ein elektronisches Steuermittel, das mit dem Elektrodenpositionierungsmittel und dem elektrischen Stromversorgungsmittel zur Übertragung von Signalen datengekoppelt ist, umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- - modellprädiktives Berechnen eines Sollverlaufs mindestens einer Betriebseigenschaft bis zu einem Zeithorizont basierend auf einem zu erzielenden Ergebnis des Schmelzprozesses; und
- - Einstellen der mindestens einen Betriebseigenschaft mittels des Elektrodenpositionierungsmittels und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels derart, dass die mindestens eine Betriebseigenschaft zu einem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt auf dem Sollverlauf der mindestens einen Betriebseigenschaft liegt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Abweichung mindestens einer Betriebseigenschaft von ihrem optimalen Wert zu einem gegebenen Zeitpunkt signifikant reduziert wird. Dies führt zu einer signifikanten Reduktion der momentanen Variabilität in den Leistungsaufnahmen durch den elektrischen Ofen und trägt somit dazu bei, Flicker in einem Stromversorgungsnetz zu reduzieren und gleichzeitig die Gesamtenergieeffizienz des elektrischen Ofens zu erhöhen. Zum Beispiel wird die Abweichung des elektrischen Stroms der mindestens einen Elektrode von seinem optimalen Wert zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt für eine Mindestmenge an elektrischer Energie, die erforderlich ist, um das Schmelzmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, reduziert.
-
Ein Schmelzprozess kann einen oder mehrere Schmelzzyklen umfassen. Ein Schmelzzyklus kann die folgenden Betriebsschritte umfassen:
- - Laden von Schmelzmaterial, üblicherweise Schrott und/oder direkt reduziertes Eisen (DRI), in den Ofen
- - Erzeugen eines elektrischen Lichtbogens zwischen dem Schmelzmaterial und den Elektroden des Ofens
- - Perforieren des Schmelzmaterials, um den Schmelzprozess zu starten
- - Bilden eines Schmelzbades des Schmelzmaterials
- - Raffinieren des geschmolzenen Materials, um die Temperatur und die Materialzusammensetzung des Schmelzbades zu regeln
- - Abschlacken des im elektrischen Ofen vorhandenen geschmolzenen Materials
- - Abstechen des im elektrischen Ofen vorhandenen geschmolzenen Materials.
-
Ein Schmelzzyklus kann ferner zusätzliche Betriebsschritte umfassen, die nacheinander und/oder parallel zu den vorstehend erwähnten Betriebsschritten durchgeführt werden können, wie, aber nicht beschränkt auf:
- - Verwenden von Gasbrennern und/oder Sauerstofflanzen zum zusätzlichen Erwärmen des Schmelzmaterials,
- - Anpassen der chemischen Zusammensetzung des Schmelzmaterials durch Verwendung von Sauerstofflanzen innerhalb des Schmelzmaterials,
- - Anpassen der chemischen Zusammensetzung des Schmelzmaterials durch Einspritzen von Additiven wie Kohlenstoff, Kalk und/oder Dolomit oder einer beliebigen Kombination dieser Additive in das Schmelzmaterial.
-
Ein Schmelzzyklus kann weitere Betriebsschritte umfassen, die spezifisch für spezifische Schmelzmaterialien und/oder Ergebnisse sind, die während des Schmelzprozesses erzielt werden sollen. Weitere Betriebsschritte eines Schmelzzyklus könnten das Einspritzen des geschmolzenen Materials mit Additiven und/oder Legierungselementen einschließen.
-
Spezifische Betriebsschritte eines Schmelzzyklus können mehrmals innerhalb eines Schmelzzyklus wiederholt werden.
-
Ein elektrischer Ofen kann ein Elektrolichtbogenofen, ein Elektroreduktionsofen oder ein Tauchlichtbogenwiderstandsofen sein. Ein elektrischer Ofen kann mit Gleichstrom (DC), Wechselstrom (AC) oder mehrphasigen Wechselstrom betrieben werden.
-
Das Schmelzmaterial kann ein Metallmaterial, insbesondere ein Stahlmaterial, und/oder ein direkt reduziertes Eisenmaterial umfassen. Ein Schmelzmaterial kann Schrottmaterial, insbesondere Schrottmetallmaterial, umfassen. Ein Schmelzmaterial kann Aluminium, Kupfer, Silber, Gold oder jedes andere Metallmaterial umfassen, das mit elektrischer Energie erwärmt und/oder geschmolzen werden kann.
-
Eine Elektrode kann aus hochdichtem Graphit und/oder Wolfram hergestellt werden. Eine Elektrode kann dazu ausgelegt sein, elektrische Energie zu übertragen, die Lichtbögen zwischen ihren Spitzen und Ladungsmaterial ausbildet. Eine Elektrode kann eine vorgebrannte Elektrode oder eine selbstbrennende Elektrode (Söderberg-Elektrode) und/oder eine Extrusions-/Verbundelektrode sein, die eine Kombination aus einer Söderberg-Elektrode mit einer vorgebrannten Elektrode als ein Kern und/oder einem Hohlelektrodensystem ist, wodurch die Auswahl der Art der Elektrode von der Größe der Elektrode, dem produzierten Material/Metallurgie und/oder wirtschaftlichen Gesichtspunkten, wie etwa Betriebskosten, abhängen kann.
-
Ein Elektrodenpositionierungsmittel kann ein Höhenanpassungsmittel umfassen, das konfiguriert ist, um die mindestens eine Elektrode des elektrischen Ofens in die Nähe des Schmelzmaterials im elektrischen Ofen zu bringen oder von diesem zu entfernen. Das Höhenanpassungsmittel kann entweder elektrische Windenzüge, Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder, direkte elektromechanische Antriebe, umfassend einen Elektromotor und/oder ein Getriebe oder Ähnliches verwenden. Auf diese Weise kann die Position der mindestens einen Elektrode schneller und mit größerer Präzision angepasst werden.
-
Ein elektrisches Stromversorgungsmittel kann eine Vielzahl von Wandlern umfassen, die konfiguriert sind, um mindestens einer Elektrode des elektrischen Ofens elektrische Leistung zuzuführen.
-
Ein elektrisches Stromversorgungsmittel kann eine Vielzahl von DC-AC-Wandlern und/oder AC-DC-AC-Wandlern umfassen, die konfiguriert sind, um mindestens einer Elektrode des elektrischen Ofens elektrische Leistung zuzuführen. Auf diese Weise kann ein elektrischer Ofen mit Wechselstrom betrieben werden, insbesondere mit mehrphasigem Wechselstrom.
-
Ein elektrisches Stromversorgungsmittel kann eine Vielzahl von AC-DC-Wandlern und/oder DC-DC-Wandlern und/oder Gleichstromstellern umfassen, die konfiguriert sind, um mindestens einer Elektrode des elektrischen Ofens elektrische Leistung zuzuführen. Auf diese Weise kann ein elektrischer Ofen mit Gleichstrom betrieben werden.
-
Ein elektronisches Steuermittel kann ein beliebiges elektronisches System sein, das geeignet ist, Signale zu empfangen und/oder Signale zu speichern und/oder Signale zu verarbeiten und/oder Signale zu übertragen. Ein elektronisches Steuermittel kann ein beliebiges elektronisches System sein, das geeignet ist, ein elektrisches Stromversorgungsmittel in Abhängigkeit von mindestens einem Signal zu steuern und/oder zu regeln und/oder ein Elektrodenpositionierungsmittel in Abhängigkeit von mindestens einem Signal zu steuern und/oder zu regeln.
-
Der elektrische Ofen kann einen oder mehrere Sensoren umfassen, die Informationen über harmonische Verzerrungen und/oder Flicker und/oder ein Verhältnis von Wirkleistungsfluss und Blindleistungsfluss im Stromversorgungsnetz und/oder mindestens eine Betriebseigenschaft des elektrischen Ofens bereitstellen. Das elektronische Steuermittel kann mit einem oder mehreren solchen Sensoren wirkverbunden sein und kann Sensorsignale empfangen, diese verarbeiten und diese verwenden, um das elektrische Stromversorgungsmittel und/oder das Elektrodenpositionierungsmittel zu steuern oder zu regeln.
-
Der eine oder die mehreren Sensoren können Sensoren sein, die optische Messmittel und/oder elektrische Messmittel und/oder magnetische Messmittel und/oder mechanische Messmittel und/oder magnetostriktive Messmittel zum Messen einer oder mehrerer Messgrößen verwenden, um Sensorsignale für ein elektronisches Steuermittel bereitzustellen.
-
Die eine oder mehrere Messgrößen können direkt und/oder indirekt den harmonischen Verzerrungen und/oder dem Flicker und/oder einem Verhältnis von Wirkleistungsfluss und Blindleistungsfluss im Stromversorgungsnetz und/oder mindestens einer Ist-Betriebseigenschaft des elektrischen Ofens entsprechen. Auf diese Weise kann die Positionierung der Sensoren innerhalb des elektrischen Ofens flexibler sein.
-
Wenn beispielsweise die mindestens eine Ist-Betriebseigenschaft ein elektrischer Strom ist, kann die mindestens eine Messgröße direkt dem elektrischen Strom entsprechen. Mit anderen Worten kann die Messgröße der elektrische Strom sein.
-
Wenn beispielsweise die mindestens eine Ist-Betriebseigenschaft eine Elektrodenposition ist, kann die mindestens eine Messgröße indirekt der Elektrodenposition entsprechen. Mit anderen Worten kann die Messgröße ein Druck innerhalb eines Hydraulikzylinders sein, der zur Positionierung der mindestens einen Elektrode verwendet wird, wobei der Druck innerhalb des Hydraulikzylinders einer spezifischen Elektrodenposition in Bezug auf ein Schmelzmaterial in einem elektrischen Ofen entspricht.
-
Das elektronische Steuermittel kann ein Speicherungselement umfassen, das konfiguriert ist, um Sensorsignale zu speichern, die von einem oder mehreren Sensoren aus dem elektrischen Ofen empfangen werden.
-
Das elektronische Steuermittel kann ein Gehäuse umfassen. Die elektronische Steuereinheit kann eine integrale Komponente sein.
-
Ein Gehäuse ist im Rahmen dieser Erfindung dazu ausgelegt, die bezeichneten inneren Komponenten vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor mechanischen und/oder elektrischen Einflüssen, zu schützen. Ferner kann ein Gehäuse mit einem elektrischen Masseanschluss versehen sein, sodass das Gehäuse die Sicherheit für Personal in der Nähe der vom Gehäuse in einer vorgesehenen Weise eingeschlossenen elektrischen Komponenten erhöhen kann.
-
Ein Gehäuse kann ein Bodenteil, ein Oberteil und mindestens ein Seitenteil umfassen. Das Bodenteil, das Oberteil und mindestens ein Seitenteil können ein Gehäusevolumen zumindest teilweise begrenzen. Das Bodenteil, das Oberteil und mindestens ein Seitenteil können miteinander verbunden sein, wodurch eine integrale Komponente gebildet wird.
-
Zwei Teile, die eine integrale Komponente im Rahmen dieser Erfindung bilden, sind mittels mindestens einer mechanischen Verbindung miteinander verbunden. Mit anderen Worten ändern zwei Teile, die eine integrale Komponente bilden, ihre relative räumliche Position innerhalb der Grenzen ihrer mechanischen Verbindung zueinander, wenn die integrale Komponente von einer räumlichen Position in eine andere räumliche Position bewegt wird.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mechanische Verbindung einer integralen Komponente fixiert. Mit anderen Worten ist die relative Position zweier Teile, die eine integrale Komponente bilden, wobei die mechanische Verbindung zwischen den beiden Teilen fixiert ist, während der Änderung einer räumlichen Position der integralen Komponente konstant.
-
Ein modellprädiktives Berechnen basiert auf mathematischen Formeln, um die funktionellen und physischen Korrelationen eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial zu beschreiben, was dem Fachmann bekannt ist.
-
Eine Betriebseigenschaft kann eine beliebige Eigenschaft eines elektrischen Ofens während des Betriebs dieses elektrischen Ofens sein. Zum Beispiel kann eine Betriebseigenschaft eine elektrische Spannung, ein elektrischer Strom, eine elektrische Frequenz, eine Elektrodenposition oder dergleichen sein.
-
Ein Sollverlauf einer Betriebseigenschaft ist ein vorbestimmter Verlauf dieser Betriebseigenschaft, die berechnet wird, um ein spezifisches Ergebnis eines Schmelzprozesses zu erreichen.
-
Ein Zeithorizont kann eine beliebige Zeitdauer sein, insbesondere die Zeitdauer von Beginn eines Schmelzprozesses bis zum Ende dieses Schmelzprozesses.
-
Ein zu erzielendes Ergebnis eines Schmelzprozesses kann auf den gesamten Schmelzprozess und/oder auf spezifische Betriebsschritte eines Schmelzzyklus des Schmelzprozesses angewendet werden. Beispielsweise kann die Minimierung der elektrischen Energie, die erforderlich ist, um eine spezifische Menge an Schmelzmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, auf den gesamten Schmelzprozess und/oder auf spezifische Betriebsschritte eines Schmelzzyklus des Schmelzprozesses angewendet werden. Unterschiedliche Betriebsschritte eines Schmelzzyklus eines Schmelzprozesses können unterschiedliche Ergebnisse umfassen, die erzielt werden sollen. Zum Beispiel kann im Betriebsschritt des Perforierens des Schmelzmaterials, um den Schmelzprozess zu starten, das zu erzielende Ergebnis die Minimierung der Zeit sein, die erforderlich ist, um das Schmelzmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen. Im anschließenden Betriebsschritt des Bildens eines Schmelzbades des Schmelzmaterials kann das zu erzielende Ergebnis die Minimierung der elektrischen Energie sein, die erforderlich ist, um das Schmelzmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen. Ein derart ausgelegtes Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Energieeffizienz und Zeiteffizienz des Schmelzprozesses erhöht und gleichzeitig die Qualität des Schmelzmaterials am Ausgang des Ofens gesteigert werden kann.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass das Verfahren einen Verfahrensschritt zum Bestimmen mindestens einer Ist-Betriebseigenschaft aufweist, die der mindestens einen Elektrode mittels des Elektrodenpositionierungsmittels und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels zu einem ersten Zeitpunkt zugeführt wird, und dass der Verfahrensschritt des modellprädiktiven Berechnens des Sollverlaufs der mindestens einen Betriebseigenschaft bis zum Zeithorizont derart durchgeführt wird, dass der Sollverlauf der mindestens einen Betriebseigenschaft zum ersten Zeitpunkt gleich der Ist-Betriebseigenschaft zum ersten Zeitpunkt ist.
-
Auf diese Weise kann eine Gesamtsteuerung und -regelung des elektrischen Ofens verbessert werden. Der Sollverlauf der mindestens einen Betriebseigenschaft wird kontinuierlich aktualisiert und ermöglicht somit eine präzisere Steuerung und Regelung der mindestens einen Betriebseigenschaft, die sogar bei plötzlichen Änderungen der Bedingungen innerhalb des elektrischen Ofens während des Schmelzprozesses berücksichtigt wird. Tatsächlich ist der Sollverlauf nicht mehr ein statischer Sollverlauf, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, sondern wird stattdessen während des gesamten Schmelzprozesses kontinuierlich berechnet, was zu einer verbesserten Steuerung und Regelung des elektrischen Ofens basierend auf einer prädiktiven Steuerung und Regelung anstelle der traditionellen korrekturbasierten Steuerung und Regelung führt.
-
Der Verfahrensschritt zum Bestimmen mindestens einer Ist-Betriebseigenschaft zu einem ersten Zeitpunkt kann mittels mindestens einem Sensor durchgeführt werden.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass das Verfahren einen Verfahrensschritt zum Einstellen der mindestens einen Betriebseigenschaft derart aufweist, dass die mindestens eine Betriebseigenschaft zu einem zweiten, auf den ersten Zeitpunkt zeitlich folgenden Zeitpunkt auf dem Sollverlauf liegt.
-
Auf diese Weise hat das Verfahren den Vorteil, dass die Gesamtsteuerung und -regelung des elektrischen Ofens noch weiter verbessert werden kann, weil die mindestens eine Betriebseigenschaft dem Sollverlauf schneller folgen kann, was eine Erhöhung der Steuer- und Regelungsgeschwindigkeit ermöglicht.
-
Das Merkmal, dass der zweite Zeitpunkt zeitlich auf den ersten Zeitpunkt folgt, kann auch so ausgedrückt werden, dass der zweite Zeitpunkt zeitlich nach oder nachgelagert vom ersten Zeitpunkt liegt.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass das Verfahren einen Verfahrensschritt zum Bestimmen mindestens einer Ist-Betriebseigenschaft aufweist, die der mindestens einen Elektrode mittels des Elektrodenpositionierungsmittels und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels zu einem dritten Zeitpunkt zugeführt wird, wobei der dritte Zeitpunkt zeitlich auf den zweiten Zeitpunkt folgt, und dass der Verfahrensschritt der modellprädiktiven Berechnung des Sollverlaufs der mindestens einen Betriebseigenschaft bis zum Zeithorizont derart durchgeführt wird, dass der Sollverlauf der mindestens einen Betriebseigenschaft zum dritten Zeitpunkt gleich der Ist-Betriebseigenschaft zum dritten Zeitpunkt ist.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, dass die Gesamtsteuerung und -regelung des elektrischen Ofens noch weiter verbessert werden kann, da der Sollverlauf der mindestens einen Betriebseigenschaft kontinuierlich aktualisiert wird und somit auch plötzliche Änderungen der Bedingungen innerhalb des elektrischen Ofens während des Schmelzprozesses berücksichtigt werden. Solche Änderungen können plötzliche Veränderungen der Position der Elektroden in Bezug auf das Schmelzmaterial sein, aufgrund der Kollapse des Schmelzmaterials während des Schmelzprozesses, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
-
Das Merkmal, dass der dritte Zeitpunkt zeitlich auf den zweiten Zeitpunkt folgt, kann auch so ausgedrückt werden, dass der dritte Zeitpunkt zeitlich nach oder nachgelagert vom zweiten Zeitpunkt liegt.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass das Verfahren einen Verfahrensschritt zum Einstellen der mindestens einen Betriebseigenschaft derart aufweist, dass die mindestens eine Betriebseigenschaft zu einem vierten, auf den dritten Zeitpunkt zeitlich folgenden Zeitpunkt auf dem Sollverlauf liegt.
-
Auf diese Weise hat das Verfahren den Vorteil, dass die Gesamtsteuerung und -regelung des elektrischen Ofens erneut noch weiter verbessert werden kann, weil die mindestens eine Betriebseigenschaft dem Sollverlauf schneller folgen kann, was eine Erhöhung der Steuer- und Regelungsgeschwindigkeit ermöglicht.
-
Das Merkmal, dass der vierte Zeitpunkt zeitlich auf den dritten Zeitpunkt folgt, kann auch so ausgedrückt werden, dass der vierte Zeitpunkt zeitlich nach oder nachgelagert vom dritten Zeitpunkt liegt.
-
Der erste Zeitpunkt, der zweite Zeitpunkt, der dritte Zeitpunkt und der vierte Zeitpunkt können innerhalb des Zeithorizonts liegen.
-
Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte können während des gesamten Schmelzprozesses innerhalb des Zeithorizonts kontinuierlich fortgesetzt werden.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- - modellprädiktives Berechnen von Sollverläufen mindestens von n Betriebseigenschaften bis zu einem Zeithorizont basierend auf einem zu erzielenden Ergebnis des Schmelzprozesses; und
- - Einstellen der n Betriebseigenschaften mittels der Elektrodenpositionierungsmittel und/oder der elektrischen Stromversorgungsmittel derart, dass die jeweiligen n Betriebseigenschaften zu einem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt auf den jeweiligen, den jeweiligen Betriebseigenschaften zugeordneten Sollverläufen liegen.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, die Gesamtsteuerung und -regelung des elektrischen Ofens zu verbessern, indem es eine gleichzeitige Steuerung und Regelung einer Vielzahl von Betriebseigenschaften ermöglicht.
-
Die Anzahl n der Betriebseigenschaften ist nicht auf eine bestimmte Menge beschränkt, sondern kann eine beliebige ganze Zahl sein. Zum Beispiel kann n gleich oder höher als 2 sein, vorzugsweise gleich oder höher als 5 und besonders bevorzugt gleich oder höher als 35. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Anzahl n der Betriebseigenschaften gleich 4 sein.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass das Verfahren einen Verfahrensschritt zum Bestimmen von n Ist-Betriebseigenschaften aufweist, die der mindestens einen Elektrode mittels des Elektrodenpositionierungsmittels und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels zu einem ersten Zeitpunkt zugeführt werden, und dass der Verfahrensschritt des modellprädiktiven Berechnens der jeweiligen Sollverläufe der n Betriebseigenschaften bis zum Zeithorizont derart durchgeführt wird, dass die jeweiligen Sollverläufe der jeweiligen Betriebseigenschaften zum ersten Zeitpunkt gleich den jeweiligen Ist-Betriebseigenschaften zum ersten Zeitpunkt sind.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, dass die Gesamtsteuerung und -regelung des elektrischen Ofens noch weiter verbessert werden kann, da der Sollverlauf der n Betriebseigenschaften kontinuierlich aktualisiert wird und somit auch plötzliche Änderungen der Bedingungen innerhalb des elektrischen Ofens während des Schmelzprozesses berücksichtigt werden. Solche Änderungen können plötzliche Veränderungen der Position der Elektroden in Bezug auf das Schmelzmaterial sein, aufgrund der Kollapse des Schmelzmaterials während des Schmelzprozesses, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass das Verfahren einen Verfahrensschritt zum Einstellen der n Betriebseigenschaften derart aufweist, dass die n Betriebseigenschaften zu einem zweiten, auf den ersten Zeitpunkt zeitlich folgenden Zeitpunkt in den jeweiligen Sollverläufen liegt.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, dass die Gesamtsteuerung und -regelung des elektrischen Ofens noch weiter verbessert werden kann, weil die n Betriebseigenschaften den Sollverläufen schneller folgen können, was eine Erhöhung der Steuer- und Regelungsgeschwindigkeit ermöglicht.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass das Verfahren einen Verfahrensschritt zum Bestimmen von n Ist-Betriebseigenschaften aufweist, die der mindestens einen Elektrode mittels des Elektrodenpositionierungsmittels und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels zu einem dritten Zeitpunkt zugeführt werden, wobei der dritte Zeitpunkt zeitlich auf den zweiten Zeitpunkt folgt, und dass der Verfahrensschritt der modellprädiktiven Berechnung der jeweiligen Sollverläufe der n Betriebseigenschaften bis zum Zeithorizont derart durchgeführt wird, dass die jeweiligen Sollverläufe der jeweiligen Betriebseigenschaften zum dritten Zeitpunkt gleich den jeweiligen Ist-Betriebseigenschaften zum dritten Zeitpunkt sind.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, dass die Gesamtsteuerung und -regelung des elektrischen Ofens noch weiter verbessert werden kann, da die Sollverläufe der n Betriebseigenschaften kontinuierlich aktualisiert werden und somit auch plötzliche Änderungen der Bedingungen innerhalb des elektrischen Ofens während des Schmelzprozesses berücksichtigt werden. Ferner werden die Sollverläufe der n Betriebseigenschaften über einen kontinuierlichen Zeitraum innerhalb des Zeithorizonts aktualisiert, was eine erhöhte Steuer- und Regelungsgeschwindigkeit über einen längeren Zeitraum ermöglicht.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass das Verfahren einen Verfahrensschritt zum Einstellen der n Betriebseigenschaften derart aufweist, dass die n Betriebseigenschaften zu einem vierten, auf den dritten Zeitpunkt zeitlich folgenden Zeitpunkt in den jeweiligen Sollverläufen liegt.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, dass die Gesamtsteuerung und -regelung des elektrischen Ofens noch weiter verbessert werden kann, weil die n Betriebseigenschaften den Sollverläufen schneller und über einen kontinuierlichen Zeitraum innerhalb des Zeithorizonts folgen können, was eine Erhöhung der Steuer- und Regelungsgeschwindigkeit ermöglicht.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass mindestens eine Betriebseigenschaft und/oder mindestens eine Ist-Betriebseigenschaft eine elektrische Spannung ist.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, dass es eine momentane Steuerung und Regelung der elektrischen Leistung ermöglicht, die der mindestens einen Elektrode zugeführt wird.
-
Die elektrische Spannung kann die an die mindestens eine Elektrode angelegte elektrische Spannung sein.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass mindestens eine Betriebseigenschaft und/oder mindestens eine Ist-Betriebseigenschaft ein elektrischer Strom ist.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, dass es eine momentane Steuerung und Regelung der elektrischen Leistung ermöglicht, die der mindestens einen Elektrode zugeführt wird.
-
Der elektrische Strom kann der elektrische Strom sein, der der mindestens einen Elektrode zugeführt wird.
-
Weiter bevorzugt ist dieses Verfahren derart ausgelegt, dass mindestens eine Betriebseigenschaft und/oder mindestens eine Ist-Betriebseigenschaft eine elektrische Frequenz ist.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, den Leistungsfaktor der durch die mindestens eine Elektrode strömenden elektrischen Leistung zu erhöhen, indem es eine momentane Steuerung und Regelung des Verhältnisses von Wirkleistungsfluss und Blindleistungsfluss ermöglicht, die der mindestens einen Elektrode zugeführt werden.
-
Die elektrische Frequenz kann die elektrische Frequenz sein, die auf die mindestens eine Elektrode angewendet wird.
-
Weiter bevorzugt ist dieses Verfahren derart ausgelegt, dass mindestens eine Betriebseigenschaft und/oder mindestens eine Ist-Betriebseigenschaft eine Elektrodenposition der mindestens einen Elektrode ist.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, dass der Verschleiß der mindestens einen Elektrode signifikant reduziert werden kann.
-
Die Elektrodenposition kann die Elektrodenposition in Bezug auf das Schmelzmaterial im Inneren eines elektrischen Ofens in vertikaler Richtung sein.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren so ausgelegt, dass die modellprädiktive Berechnung des mindestens einen Sollverlaufs der mindestens einen Betriebseigenschaft auf einem zeitdiskreten dynamischen Modell des Schmelzprozesses des Schmelzmaterials im elektrischen Ofen basiert, wobei ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitschritten kleiner als oder gleich 0,1 s ist.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, dass die Präzision der Steuerung und Regelung des elektrischen Ofens verbessert wird, da das Bestimmen mindestens einer Ist-Betriebseigenschaft und das Einstellen mindestens einer Betriebseigenschaft mit einer höheren Abtastauflösung durchgeführt werden kann.
-
Vorzugsweise ist der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitschritten des zeitdynamischen Modells des Schmelzprozesses des Schmelzmaterials kleiner als oder gleich 0,01 s, weiter bevorzugt kleiner als oder gleich 0,001 s und besonders bevorzugt kleiner als oder gleich 0,0005 s. Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, dass die Präzision der Steuerung und Regelung des elektrischen Ofens noch weiter verbessert wird, da das Bestimmen mindestens einer Ist-Eigenschaft und das Einstellen mindestens einer Betriebseigenschaft mit einer noch höheren Abtastauflösung durchgeführt werden kann.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitschritten des zeitdynamischen Modells des Schmelzprozesses des Schmelzmaterials größer als oder gleich 0,0001 s, weiter bevorzugt größer als oder gleich 0,0005 s und besonders bevorzugt größer als oder gleich 0,001 s.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitschritten des zeitdynamischen Modells des Schmelzprozesses des Schmelzmaterials in einem Zeitbereich von 0,0002 s bis 0,1 s, bevorzugt in einem Zeitbereich von 0,001 s bis 0,1 s und besonders bevorzugt in einem Zeitbereich von 0,01 s bis 0,1 s.
-
Weiter bevorzugt ist das Verfahren derart ausgelegt, dass das zu erzielende Ergebnis des Schmelzprozesses aus der Gruppe ausgewählt ist, die Folgendes umfasst:
- - Minimieren der elektrischen Energie, die zum Erwärmen des Schmelzmaterials auf eine vorbestimmte Temperatur erforderlich ist;
- - Minimieren der Zeit, die zum Erwärmen des Schmelzmaterials auf eine vorbestimmte Temperatur erforderlich ist; und
- - Minimieren des Verschleißes der mindestens einen Elektrode zum Erwärmen des Schmelzmaterials auf eine vorbestimmte Temperatur.
-
Auf diese Weise weist das Verfahren den Vorteil auf, dass die Gesamtbetriebskosten eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial mit einem elektrischen Ofen reduziert werden können, während gleichzeitig die Lebensdauer dieses elektrischen Ofens erhöht werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren derart ausgelegt, dass das zu erzielende Ergebnis des Schmelzprozesses aus der Gruppe ausgewählt ist, die Folgendes umfasst:
- - Minimieren und/oder Ausgleichen des Verschleißes des feuerfesten Gefäßes des elektrischen Ofens;
- - Minimieren und/oder Ausgleichen des Verschleißes der Platten des elektrischen Ofens;
- - Minimieren und/oder Ausgleichen des Verschleißes der Bodenschale des feuerfesten Gefäßes des elektrischen Ofens;
- - Minimieren und/oder Ausgleichen des Verschleißes der Schlackentür des elektrischen Ofens;
- - Minimieren und/oder Ausgleichen des Verschleißes des oberen Deckels des elektrischen Ofens;
- - Optimieren der Wiedererwärmung einer Rohmaterialaustragszone und/oder einer Einspritzzone und/oder einer Abstichzone, insbesondere einer exzentrischen Bodenabstichzone innerhalb des Elektroofengefäßes;
- - Optimieren der Wiedererwärmung einer Austragszone für chemisches Additiv-Material und/oder einer Einspritzzone für chemisches Additiv-Material innerhalb des Elektroofengefäßes; und
- - Optimieren der Wiedererwärmung der Schlackentürzone innerhalb des Elektroofengefäßes; und
- - Minimieren harmonischer Verzerrungen und/oder Flicker in einem Stromversorgungsnetz; und
- - Maximieren des Verhältnisses von Wirkleistungsfluss und Blindleistungsfluss im Versorgungsnetz.
-
Das Ausgleichen von Verschleiß eines spezifischen Teils des elektrischen Ofens kann so verstanden werden, dass der Verschleiß im Wesentlichen gleichmäßig über eine gegebene Oberfläche des spezifischen Teils des elektrischen Ofens erfolgt. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des gesamten elektrischen Ofens erhöht werden.
-
Die Erfindung basiert ferner auf der Aufgabe, einen elektrischen Ofen bereitzustellen, wobei die momentane Variabilität der Leistungsaufnahmen durch den elektrischen Ofen während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial reduziert wird.
-
Diese der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen elektrischen Ofen nach Anspruch 17 gelöst.
-
Im Detail wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch einen elektrischen Ofen zum Schmelzen von Material gelöst, wobei der elektrische Ofen ein Elektrodenpositionierungsmittel zum Positionieren von mindestens einer Elektrode des elektrischen Ofens umfasst. Der elektrische Ofen umfasst ferner ein elektrisches Stromversorgungsmittel zum Zuführen von elektrischer Leistung zu der mindestens einen Elektrode. Darüber hinaus umfasst der elektrische Ofen ein elektronisches Steuermittel, das mit dem Elektrodenpositionierungsmittel und dem elektrischen Stromversorgungsmittel zur Übertragung von Signalen datengekoppelt ist. Der elektrische Ofen ist dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Steuermittel geeignet ist, um einen Betrieb des elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses des Schmelzmaterials gemäß einem der vorstehend beschriebenen Verfahren zu regeln.
-
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen erläutert, wodurch:
- 1: ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial zeigt;
- 2: ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial zeigt;
- 3: ein Diagramm zeigt, das einen Sollverlauf einer Betriebseigenschaft eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses über einen Zeithorizont N zeigt, basierend auf einem zu erzielenden Ergebnis und der Ist-Betriebseigenschaft bis zu einem ersten Zeitpunkt t1;
- 4: ein Diagramm zeigt, das einen Sollverlauf einer Betriebseigenschaft eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses über einen Zeithorizont N zeigt, basierend auf einem zu erzielenden Ergebnis und der Ist-Betriebseigenschaft bis zu einem zweiten Zeitpunkt t2;
- 5: ein Diagramm zeigt, das einen Sollverlauf einer Betriebseigenschaft eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses über einen Zeithorizont N zeigt, basierend auf einem zu erzielenden Ergebnis und der Ist-Betriebseigenschaft bis zu einem vierten Zeitpunkt t4; und
- 6: eine schematische Ansicht eines elektrischen Ofens zum Schmelzen von Material gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
-
In der folgenden Beschreibung beschreiben gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bzw. gleiche Merkmale, sodass eine Beschreibung eines Elements, das unter Bezugnahme auf eine Figur durchgeführt wird, auch für die anderen Figuren gültig ist, sodass eine Wiederholung des jeweiligen Merkmals weggelassen wird.
-
1 zeigt ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens 10 während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial. Der in 6 gezeigte elektrische Ofen 10 umfasst ein Elektrodenpositionierungsmittel 30 zum Positionieren mindestens einer Elektrode 40 des elektrischen Ofens 10, ein elektrisches Stromversorgungsmittel 50 zur Zuführung elektrischer Leistung zu der mindestens einen Elektrode 40 und ein elektronisches Steuermittel 60, das mit dem Elektrodenpositionierungsmittel 30 und dem elektrischen Stromversorgungsmittel 50 zur Übertragung von Signalen datengekoppelt ist.
-
Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- - modellprädiktives Berechnen S1 eines Sollverlaufs mindestens einer Betriebseigenschaft Op bis zu einem Zeithorizont N basierend auf einem zu erzielenden Ergebnis des Schmelzprozesses;
- - Einstellen S2 der mindestens einen Betriebseigenschaft Op mittels des Elektrodenpositionierungsmittels 30 und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels 50 derart, dass die mindestens eine Betriebseigenschaft Op zu einem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt auf dem Sollverlauf der mindestens einen Betriebseigenschaft Op liegt;
- - Bestimmen S3 mindestens einer Ist-Betriebseigenschaft Oap, die der mindestens einen Elektrode 40 mittels des Elektrodenpositionierungsmittels 30 und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels 50 zu einem ersten Zeitpunkt t1 zugeführt wird, wobei
der Verfahrensschritt des modellprädiktiven Berechnens S1 des Sollverlaufs der mindestens einen Betriebseigenschaft Op bis zum Zeithorizont N derart durchgeführt wird, dass der Sollverlauf der mindestens einen Betriebseigenschaft Op zum ersten Zeitpunkt t1 gleich der Ist-Betriebseigenschaft Oap zum ersten Zeitpunkt t1 ist.
-
Das Verfahren umfasst ferner die folgenden Verfahrensschritte:
- - Einstellen S4 der mindestens einen Betriebseigenschaft Op derart, dass die mindestens eine Betriebseigenschaft Op zu einem zweiten, auf den ersten Zeitpunkt t1 zeitlich folgenden Zeitpunkt t2 auf dem Sollverlauf liegt;
- - Bestimmen S5 mindestens einer Ist-Betriebseigenschaft Oap, die der mindestens einen Elektrode 40 mittels des Elektrodenpositionierungsmittels 30 und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels 50 zu einem dritten Zeitpunkt t3 zugeführt wird, wobei der dritte Zeitpunkt t3 zeitlich auf den zweiten Zeitpunkt t2 folgt, wobei
die modellprädiktive Berechnung S1 des Sollverlaufs der mindestens einen Betriebseigenschaft Op bis zum Zeithorizont N derart durchgeführt wird, dass der Sollverlauf der mindestens einen Betriebseigenschaft Op zum dritten Zeitpunkt t3 gleich der Ist-Betriebseigenschaft Oap zum dritten Zeitpunkt t3 ist, und
- - Einstellen S6 der mindestens einen Betriebseigenschaft Op derart, dass die mindestens eine Betriebseigenschaft Op zu einem vierten, auf den dritten Zeitpunkt t3 zeitlich folgenden Zeitpunkt t4 auf dem Sollverlauf liegt.
-
2 zeigt ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens 10 während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial.
-
Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- - modellprädiktives Berechnen S7 von Sollverläufen von n Betriebseigenschaften Op bis zu einem Zeithorizont N basierend auf einem zu erzielenden Ergebnis des Schmelzprozesses;
- - Einstellen S8 der n Betriebseigenschaften Op mittels des Elektrodenpositionierungsmittels 30 und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels 50 derart, dass die jeweiligen n Betriebseigenschaften Op zu einem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt auf den jeweiligen, den jeweiligen Betriebseigenschaften Op zugeordneten Sollverläufen liegen, und
- - Bestimmen S9 von n Ist-Betriebseigenschaften Oap, die der mindestens einen Elektrode 40 mittels des Elektrodenpositionierungsmittels 30 und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels 50 zu einem ersten Zeitpunkt t1 zugeführt werden, wobei
der Verfahrensschritt des modellprädiktiven Berechnens S7 der jeweiligen Sollverläufe der n Betriebseigenschaften Op bis zum Zeithorizont N derart durchgeführt wird, dass die jeweiligen Sollverläufe der jeweiligen Betriebseigenschaften Op zum ersten Zeitpunkt t1 gleich den jeweiligen Ist-Betriebseigenschaften Op zum ersten Zeitpunkt t1 sind.
-
Das Verfahren umfasst ferner die folgenden Verfahrensschritte:
- - Einstellen S10 der n Betriebseigenschaften Op derart, dass die n Betriebseigenschaften Op zu einem zweiten, auf den ersten Zeitpunkt t1 zeitlich folgenden Zeitpunkt t2 auf den jeweiligen Sollverläufen liegen;
- - Bestimmen S11 von n Ist-Betriebseigenschaften Oap, die der mindestens einen Elektrode 40 mittels des Elektrodenpositionierungsmittels 30 und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels 50 zu einem dritten Zeitpunkt t3 zugeführt werden, wobei der dritte Zeitpunkt t3 zeitlich auf den zweiten Zeitpunkt t2 folgt, wobei
der Verfahrensschritt des modellprädiktiven Berechnens S7 der jeweiligen Sollverläufe der n Betriebseigenschaften Op bis zum Zeithorizont N derart durchgeführt wird, dass die jeweiligen Sollverläufe der jeweiligen Betriebseigenschaften Op zum dritten Zeitpunkt t3 gleich den jeweiligen Ist-Betriebseigenschaften Oap zum dritten Zeitpunkt t3 sind, und
- - Einstellen S12 der n Betriebseigenschaften Op derart, dass die n Betriebseigenschaften Op zu einem vierten, auf den dritten Zeitpunkt t3 zeitlich folgenden Zeitpunkt t4 auf den jeweiligen Sollverläufen liegen.
-
3 zeigt ein Diagramm eines Sollverlaufs einer Betriebseigenschaft eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses über einen Zeithorizont N basierend auf einem zu erzielenden Ergebnis und der Ist-Betriebseigenschaft bis zu einem ersten Zeitpunkt t1.
-
Der Sollverlauf mindestens einer Betriebseigenschaft Op bis zu einem Zeithorizont N wird in einem Verfahrensschritt des modellprädiktiven Berechnens S1 berechnet. Die mindestens eine Betriebseigenschaft Op wird im Verfahrensschritt S2 mittels des Elektrodenpositionierungsmittels 30 und/oder des elektrischen Stromversorgungsmittels 50 derart eingestellt, dass die mindestens eine Betriebseigenschaft Op zu einem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt auf dem Sollverlauf der mindestens einen Betriebseigenschaft Op liegt. Dies wird durch das erste „x“ im Diagramm angezeigt, wenn man mit der Zählung der Anzahl der „x“ von der linken Seite des Diagramms aus beginnt.
-
Die mindestens eine Ist-Eigenschaft Oap, die dem mindestens einen Positionierungsmittel 30 und/oder dem elektrischen Stromversorgungsmittel 50 zu einem ersten Zeitpunkt t1 zugeführt wird, wird in Verfahrensschritt S3 bestimmt. Der Verfahrensschritt des modellprädiktiven Berechnens S1 des Sollverlaufs der mindestens einen Betriebseigenschaft Op bis zu einem Zeithorizont N wird wiederum derart durchgeführt, dass der Sollverlauf der mindestens einen Betriebseigenschaft Op zum ersten Zeitpunkt t1 gleich der Ist-Betriebseigenschaft Oap zum ersten Zeitpunkt t1 ist. Dies wird durch das zweite „x“ im Diagramm angezeigt. Wie man sieht, fallen die Ist-Betriebseigenschaft Oap und der Sollverlauf der Betriebseigenschaft Op zum ersten Zeitpunkt t1 zusammen. Auf diese Weise wird der Sollverlauf der Betriebseigenschaft Op während des gesamten Schmelzprozesses von Schmelzmaterial unter Berücksichtigung der Ist-Betriebseigenschaft Oap kontinuierlich aktualisiert. Dies führt zu einer präziseren Steuerung und Regelung der Betriebseigenschaft und führt somit zu einer erhöhten Gesamteffizienz des Schmelzprozesses.
-
4 zeigt ein Diagramm eines Sollverlaufs einer Betriebseigenschaft eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses über einen Zeithorizont N basierend auf einem zu erzielenden Ergebnis und der Ist-Betriebseigenschaft bis zu einem zweiten Zeitpunkt t2.
-
Die mindestens eine Betriebseigenschaft Op wird in einem Verfahrensschritt S4 derart eingestellt, dass die mindestens eine Betriebseigenschaft Op zu einem zweiten, auf den ersten Zeitpunkt t1 zeitlich folgenden Zeitpunkt t2 auf dem Sollverlauf liegt. Dies wird durch das dritte „x“ im Diagramm angezeigt.
-
5 zeigt ein Diagramm, das einen Sollverlauf einer Betriebseigenschaft eines elektrischen Ofens während eines Schmelzprozesses über einen Zeithorizont N zeigt, basierend auf einem zu erzielenden Ergebnis und der Ist-Betriebseigenschaft bis zu einem vierten Zeitpunkt t4.
-
Die mindestens eine Ist-Eigenschaft Oap, die dem mindestens einen Positionierungsmittel 30 und/oder dem elektrischen Stromversorgungsmittel 50 zu einem dritten Zeitpunkt t3 zugeführt wird, wobei der dritte Zeitpunkt t3 zeitlich auf den zweiten Zeitpunkt t2 folgt, wird in Verfahrensschritt S5 bestimmt. Der Verfahrensschritt des modellprädiktiven Berechnens S1 des Sollverlaufs der mindestens einen Betriebseigenschaft Op bis zu einem Zeithorizont N wird wiederum derart durchgeführt, dass der Sollverlauf der mindestens einen Betriebseigenschaft Op zum dritten Zeitpunkt t3 gleich der Ist-Betriebseigenschaft Oap zum dritten Zeitpunkt t3 ist. Dies wird durch das vierte „x“ im Diagramm angezeigt. Wie man sieht, fallen die Ist-Betriebseigenschaft Oap und der Sollverlauf der Betriebseigenschaft Op zum dritten Zeitpunkt t3 zusammen. Auf diese Weise wird der Sollverlauf der Betriebseigenschaft Op während des gesamten Schmelzprozesses von Schmelzmaterial unter Berücksichtigung der Ist-Betriebseigenschaft Oap kontinuierlich aktualisiert.
-
Die mindestens eine Betriebseigenschaft Op wird im Verfahrensschritt S6 derart eingestellt, dass die mindestens eine Betriebseigenschaft Op zu einem vierten, auf den dritten Zeitpunkt t3 zeitlich folgenden Zeitpunkt t4 auf dem Sollverlauf liegt. Dies wird durch das fünfte „x“ im Diagramm angezeigt.
-
6 zeigt eine schematische Ansicht eines elektrischen Ofens 10 zum Schmelzen von Material in einer ersten Ausführungsform. Der elektrische Ofen 10 umfasst zwei Elektrodenpositionierungsmittel 30 zum Positionieren von zwei Elektroden 40 des elektrischen Ofens 10. Jedes Elektrodenpositionierungsmittel 30 ist nur mit einer Elektrode 40 verbunden und jede Elektrode 40 ist mit nur einem Elektrodenpositionierungsmittel 30 verbunden. Die Elektroden 40 sind in einem Ofengefäß 70 mit Schmelzmaterial positioniert. Der elektrische Ofen 10 umfasst ferner ein elektrisches Stromversorgungsmittel 50 zum Zuführen von elektrischer Leistung zu den zwei Elektroden 40. Das elektrische Stromversorgungsmittel 50 ist mit beiden Elektroden 40 verbunden. Der elektrische Ofen 10 umfasst ferner ein elektronisches Steuermittel 60, wobei das elektronische Steuermittel 60 mit den zwei Elektrodenpositionierungsmitteln 30 und den elektrischen Stromversorgungsmitteln 50 zur Übertragung von Signalen datengekoppelt ist. Das Elektrodensteuermittel 60 ist ferner geeignet, um einen Betrieb des elektrischen Ofens 10 während eines Schmelzprozesses des Schmelzmaterials gemäß dem Verfahren zum Regeln eines Betriebs eines elektrischen Ofens 10 während eines Schmelzprozesses von Schmelzmaterial, wie vorstehend beschrieben, zu regeln.
-
Liste der Bezugszeichen
-
- 10
- Elektrischer Ofen
- 30
- Elektrodenpositionierungsmittel
- 40
- Elektrode
- 50
- Elektrisches Stromversorgungsmittel
- 60
- Elektronisches Steuermittel
- 70
- Ofengefäß
- Op
- Betriebseigenschaft
- Oap
- Ist-Betriebseigenschaft
- N
- Zeithorizont
- Up
- Elektrische Spannung
- Ip
- Elektrischer Strom
- Fp
- Elektrische Frequenz
- t1
- Erster Zeitpunkt
- t2
- Zweiter Zeitpunkt
- t3
- Dritter Zeitpunkt
- t4
- Vierter Zeitpunkt
- S1
- Verfahrensschritt S1
- S2
- Verfahrensschritt S2
- S3
- Verfahrensschritt S3
- S4
- Verfahrensschritt S4
- S5
- Verfahrensschritt S5
- S6
- Verfahrensschritt S6
- S7
- Verfahrensschritt S7
- S8
- Verfahrensschritt S8
- S9
- Verfahrensschritt S9
- S10
- Verfahrensschritt S10
- S11
- Verfahrensschritt S11
- S12
- Verfahrensschritt S12
