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Elektrohydraulische Elektrodenregelung für Lichtbogenöfen Die Erfindung
bezieht sich auf eine elektrohydraulische Elektrodenregelung für Lichtbogenöfen.
Bei Lichtbogenöfen hat die Elektrodenregelung die Aufgabe, den Abstand zwischen
den Elektroden so einzustellen, daß das Verhältnis von Elektrodenspannung zu Elektrodenstrom,
also die Impedanz, den eingestellten Wert behält. Man verlangt von einer modernen
Elektrodenregelung große Regelgenauigkeit, hohe Ansprechempfindlichkeit und große
Elektrodenverstellgeschwindigkeit.
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Es ist bekannt, zur Verstellung der Elektroden Druckkolben in Verstellzylindern
zu verwenden. Durch Druckwasser werden die Druckkolben mit den Elektroden gehoben,
sie senken sich durch ihr eigenes Gewicht bei Öffnung der Druckwasserleitung. Das
Druckwasser wird über ein Doppelmagnetventil zu-bzw. abgeführt, und dieses wird
durch einen Regler, der ein Impulsregler sein kann, in Abhängigkeit von Elektrodenstrom
und -spannung gesteuert.
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Es ist bekannt, die Regelung der Stellung einer Elektrode in Abhängigkeit
von Strom und Spannung vorzunehmen. Dabei wird die Regelabweichung über einen Maschinenverstärker
verstärkt und über einen elektromechanischen Energiewandler dem Steuerschieber eines
Druckmittelbehälters zugeleitet. Der Steuerschieber steuert den Druckmittelzufluß
zu dem Druckkolben in dem Verstellzylinder. Eine derartige Anordnung ist insbesondere
wegen des Energieumsetzers sehr aufwendig.
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Es ist bekannt, zur Regelung einer Elektrode auf konstante Stromwerte
einen um eine Stromzuführungsleitung gelegten Elektromagneten vorzusehen, der von
dem in der Leitung fließenden Strom unmittelbar erregt wird: Bei Abweichung des
Stromes von dem Sollwert wird die Erregung des Magnets und damit die Größe der magnetischen
Einwirkung auf einen Anker geändert. Der Anker ist über eine Schubstange unmittelbar
mit dem Steuerschieber einer hydraulischen Einstellvorrichtung für die Elektroden
verbunden. Mit dieser Vorrichtung sind Nachteile verbunden, da die auf den Anker
ausgeübte Kraft außer von der Regelabweichung auch noch von der Entfernung zwischen
Magnet und Anker infolge der Änderung der Induktion des Luftraumes bei einer Bewegung
des Ankers abhängt. Nachteilig wirkt sich auch die Notwendigkeit des Einbaus der
Vorrichtung in unmittelbarer Nähe der Zuführungsleitungen aus.
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Es kommt nun bei der Elektrodenregelung auf eine kleine Ansprechzeit
der Regeleinrichtung an, so daß bei Änderung der Impedanz die Elektroden durch eine
praktisch trägheitslose Verstellung wieder das eingestellte Strom-Spannungs-Verhältnis
herbeiführen. Eine Einrichtung nach der Erfindung bewirkt eine praktisch trägheitslose
Elektrodenregelung. Außerdem wird eine der Regelabweichung proportionale Verstellung
des Steuerschiebers erreicht.
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Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Regelung für Lichtbogenöfen
mit einem hydraulischen Servomotor zum Verstellen der Elektroden, bei der ein den
Druckwasserzu- und -abluß zum Verstellzylinder der Elektrode regelnder Steuerschieber
in Abhängigkeit von der Abweichung des Strom-Spannungs-Verhältnisses von einem Sollwert
über einen trägheitsarmen Verstärker und eine elektrodynamische Tauchspulenanordnung
verstellt wird. Um die bei den bekannten Anordnungen auftretenden Nachteile zu vermeiden,
ist erfindungsgemäß die gegen eine Federkraft auslenkbare Tauchglocke der Tauchspulenanordnung
zur unmittelbaren Verstellung des Steuerschiebers starr mit der Schubstange des
Steuerschiebers verbunden.
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Es ist zwar schon bekannt, zur Regelung der Elektroden von Lichtbogenöfen
Tauchspulenregler vorzusehen, deren Tauchglocken mit ihnen verbundene Steuerschieber
verstellen. Im Gegensatz zu der erfindungsgemäß ausgebildeten Regelanordnung arbeiten
hierbei jedoch die Steuerschieber mit hydraulischen Verstärkern zusammen, die ihrerseits
auf die Steuerschieber zur Steuerung des den Stehzylindern der Elektroden zugeleiteten
Druckmittels einwirken. Durch den Wegfall des hydraulischen Zwischenverstärkers
ergibt sich ein einfacherer und damit wirtschaftlicherer Aufbau der Regelung.
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Durch Verwendung von Tauchspulen in einem homogenen Magnetfeld an
Stelle eines Doppelmagnetventils mit Weicheisenkern wird die Ansprechzeit des hydraulischen
Ventils entscheidend verkürzt. Die Magnetventile besitzen einen Weicheisenkern,
der sich
in einer Magnetspule befindet. Wird die Magnetspule unter
Strom gesetzt, so schaltet das Ventil. Bei der Einschaltung muß das Magnetfeld aufgebaut
werden, was eine gewisse Zeit benötigt, die unter Umständen für Regel- oder Steuerzwecke
nicht tragbar ist. Bei einer Einrichtung nach der Erfindung befinden sich die Tauchspulen
in einem Gleichstrom-Magnetfeld, das durch einen gleichstromgespeisten Magneten
erzeugt wird. An Stelle dieses Elektromagneten kann jedoch zur Erzeugung eines homogenen
Feldes auch ein permanenter Magnet verwendet werden. Das Magnetfeld ist also immer
vorhanden. Wenn die Tauchspulen unter Strom gesetzt werden, ergibt sich eine Kraftwirkung
zwischen den stromdurchflossenen Windungen der Tauchspulen und dem vorhandenen magnetischen
Gleichfeld. Es ist also nicht mehr notwendig, das Magnetfeld aufzubauen, und dadurch
wird die Schaltzeit des hydraulischen Ventils vermindert. Es ergibt sich außerdem
der Vorteil, durch proportionale Regelung des Spulengleichstroms eine proportionale
Verstellung des Steuerschiebers zu bewirken. Das hydraulische Ventil schließt und
öffnet also nicht ruckartig, sondern weich.
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Zur Schaltung der Tauchspulen sind rasch ansprechende Regelsysteme,
wie Magnetverstärker und elektronische Einrichtungen, insbesondere unter Verwendung
von gittergesteuerten Gas- und Dampfentladungsröhren, die praktisch zeitlos schalten,
von besonderem Vorteil.
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In einem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist eine Anordnung für Elektrodenregelung
mit Tauchspulen nach der Erfindung dargestellt.
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In den kreisringförmigen Luftspalt eines Topfmagneten 1 taucht ein
glockenförmiger Aluminiumkörper 2, der die Tauchspulen 3 und 4 trägt. Die beiden
Spulen 3 und 4 werden von den Steuerströmen durchflossen: Zusammen mit dem
gleichstromerregten, in axialer Richtung zwischen den Polflächen gleichförmigen
Feld des Topfmagneten bilden sie axiale Kräfte. Diese Kräfte werden auf eine mit
der Tauchglocke 2 verbundene Schubstange 5 übertragen, die in ihrem unteren Teil
als Steuerschieber 6 ausgebildet ist, der sich in dem Steuerzylinder 7 bewegt. Das
Druckwasser wird in einer Druckwasseranlage erzeugt, die aus einer Druckwasserpumpe,
einem Druckwasserkessel und einem Wasserbehälter besteht. Der Steuerschieber 6 reguliert
die Druckwasserzu-und -abführung zum Stellzylinder 8 der Elektrode.
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Die Wirkungsweise der Tauchspulen bei der Elektrodenregelung ist folgende:
Spule 3 wird z. B. von einem der Elektrodenspannung und Spule 4 von einem dem Elektroden-Strom
proportionalen Gleichstrom durchflossen. Bei Stromerhöhung und Spannungsabsenkung
erhalten z. B. die Tauchspulen über einen Magnetverstärker solche Steuerströme,
die eine Aufwärtsbewegung de:, Steuerschiebers 6 bewirken, so daß das hydraulische
Ventil die Druckwasserleitung zum Stellzylinder 8 mit der Druckwasseranlage verbindet.
Die Elektrode wird gehoben, und zwar .so lange, bis das eingestellte Spannungs-Strom-Verhältnis
wieder erreicht ist. Damit sind die Ströme in den Tauchspulen wieder gleich, und
der Steuerschieber 6 schließt wieder. Die Hubbewegung ist beendet. Umgekehrt verläuft
der Vorgang bei zu geringem Ofenstrom. In diesem Falle erhalten die Tauchspulen
solche Steuerströme, daß sich der Steuerschieber 6 nach unten bewegt und die Stellzylinderleitung
mit der Abwasserleitung verbindet, wodurch die Elektrode durch ihr eigenes Gewicht
sich senkt, bis das eingestellte Spannungs-Strom-Verhältnis wieder erreicht ist.
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Die Tauchspulen werden durch die mechanische Feder 9 in der Ruhelage
gehalten. An Stelle der mechanischen Feder können auch sogenannte elektrische Federspulen
auf dem Aluminiumkörper ober- und unterhalb der beiden Tauchspulen 3, 4 vorgesehen
sein. Diese Federspulen werden mit konstanten Strömen beschickt, und zwar in solchem
Sinne, daß die von ihnen hervorgerufenen Kräfte einander entgegengerichtet sind.
Die Federspulen liegen im inhomogenen Streufeld des Topfmagneten 1. Die Kräfte,
die auf sie ausgeübt werden, hängen infolge der Feldform von der Auslenkung der
Tauchspulen 3, 4 ab. Sie setzen sich zu einer Resultierenden zusammen, die innerhalb
der Auslenkungsgrenzen mit der Auslenkung wachsende Rückstellkräfte ergibt. Sie
wirken also genauso wie mechanische Federn und heißen daher Federspulen.