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LEISTUNGSMESSER FÜR LICHTBOGENÖFEN Die Erfindung bezieht sich au9
Leistungsregler fUr Lichtbogenöfen und kann beispielsweise in Elektrostahl- und
Elektronischlacköfen Verwendung finden.
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Es sind Leistungsmesser fur Lichtbogenöfen bekannt, hei welchen das
Bogenspannungs- bzw. Bogenstromsignal einem hydraulischen Wandler (elektrohydraulische
Wandler- und Verstärkereinrichtung) zugeführt wird. In dem hydraulischen Wandler
wird das von der änderung des Stromspannungsver hältnisses abhängige Signal in eine
mechanische Verstellung umgesetzt, die als Eingangssignal der hydraulischen Verstärkerstufe
gilt. Dieses verstärkte und in eine Verstellung des Steuerschiebers des hydraulischen
Antriebes umgesetzte Signal steuert den Kraftfluß der Arbeitsflüssigkeit, die in
das einseitig wirkende hydraulische Elektrodenverstellungsvorrichtung vom Kolbentyp
geleitet wird. Diese Vorrichtung verstellt die Elektrode mittels Elemente der die
erwähnte Elektro.de tragenden Vorrichtung und beseitigt etwaige Abweichungen von
der Solleistung (siehe beispielsweise M. Pirani "Elektrothermie" 1960, Springer-Verlag,
Berlin (Götingen), Heidelberg. S. 389).
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BeS den bekannten Reglern sind folgende Naohteile zu verzeichnens
große Abweichungen der Ofenleistungsaufnahme vom Sollwert, (große dynamischen Fehler)
insbesondere bei der Schmelzführung infolge ungenügender Wirkungsgeschwindigkeit
der hydraulischen Vorrichtung, niedriger Verstellgeschwindigkeit
der
Elektrode Verdichtbarkeit eines beträchtlichen Flüssigkeitsvolumens in der hydraulischen
Vorrichtung, Anwesenheit großer träger Flüssigkeitsmassen in den Verbindungsleitungen,
komplizierte Sicherstellung eines stabilen Betriebes, insbesondere mit Erhöhung
der Elektrodenverstellgeschwindigkeit und der Wirkungsgeschwindigkeit des hydraulischen
Antriebes. darüber hinaus ist die Herstellung von hydraulischen Vorrichtungen mit
großem Hubweg sehr kompliziert.
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Ziel der erfindung ist die 3eseitigung der genannten Nachteile. Der
Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt einen Leistungsregler für Lichtbogenöfen
mit einer solchen Elektrodenverstellung zu schaffen, die es ermöglicht, die Abweichung
der Ofenleistungsaufnahme vom Nennwert insbesondere bei der Schmelzführung herabzusetzen
(Minimisierung der dynamischen Fehler), die Elektrodenverstellgeschwindigkeit im
Not betrieb und bei manueller Steuerung zu erhöhen und eine hydraulische Vorrichtung
mit geringem Hub und doppelseitiger Wirkung anzuwenden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Leistungsregler für Lichtbogenöfen
mit hydraulischer Elektrodenverstellung, die mit den Eleenten der die Elektrode
tragenden Vorrichtung verbunden und an die Spanungs- bzw. Strommesser über einen
hydraulischen Wandler angeschlossen ist, gemäß der Erfindung in Reihe mit der hydraulischen
Elektrode
denverstellvorrichtung über eine starre mechanische Kopp
lung eine zusätzliche Elektrodenverstellvorrichtung liegt, die derart ausgefUhrt
ist, daß sie die Elektrode um einen Weg verstellt, der höchstens zweimal so groß
ist wie der durch die Hauptverstellvorrichtung bewirkte Weg, wobei die zusätzliche
Yerstellvorrichtung dann eingeschaltet wird, wenn die hydraulische Vorrichtung eine
der Endstellungen eingenommen hat.
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Als zusätzliche Verstellvorrichtung ist zweckmäßig eine elektromechanische
Schritteinrichtung anzuwenden.
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Im folgenden soll nun die Erfindung durch die Beschreibung eines
AusfUhrungsbeispiels und anhand der beigelegten Zeichnung mit der Prinzipschaltung
des erfindungsgemäßen lleistungsreglers erläutert werden.
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Der Leistungsregler für den Bogenofen 1 umfaßt zwei Antriebe, nämlich
den hydraulischen Antrieb mit hoher Wirkungsgeschwindigkeit und dynamische Genauigkeit,
der zur Leistungssteuerung der Bogenentladung dient, und den zusätzlichen elektromechanischen
Antrieb zur Verstellung der Elektrode 2 über den gesamten Verstellungsweg, wobei
an diese. Betätigungsvorrichtung keine besondere Forderungen gestellt werden.
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Der hydraulische Antrieb besteht aus einer hydraulischen Elektrodenverstellvorrichtung
3 mit Umschaltnooken 4 und einem hydraulischen Wandler 5 (elektrohydraulische Verstärker-
und Wandlereinrichtung) mit Steuerventil 6.
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Der hydraulische Wandler ist an die Strommesser 7 und die Spannungsmesser
8 angeschlossen und erhält die Speisung von Pumpe 9 über die aus den Rohrleitungen
10 und 11 bestehenden Druckleitung, in der ein Druckflüssigkeitsspeicherraum 12
zur Sicherung großer Spitzendurchflüsse und Ausschließung eines trägen Verhaltens
der Flüssigkeit in der Druckleitung 10 vorgesehen ist.
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Die hydraulische Elektrodenverstellvorrichtung 3 ist mit dem hydraulischen
Wandler 5 über die Leitungen 13 und 14 verbunden. Je nach der Stellung des Steuerventils
6 gelangt die Arbeitsflüssigkeit in dessen oberen Raum 15 oder in den unteren Raum
16.
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Die aus Rohrleitungen 17 und 18 bestehende Abflußleitung ist mit
dem Behälter 19 verbunden. In dieser ist ein Druckflüssigkeitsspeicherraum 20 zur
Kompensation des Spitzen-Widerstandes und Vermeidung eines trägen Verhaltens der
Flüssigkeit in Leitung 17 bei Spitzendurchflüssen vorgesehen.
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Die hydraulische Elektrodenverstellvorrichtung 3 stellt einen doppeltwirkenden
hydraulischen Zylinder dar und hat gemaß der Erfindung einen kurzen Hub (nicht über
die Hälfte des Elektrodenweges; der hydraulische Wandler 5 und die Druckf1us'sigkeitsspeicherräume
19 und 20 geringen Volumens (likrospeicherräume) sind konstruktion ig zu einem hydraulaschen
Block zusammengefaßt und zwar ist der hydraulische Wandler 5 an der hydraulischen
Elektrodenverstellvorrichtung 3 angeordnet, während die Rohrleitungen 11 und 18
minimale
Länge aufweisen. Die Stange 21 der hydraulischen Elektrode
denverstellvorrichtung ist mit einem der Elemente 22 der die Elektrode 2 tragenden
Vorrichtung verbunden, Der Leistungsregler 1 hat gemaß der Erfindung einen zusätzlichen
mit der hydraulischen Verstellvorrichtung 3 über eine starre mechanische Kupplung
(Zahnstange) verbundenen elektromechanischen Antrieb, bestehend aus Motor 24 und
Getriebe 25. Der zusätzliche Antrieb arbeitet im Schrittbetrieb und ist derart ausgeführt,
daß seine Verstellung dem Elektrode denweg gleich ist.
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Im Regelungsbetrieb wird der zusätzliche elektromechanische antrieb
durch die Umschalter 26, 27 und 28 geschaltet, welche an einem der Elemente 22 der
die Elektrode 2 tragenden Vorrichtung befestigt sind.
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Die Wirkungsweise des Leitungsreglers wird nachstehend in Anwendung
auf einen Einphasenschme@lzofen betrachtet.
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Im Ausgangszustand nach der Beschickung befindet sich die Elektrode
2 oberhalb der Decke 30 des Lichtbogenofens 1; der Ofen 1 und der Leistungsregler
sind ausgeschaltet, Strommesser 7 und Spannungsmesser 8 liefern keine Signale, der
Steuerschieber 6 des hydraulischen Verstärkers 5 wird in der Neutrallstellung durch
die Federn 31 und 32 gehalten und sperrt die Arbeitsöffnungen 33 und 34 ab. Die
lrbeitsflüssigkeit ist in den Räumen 15 und 16 der hydraulischen Verstellvorrichtung
gesperrt und Kolben 35 steht unbeweglich in einer der Zwischenstellungen.
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Nach dem Einschalten des Bogenofens 1 und des Leitungsreglers gelangt
das Signal aus dem Spannungsmesser 8 zur Spule 36 des hydraulischen Verstärkers
und zieht Klappe 37 an Düse 38 heran. Der abstand zwischen Düse 38 und Klappe 37
wird proportional den Amperewindungen von Spule 36 vermindert, während der Abstand
zwischen Düse 39 und Klappe 37 vergrössert wird, da der hydraulische Widerstand
ein umgekehrtes Verhalten gegenüber dem Abstand aufweist, der Druck im Raum 40 steigt
an, während er im Raum 41 abfällt.
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Die dem Druckgebfälle in den Räumen 40 und 41 proportionale Kraft
überwindet die Wirkung der Federn 31 und 32 und verstellt den Steuerschieber aus
der Neutralstellung nach rechts. Die Arbeitsöffnung 34 wird freigegeben und die
Arbetisflüssigkeit wird von Pumpe 9 und Speicherraum 12 über die Leitungen 10 11
und 14 in den Raum 15 der hydraulichen Verstellvorrichtung 3 geleitet. Kolben 35
der Verstellvorrichtung 3 bewegt sich abwärts zusammen mit den Elementen der die
Elektrode tragenden Vorrichtung. Die Arbeitsflüssigkeit fließt aus dem Raum 16 über
die Rohrleitung 13, durch die Öffnung 34 und über die Rohrleitungen 18 und 17 in
den Behälter 19 abe Betrachtet man die Bewegung als Beharrungszustand und nimmt
man an, daß die Elemente 22 er die Elektrode tragenden Vorrichtung absolut starr
sind, so ist die Bewegungsgeschwindigkeit der Elektrode 2 der Bewegungsgeschwindigkeit
des Kolbens 35 gleich.
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Die relative Bewegungsgeschwindigkeit der Elektrode gegenüber
der
Zahnstange 23 sei durch v0 bezeichnet. Da die hydraulische Vorrichtung einen kurzen
Verstellweg hat (nicht über eine Hälfte des Elektrodenverstellweges), so setzt die
Bewegung des Kolbens in der unteren Endstellung aus, d.h. v0-O.
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Aber der Schaltnocken 4, indem er in der unteren Endstellung auf den
Schalter 28 drückt, schaltet den zusätzlichen Antrieb ein und die Elektrode 2 setzt
ihre Abwärtsbewegung mit der Geschwindigkeit v1= O, die als Verstellgeschwindigkeit
bezeichnet sei, fort.
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Diese Bewegung hält bis zum Zeitpunkt an, in dem die Elektrode 2
die Beschickung 29 verührt. In diesem Augenblick erhält die Spule 42 des hydraulischen
Verstärkers ein Signal vom Strommesser 5 und da die Ämperewindungen von Spule 42
bei Kurzschluß beträchtlich die Amperewindungen von Spule 36 übersteigen, so wird
Klappe 37 zur Die 39 verstellt. Der Abstand zwischen Düse 39 und Klappe 37 nimmt
ab, während er zwischen Düse 38 und Klappe 37 zunimmt. Demzufolge wird der Steuerschieber
aus der Neutralstellung nach links verschoben und gibt die Arbeitsöffnung 33 frei.
Die Arbeitsflüssigkeit gelangt von Pumpe 9 und Speicherraum 12 über die Rohrleitungen
10,11 und 13 in den Raum 16 der hydraulischen Verstellvorrichtung 3 und Kolben 35
bewegt sich aufwärts. Die Arbeitsflüssigkeit fließt aus dem Raum 15 durch die Arbeits-Öffnung
34 über die Rohrleitungen 14 und 17 in den Behälter ab.
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Ab diesem Moaent arbeiten zwei Antriebe: der hydraulische und der
zusätzliche elektromechanische, so daß v0 # O und
v1 * 0 ist, während
die absolute Elektrodenbewegungsgeschwindigkeit v2=v0+v1 ist.
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Um das noriale Punktionieren des Leitungsreglers während der gemeinsamen
Betätigung beider Antriebe zu aichern ist es erforderlich, daß der Absolutwert der
maximalem Elektrodenrelativgeschwindigkeit {|v0|} max größer als der Absolutwert
der maximalen Elektrodenverstellgeschwindigkeit {|v1|} ist, also {|v0|} max >
{|v1|} max.
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Bedingung der normalen Funktion des Bogenofen-Leistungsreglers ist
die hohe Wirkungsgeschwindigkeit des hydraulischen Antriebs (die mehrere Male die
Wirkungsgeschwindigkeit des elektromagnetischen Antriebs übersteigt). Hierbei werden
die Aufgaben der beiden Antriebe genau eingeteilt: der hydraulische (dynamische)
Antrieb regelt die Größe und somit die Leistung der Bogenentladung, während der
elektromechanische (statische) Antrieb die Elektrode über den gesamten Hubweg verstellt.
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Da die Schmelzgeschwindigkeit der Beschickung 29 im allgemeinen geringer
als die Verstellgeschwindigkeit w2 der Elektrode 2, so erreicht der Schaltnocken
4 den Schalter 27, wobei der zusätzliche elektromechanische Antrieb abgeschaltet
wird; dann ist v1 =0, während v2=v0 ist, d.h. die Leistungsregelung der Bogenentladung
geschieht durch den hydraulischen Antrieb in Abhängigkeit von dem Signalverhältnis
des Strommessers 7 und des Spannungsmessers d innerhalb eines Schrittes des zusätzlichen
elektromechanischen Antriebes zwischon den Schaltersstellungen 26 und 28.
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Im Notbetrieb, beispielsweise beim Einsturzen der Scharge 29 nach
dem Einechmelzen von Gruben unter der Elektrode 2 entst.eht ein Kurzschlußstrom
bzw. ein den.Solltert Abersteigender Strom und falls der Hub der hydraulischen Verstellvorrichtung
nicht ausreicht, so drückt der Schaltnocken 4 den Schalter 28 nieder und der zusätzliche
elektromechanische Antrieb verstellt die Elektrode 2 bis zur Beseitigung des Notzustandes.
Im weiteren wird die Leistungsregelung der Lichtbogen entladung dem hydraulischen
Antrieb übergeben. Somit arbeitet im Leistungsregelungsbetrieb der elektromagnetische
Antrieb diskret, während der hydraulische Antrieb kontinuirlich die Größe des Bogenabstandes
regelt.
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Der vorstehend betrachtete Bogenofen-Leistungsregler gestattet es,
die Abweichung der vom Ofen aufgenommenen Leistung von Nennwert (insbesondere der
Schmelzführung) herabzusetzen, die Elektrodenverstellgeschwindigkeit in Notbetriebszuständen
und bei manueller Betätigung zu erhöhen sowie eine doppeiwirkende hydraulische Vorrichtung
mit geringem Hub anzuwenden.