DE1815559A1

DE1815559A1 - Leistungsregelung an Plasmalichtbogenoefen

Info

Publication number: DE1815559A1
Application number: DE19681815559
Authority: DE
Inventors: Andreas Hausig; Helmfried Jeske; Karl Dipl-Phys Spiegelberg
Original assignee: QUALITAETS und EDELSTAHL KOM V
Current assignee: QUALITAETS und EDELSTAHL KOM V
Priority date: 1968-06-12
Filing date: 1968-12-19
Publication date: 1971-05-06
Also published as: CS178806B2; SE363022B

Description

Leistungsregelung an Plasmalichtbogenöfen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der elektrischen Leistung von Schmelzaggregaten, die mit Plasmalichtbogenbrennern als Wärmequelle ausgerüstet sind, Bei Anwendung von Plasmalichtbogenbrennern als Wärmequelle stellt sich di,e Bogenspannung längs der Bogena hse in Abhangigkeit von der jeweiligen Ofenatmosphäre ein.
Als Möglichkeiten für eine Leistungsregulierung bei kleinen Bogenlängen wird angegeben, über Veränderung der Bogenlänge eine Veränderung der Eogenspannung und damit der Leistung zu erzielen.
Aus der Literatur ist ferner bekannt, daß durch Zugabe zweiatomiger Gase zum neutralen einatomigen Arbeitsgas die Bogenspannung erhöht wurde mit dem Ziel, bei gleicher Stromstärke dem Schmelzaggregat eine erhöhte Leistung anzubieten. Als Dosierungsmechanismus für die Zugabe des zweiatomigen Gases über den Brenner sind Magnetventile angegeben.
Die vorstehend angeführte Leistungsregelung durch Veränderung der Bogenlänge und damit der Bogenspannung ist nur innerhalb kleiner pannungsbereiche durch geringfügige Veränderung des Potentialabfalls in der Bogensaule möglich. Erfordert das Anwendungsgebiet der Plasmalichtbogenöfen z.B. zur Erschmelzung von Metallen und Metallegierungen eine Leistungsregulierung in größeren Grenzen, dann ist dieses Verfahren der Leistungsregelung nicht mehr anwendbar, da auch durch größere Veränderungen des Bogenabstandes nur geringfügige Spannungsänderungen bewirkt werden.
Moderne Gleichstromversorgungseinrichtungen werden zumeist mit ausreichender Spannungsreserve angeboten; so daß die Kosten und Größe dieser Anlagen im wesentlichen durch die Höhe des benötigten Stromes festgelegt werden. Ziel für einen möglichst wirtschaftlichen Betrieb eines Plasmascbmelzaggregates muß demnach eine Stromversorgungseinrichtung sein, die die vorhandene Spannungsreserve maximal ausnutzt. Dabei ist zu beachten, daß bei der Herstellung von metallischen Werkstoffen mittels Plasmalichtbogenbrenner in geschlossenen Schmelzaggregaten durch am Einsatzgut anhaftende Feuchtigkeit und Verunreinigungen infolge metallurgischer Reaktionen bzw. durch Reaktionen der Feuerfest zustellung eine Beeinflussung der Ofenatmosphäre und als dessen Folgeerscheinung eine Veränderung der Bogenspannung eintritt. Diese Veränderung der Bogenspannung resultiert aus einer unterschiedlichen Ionisationsspannung der verschiedenen Gaskomponenten bzw. Reaktionsprodukte.
Es ist Zweck der ErSindung, durch die Schaffung eines Regelsystems, das eine beliebige Variation des Gasgemisches gestattet, einen vorgegebenen Spannungswert über den Schmelzablauf und damit die Leistungszufuhr konstant zu halten, wobei die durch das Einsatzgut, die Zustellung bzw. metallurgischen Vorgänge verursachten Veränderungen der Ofenatmosphäre durch das Regelsystem kontinuierlich bzw diskontinuierlich auszuregeln sind.
Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der vorwiegenden Abhängigkeit der Bogenspannung von der Gaszusammensetzung bei größeren Bogenlängen, über eie.Erfassung der auftretenden Bogenspanung und deren Differenz zum Sollwert gezielt eine minderung der Zusammensetzung der Ofenatmosphäre und damit Binstellung der Sollspannung zu bewirken. Gleichzeitig sind Spanungsveranderungen auszugleichen, die durch dritte Parameter bewirkt werden (z.B. Veränderung des Bogenstromes). Diese Spannungskonstanthaltung ist als Kernstück der leistungsregelung zu betrachten, da die Stromzufuhr unabhängig von vorstehend genannten Einflußfaktoren eingestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird für das Konstanthalten der Spannung und damit der Leistung auf einem vorgegebenen Sollwert ein Regelmechanismus verwendet, der in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der vorhandenen Bogenspannung und dem geforderten Sollwerft eine Dosierung des Zusatzgases in der Richtung vornimmt, daß sich der Istwert der Bogenspannung dem vorgewählten Sollwert automatisch annähert. Die Differenz zwischen Soll- und Istwert bewirkt über einen Verstärker das Öffnen oder Schließen eines Dosierungsmechanismus, (z.B. Magnetventil, motorisch angetriebenes Stellventil usw.) der die Zuführung des Zusatzgases in die Ofenatmosphäre (über Brenner bzw. direkt in den Ofenraum) reguliert.
Das beschriebene Verfahren zur Leistungsregelung an Plasmalichtbogenöfen ermöglicht es, bei festgelegter mittlerer Leistungszufuhr eine optimale Bemessung der Stromversorgungsananlage (u.a. hinsichtlich Größe, max. trom) vorzunehmen.
Es ermöglicht ferner, während des gesamten Einschmelzprozesses die Stromversorgungsanlage voll auszulasten und damit diese wirtschaftlicher zu betreiben. Bei vorgegebener LeistungBzufuhr kann durch diese Regelung der maximal erforderliche Stromdurchsatz beschränkt werden und damit eine geringere Belastung des bzw der Plasmabrenner erreicht werden.
Außerdem wird durch eine automatische leistungsregelung das Bedienungspersonal entlastet und eine Vorstufe für eine programmierte Prozeßsteuerung geschaffen.
Werden für die Zusammensetzung des Endproduktes bestimmte Gasanteile gefordert, so können als Zusatzgase die für die Erhöhung und Regelung der Bogenspannung benötigten benutzt werden.
Bei einem Plasmalaborofen wird die dem Schmelzaggregat zugeführte elektrische Leistung mit Hilfe einer Zweipunktregelung der Bogenspannung auf einem vorgewählten Wert konstant gehalten. In der Vergleichsstelle, in der der Istbogenspannung die einstellbare Sollspannung entgegengeschaltet ist, dient ein polarisiertes Relais als Indikator für die Abweichung der Ist- von der Sollspannung. Der Indikator schaltet über einen Transistorschaltverstärker das Magnetventil das sich in der Gaszuleitung befindet, In der vorliegenden Anlage wurde zu Beginn des Schmelzprozesses dem Brenner nur das einatomige Arbeitsgas (Argon) zugeführt. Durch die im Einsatzgut vorhandenen Vertmreinigungen und anderen Gaskomponenten stellte sich die Bogenspannung auf etwa 180 - 200 V ein. Mit dem Abklingen des Entgasungeprozesses des Einsatzgutes verringerte sich die Bogenspannung mehr oder weniger schnell auf etwa 80 - 100 V.
Mit einführung der Leistungsregelung wird die Bogenspannung von Beginn des Schmelzprozesses an durch die schon beschriebene Zugabe von zweiatomigen Zusatzgasen (z.B. H2 , N2) auf einen vorgegebenen Wert (etwa 180 V) konstant gehalten.
Dadurch wird die vorhandene Stromversorgungseinrichtung über den gesamten Zeitraum des Einschmelzvorganges optimal ausgelastet.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Leistungsregelung von Plasma-Lichtbogenöfen, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Brennerleistung durch Spannungsregelung oder Strom- und Spannungsregelung konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Bogenspannung durch gezielte Veränderung der Gaszusammensetzung der Ofenatmosphäre erfolgt,

3, Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszusammensetzung der Ofenatmosphäre durch Zumischen von Gas oder Gasgemischen durch den Brenner erfolgt.

4, Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszusammensetzung der Ofenatmosphäre durch Zumischen von Gas oder Gasgemischen an einer beliebigen Stelle des Ofenraumes erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung der Gasmenge mit Hilfe einer stetigen Regelung durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung der Gasmenge mit Hilfe einer unstetigen Regelung durchgeführt wird.