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"Verfahren und Anordnung zur Regelung des Abschmelzvorgangs von selbstverzehrenden
Elektroden" Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung
des Abschmelzvorgangs von selbstverzehrenden Elektroden in metallurgischen Öfen
an Abhängigkeit vom jeweiligen Ist-Gewicht der Elektrode und von den elektrischen
Eigenschaften der Strecke zwischen Elektrode und Schmelzbadspiegel.
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Unter dem Begriff "metallurgische Öfen" sollen nachfolgend alle Öfen
verstanden werden, in denen Elektroden unter dem Einfluß elektrischer Energie abgeschmolzen
werden. Hierunter fallen unter anderem bei Normaldruck arbeitende Lichtbogenöfen
mit Abschmelzelektroden und Elektroschlacke-Umsobmelzöfen ebenso wie Vakuum-Lichtbogenöfen.
Der Begriff "Strecke zwischen Elektrode und Schmelzbadspiegel" umfaßt infolgedessen
neben dem Lichtbogen auch die widerstandsbeheizte Schlackeschicht bei Elektroschlacke-Umschmelzöfen.
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Durch die deutsche Patentschrift 1 169 604 ist es bekannt, bei lichtbogenöfen
den Vorschub der Abschmelzelektrode in Abhängigkeit von den elektrischen Eigenschaften
über dem Lichtbogenspalt zu regeln. Aufgabe dieser Regelung ist es, die Abschmelzelektrode
in einem optimalen Abstand über dem Schmelzsee zu halten tan so einen Lichtbogen
ganz bestimmter
Länge zu erzielen. Neben der Heranziehung der reinen
Lichtbogenspannung, der Impedanz und/oder der Registrierung der Kurzschlüsse zum
Zwecke der Bildung eines Regelsignals wird in der genannten Literaturstelle auf
die besondere Eignung der Auswertung der Impedanzimpulse für die Regelung der Bodenlänge
hingewiesen.
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Die bekannten Regelungen des Elektrodenvorschubs in Abhängigkeit von
den elektrischen Daten über dem Lichtbogenspalt werden auch bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren grundsätzlich angewandt, wobei aber diesem Regelverfahren zusätzlich eine
Regelung der Leistungsaufnahme des Ofens überlagert werden soll.
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Es ist bekannt, außer einer Konstanthaltung der Lichtbogenlänge gleichzeitig
eine Steuerung der Leistungsaufnahme zu bewirken. Bevor auf den Stand der Technik
hierzu eingegangen wird, sei auf den Grund für die Variation der leistungsauf nahme
während des Schmelzvorganges sowie auf deren Ausmaß hingewiesen, wobei die grafische
Darstellung in Fig. 1 zur Stützung der Erläuterungen dienen soll: Fig. 1 zeigt den
sehr unterschiedlichen Energiebedarf N eines Lichtbogenofens während des Abschmelzens
einer selbstverzehrenden Elektrode, d.h. in Abhängigkeit vom Elektrodengewicht.
Der Kurvenzug besteht aus den Bereichen I, II, III und EV. Der Bereich I stellt
den Anfahrbereich dar, in dem die Leistungsaufnahme zum Zwecke einer Schonung des
Tiegelbodens niedrig gehalten wird, Nachdem der Tiegelboden von einem Scbmelzsee
genügender Tiefe bedeckt ist, wird die zugeführte Leistung kurzfristig stark erhöht,
um die noch kalte Elektrode und - bei Elektroschlackeumschmelzofen - die Schlackeschicht
auf zuheizen (Bereich II). Anschliessend wird die zugeführte Leistung auf einen
Betrag reduziert, der dem effektiven Wärmebedarf für das Abschmelzen entspricht
(Bereich III).
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Die leichte Abnahme des Energiebedarfs mit fortschreitendem Abacbmelzen
rührt daher, daß mit zunehmender Lunge des Ingots
der Einfluß des
gekühlten Tiegelbodens geringer wird.
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Kurz vor dem Ende des Schmelzprozesses wird die Leistungszufuhr nochmals
stark reduziert (Bereich IV), da andernfalls im Kopf des lngots Bunker, Hohlräume
etc. auftreten würden.
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Die Abschlußphase wird auch als "hot toppin.g" bezeichnet.
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Ein optimaler Kurvenverlauf gemäß Fig. 1 wurde nun aufgrund von Messungen
bei zahlreichen Schmelzvorgängen gefunden, und man hat versucht, eine entsprechende
Steuerung des Schmelzprozesses zu verwirklichen: Es ist bekannt, unter Verwendung
der vorstehenden Brkenntnisse bzw. des gefundenen Kurvenverlaufs ein zeitabhängiges,
aber starres Programm zu fahren. Das heißt, die jeweilige Energiezufuhr des Ofens
wird von einer Uhr gesteuert, zum-Beispiel mittels einer von einem Zeitwerk angetriebenen
Schablone. Diese Art der Steuerung nimmt jedoch keine Rücksicht auf das unterschiedliche
Schmelzverhalten der Elektrode, verursacht durch unterschiedlichen Gasgehalt, ungleichmässige
Legierungsverteilung, nichthomogenen Querschnitt, schwankende Dichte (poröse Stellen)
und auf unterschiedliche Elektrodenlängen. Die Folge ist daß entweder ein zu langes
Reststück der Elektrode stehen bleibt oder der Elektrodenstummel in unerwünschter
Weise mit abgeschmolzen wird.-Man hat auch schon versucht, das starre Schmelzleistungsprogramm
mit dem Elektrodenvorschub zu koppeln, das heißt, zum Beispiel eine Schablone vom
Vorschub antreiben zu lassen.
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Hierbei werden zwar unterschiedliche Längen der Elektroden berücksichtigt,
nicht aber Abweichungen in der übrigen -Beschaffenheit der Elektrode. Schließlich
ist es auch bekannt, das Leistungsprogramm eines Ofens gewichtsabhängig ablaufen
su lassen, wobei zum Beispiel eine Schablone für die Steuerung der Energiezufuhr
in Abhängigkeit- vom jeweiligen Ist Gewicht der Elektrode verstellt wird. Hierbei
werden zwar unterschiedliche Elektrodenlängen, Legierungs-, Quersobnitts- und Dichtabweichungen
über den gesamten Ablauf -des
Schmelzvorganges ausgeglichen, die
durch das unterschiedliche Schmelverhalten schwankende Wärmezufuhr bleibt jedoch
unbeeinflußt.
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Ferner ist allen bekannten Verfahren gemeinsam, daß das Schmelzleistungsprogramm
starr ist und keine kurzfristige Anpassung der Fnergiezufuhr an den augenblicklichen
Energiebedarf des Ofens beziehungsweise der Elektrode erlaubt. So sum Beispiel werden
Elektrodenbereiche mit Querschnittsabnahmen, starkem Gasgehalt und/oder porösen
Stellen mit der gerade von dem starren Programm vorgegebenen, gegebenenfalls vollen
Leistung abgeschmolzen. Dies ist jedoch unerwünscht, da der entsprechenden Bnergiezufuhr
ein momentan veränderter Fnergiebedarf gegenübersteht. Die Folge ist eine gleichseifige
Temperaturänderung des Schmelzbades, die den lorderungen der Metallurgen entgegensteht,
stets gleiche Wärme in das Bad zu übertragen. Nur dadurch können eine gleichmässige
Flotation, eine nicht zu große Badtiefe, gleichmässige Erstarruzlgsbedingung en
und folglich eine gleichförmige Kornstruktur des Ingots erreicht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Verfahren zu vermeiden und die vorstehenden Forderungen der Metallurgen nach möglichst
gleichförmiger Wärmezufuhr zum Schmelzbad zu erfüllen.
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Dies geachieht bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß
dadurch, daß eine vorgegebene Funktion des Soll-Gewichts der Elektrode in Abhängigkeit
von der Zeit als erstes Signal dargestellt wird, welches laufend mit einem zweiten
Signal verglichen wird, das dem Jeweiligen Ist-Gewicht der Elektrode entspricht,
und daß die Differenz der Signale unter Berücksichtigung des Vorzeichens als Stellgröße
einer Regelvorrichtung zugeführt wird, welche die nergiesutuhr zum Ofen beeinflußt.
Das Wesen der Brfindung besteht darin, daß anstelle der programmierten, das heißt
starren Steuerung der Energiezufuhr zum Ofen eine durch laufenden Vergleich eines
programmierten Soll-Gewichts der
Elektrode mit dem augenblicklichen
Ist-Gewicht bewirkte Regelung der jeweiligen Leistungszufuhr tritt. Der Begriff
§'laufender Vergleich" soll neben kontinuierlich gewonnenen auch solche vergleichbaren
Messergebnisse erfassen, die in gewissen Zeitabständen, daß heißt intermittierend
ermittelt werden.
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Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemaßen
Verfahrens ist. dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen mit einem von den elektrischen
Eigenschaften der Strecke zwischen Elektrode und Schmelzbadspiegel beeinflußten
Regelsystem zur Einregelung der optimalen Streckenlänge versehen ist, und zusätzlich
mindestens eine Einrichtung zur lauf enden Erfassung des Ist-Gewichts der Elektrode
aufweist, welche ein dem Gewicht proportionales Signal erzeugt, daß ferner eine
weitere Einrichtung zur Erzeugung eines einer vorgegebenen Gewichts-Zeit-Funktion
entsprechenden Signals vorhanden ist, wobei beide Signale nach ihrer Umsetzung in
gleichartige, vorzugsweise elektrische Grössen gegeneinandergeschaltet sind, und
daß die durch die Schaltung gebildete Differenz der Signale als Stellgröße. einer
Verstellvorrichtung für die Energiezufuhr zum Ofen aufgeschaltet ist.
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3et Anwendung des erfindungsg.emaßen Verfahrens bezeiehungsweise der
zur Durchführung dieses-Verfahrens angegebenen Anordnung ergibt sich infolge der
hohen Gleichförmigkeit der Temperatur des Schmelzbades und damit der Erstarrungsgeschwindigkeit
des Blocks eine ausserordentlich gleichförmige@ Kornsturktur des Ingots. Ferner
lassen sich sowohl unterschiedliche lange als auch inhomogene und stellenweise stark
gasabgebende Abschmelzelektroden ohne besondere Vorkehrungen und ohne Einfluß auf
das Blockgefüge umschmelzen. Schließlich wird es durch den Gegenstand der Erfindung
möglich, die durchschnittliche Energiezufuhr zum Ofen zu erhöhen, da man @@@ keine
Rücksicht mehr auf plötzliche Gasfreisetzung, Inhomogenitäten beziehungsweise Schwachstellen
in den Abschmelzelektroden
zu nehmen braucht. Hierdurch erhöht
sich die mittlere Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode und damit die Wirtschaftlichkeit
des Ofens.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und seine Wirkungsweise seien nachfolgend
an Hand der Figuren 1 bis 4 näher beschrieben: Es zeigen: Fig. 1 ein Diagramm des
Energiebedarfs eines Lichtbogenofens in Abhängigkeit von dem jeweiligen Restgewicht
der Abschmelzelektrode.
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Fig. 2 ein Diagramm des jeweiligen Ist-Gewichts der Abschmelzelektrode
in abhängigkeit von der Zeit im Idealfall, Fig. 3 einen vergrösserten ausschnitt
aus dem Diagramm nach Fig. 2 mit Abweichungen von der Idealkurve, wie sie sich im
praktischen Betrieb einstellen und Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Vakuum-Lichtbogenofen
mit Stromzuführung, Elektrodenantrieb sowie mit Meß-und Regeleinrichtungen.
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In-Fig. 1 ist die Abhängigkeit des Energiebedarfs N eines Lichtbogenofens
in Abhängigkeit vom Elektrodengewicht grafisch dargestellt. Uber die Notwendigkeit
einer entsprechenden Betriebsweise und das Zustandekommen des optimalen Kurvenverlauf
5- wurden bereits eingangs ausführliche Angaben gemacht, so daß an dieser Stelle
auf eine Wiederholung verzichtet werden kann. Bei Einsatz einer Abschmelzelektrode
mit definierter Länge, vollständig homogenem Querschnitt, gleichbleibender Dichte
und gleichem Gasgehalt über.die ge--samte Länge würde sich' bei Anwendung einer
Xeistungaateuerung gemäß Fig. 1 eine Gewichtsabnahme der Abschmelzelektrode mit
fortschreitender Zeit T einstellen, wie sie in Fig. 2 idealisiert darstellt ist-.
Da jedoch weder die Beschaffenheit der Elektroden noch die Gleichmäßigkeit der Energie-zufuhr
des
Ofens von solch idealen Voraussetzungen auagehen können, werden sich in der Praxis
unausbleiblich Abweichungen in der Gewichtsabnahme der Elektrode einstellen, wie
sie an Hand der Fig. 3 näher erläutert werden sollen.
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Der ideale Verlauf der Gewichtsabnahme der Elektrode ist durch die
gestrichelte Linie a/a dargestellt. In Wirklichkeit wird sich jedoch die Gewichtsabnahme
beispielsweise im Punkte b1 durch das plötzliche Freiwerden eines Gaseinschlosses
merklich verlangsamen. Die Ursache ist darin zu sehen, daß durch die Gasfreisetzung
Glimmentladungen auftreten, die einen hohen Energieverlust durch Wärmeübergang an
die gekühlte Tiegylwand mit sich bringen. Da die Energie dem Ofen jedoch beim ungeregelten
Schmelzvorgang in gleicher Höhe zugeführt wird, verringert sich die zum Abschmelzen
der Elektrode und zur Beheizung des Schmelzbades zur Verfügung stellende Wärmemenge.
Im allgemeinen wird die tatsächliche Gewichtakurve bis zum Ende des Schmelzprozesses
hinter der Ideallinie zurückbleiben, wie dies der Verlauf der Ist-Gewichtskurve
im Bereich b zeigt. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens hingegen
wird im Punkt c1 das Zurückbleiben des Ist-Gewichts der Elektrode hinter dem Soll-Gewicht
registriert, worauf durch Erfassen des Vorzeichens der Abweichung eine Regelhandlung
zur Erhöhung der Energiezufuhr zum Ofen bewirkt wird. Hierdurch erhöht sich die
Abschmelzgeschwindigkeit, so daß sich die Ist-Kurve der Soll-Kurve wieder nähert
und sie beispielsweise im Punkte c2 schneidet. Im allgemeinen wird ein gewisses
Einpendeln der Regelvorrichtung ueber die Punkte c3 und C4 erfolgen.
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Infolge von Spannungserhöhungen im Versorgungsnetz, Verringerung des
Elektrodenquerschnitts (Lunker) kann auch eine unerwünschte Erhöhung der Abschmelzgeschwindigkeit
auftreton.. Dies wird durch dieAbweichung der Ist-Kurve von der Soll-Kurve im Punkte
d, nach unten dargestellt. Durch ein entgegengesetzes Regelsignal, ausgelöst im
Punkte d2, pendelt sich wiederum die Ist-Kurve auf die Soll-Kurve über die
Punkte
da, d4 und d5 ein. Die schraffierten Kurvenbereiche veranschaulichen die jeweiligen
Regalabweichungen, wobei die Darstellung maßstäblich übertrieben ist.
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In Figur 4 ist mit 1 der Innenraum eines Vakuumofens und mit 2 des
Ofengehäuse bezeichnet, welches sich nach oben durch einen geschlossenen Rahmen
39 fortsetzt. Der Rahmen besitzt zwei Tragarme 40 auf denen sich die Geber 3 für
die Gewichtsmessung abstützen, die als Meßdosen mit Dehnungsmeßstreifen ausgebildet
sind. Eine belastung der Meßdosen hat eine Widerstandsänderung zur Folge, die als
Eingangsgrösse für den Steuer- beziehungsweise Regelvorgang benutzt wird, wie nach
folgend noch aufgezeigt wird. Auf den Gebern 3 ruht eine Plattform 4, die die Funktion
einer Waagenbrücke übernimmt, und von der sich ein Kraftübertragungsglied nach unten
erstreckt, bestehend aus zwei Führungssäulen 5 und 6. Auf den Führungssäulen sind
längsverschieblich zwei Führungshülsen 7 und 8 angeordent, dir durch eine Traverse
9 miteinander verbunden sind.
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Die Plattform 4 besitst.einen kastenförmigen Fortsatz 10, der als
Antriebsgehäuse dient und den Motor und das Getriebe für die Chargenbewegung enthält.-
Diese Teile sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Der Antrieb erzeugt eine
Rotation der Gewindespindel 11, die mit einer Mutter 12 zueammenwirkt und durch
Links- und Rechtsdrehung ein Heben und Senken der Vorschubeinrichtung 13 herbeigeführt.
Infolge der Verbindung der Mutter 12 mit der Traverse 9 nehmen die Führungahülsen
7 und 8 an der Bewegung teil. Die Mutter 12 ist als Kugelbüchse ausgeführt und bildet
das obere Ende der Vorschubeinrichtung 13, deren unteres, im Qfen befindliches und
nicht dargestelltes Ende zur Aufnahme der Charge einCerichtet ist. Die Vorschubeinrichtung
ist bei 14 durch die Ofenwandung geführt, wobei sum Zwecke der JLufrechterhaltung
des Vakuums im Ofeninnenraum 1 eine Dichtung 15 vorgesehen ist, die eine Gleitbewegung
der Vorschubeinrichtung 13
zuläßt . Die Dichtung ist über ein dehnungsausgleichendes
Zwischenglied 16 in Porm eines elastischen Faltenbalges mit' einem Flansch 17 verbunden,
der gasdicht in der Ofenwand befestigt ist.. Die Dichtung 15 ist in einer Brücke
43 befestigt, die die Reibungskräfte auf die Fuh"rungssäulen 5 und 6, und von dort
auf die Plattform 4 überträgt. Auf diese Weise wird das Kräftesystem geschlissen,
so daß die auf die Gewindespindel 11 einwirkenden Reaktionskräfte der Gleitreibung
in der Dichtung 15 bezüglich ihrer Wirkung auf die Geber 3 kompensiert werden. Die
Führungssäulen 5 und 6 sind vom Gewicht der Charge und des Antriebs entlastet. Ein
Kompensationsglied 18 sorgt für den Ausgleich der durch den Querschnitt und die
Druckdifferenz am Zwischenglied 16 erzeugten Kräfte. Der Druckausgleich wird über
die Leitung 19 bewirkt, die mit dem Ofeninnenraum 1 in Verbindung steht.
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Die seitliche Verschiebung der Brücke 43 wird durch zwei an ihr befestigte
Führungszapfen 20 verhindert, die in Zapfenlagern 21 fast reibungsfrei gleiten können.
Die seitliche Verschiebung der Plattform 4 wird durch den Führungszapfen 4-1 verhindert,
der in dem Zapfenlager 42 beweglich angeordnet ist.
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Die Plattform 4 setzt -sich seitlich in einem Ausleger 44 fort, der
frei beweglich seitlich am Rahmen 39 vorbeigeführt ist. Auf dem Ausleger befindet
sich unter Zwischen-Schaltung einer Isolierstoffplatte 22 die Stromschiene 23, die
einerseits mit dem flexiblen Stromband 30, andererseits mit dem Ende 25 der Stromzuführung
26 in Verbindung steht.
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Das andere Ende 27 der Stromzuführung ist an dem Tragarm 28 befestigt,
der seitlich an dem Rahmen 39 und der Führungssäule 5 vorbeigeführt ist. Der elektrische
Anschluß des ragarms erfolgt an der Mutter 12 der Vorschubeinrichtung 13 und bewegt
sich mit dieser auf und ab. Das der Stromschiene 23 gegenüberliegende Ende des flexiblen
Strombandes 30 ist mit einem versorgungsseitigen, daß-heißt vom Erzeuger kommenden
Stromanschluß
31 verbunden, der an einen Gebäudeteil 32 be-Sestigt ist. Durch die besondere Aufhängung
der Stromzuführung 26 wird bewirkt, daß stets die Summe der Kräfte an den beiden
Enden 25 und 27 auf die Geber 3 einwirken. Die Belastung der Geber ist infolgedessen
unabhängig von der jeweiligen Stellung der Vorschubeinrichtung 13 und damit vom
Durchhang der Stromzuführung 26.
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Das von den Gebern 3 erzeugte, ihrer Belastung proportionale Signal
wird über die Leitung 45 einem Verstärker 46 zugeführt, an dessen Ausgang es mit
einem Vergleichswertgeber 47 ver--glichen wird. So lange eine Differenz zwischen
den Äusgangsspannungen des Verstärkers 46 und des Vergleichswertgebers 47 besteht,
fließt über die Leitung 48 ein Strom zum Stellmotor 49, dessen Drehwinkel ebenfalls
dem Ausgangssignal der Geber 3 proportional ist. Infolgedessen ist es möglich, über
eine Welle 50 auf einem Gewichtsanzeiger 51 das Ist-Gewicht der Abschmelzelektrode
anzuzeigen. Der Vergleichswertgeber 47 dient vor allem auch dazu, den von den Gebern
3 erfaßten und nicht zur Åbschmelselektrode gehörenden Gewichtsanteil des Ofens
zu kompensierenf so daß über den Rotor 49 nur das reine Gewicht der Abschmelzelektrode
erfaßt wird. Der Motor 49 treibt über eine zweite Welle 52 und ein Kegelradgetriebe
53 eine Gewindespindel 54 an, durch die eine Mutter 55 in-Richtungdes Pfeils 56
bewegt werden kann. An der Mutter 55 ist ein Gleitkontakt 57 befestigt, der zusammen
mit dem ohm'schen --Widerstand 58 einen Verschieb- oder Stellwiderstand bildet.
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Der Abgriff des Gleitkontaktes 57 steht über eine Leitung 59 mit dem
Endanschluß eines weiteren Widerstandes 60 in Verbindung. Die Stellung des Gleitkontaktes
57 auf dem Widerstand 58 ist wiederum der Winkeldrehung des Motors 59 und damit
dem Ist-Gewicht der Abschmelzelektrode proportional.
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Zum Regelsystem gehört ferner ein mit konstanter Spannungüber die
Leitungen 61 versorgter Elektromotor 62, der über ein, nicht dargestelltes Getriebe
und eineWelle63 mit gleichf
Urmiger Drehzahl eine Gewindespindel
64 antreibt, die über zwei Muttern 65 eine Kurvenscheibe bzw. Schablone 66 in Richtung
des Pfeils 67 antreibt. Die Kurvenfläche 68 entspricht dabei der grafischen Darstellung
in Fig. 2. Auf der Kurvenfläche 68 bewegt sich eine Rolle 69, die am Ende einer
Schubstange 70 drehbar gelagert ist, welche sich in.Abhängigkeit von der jeweiligen
Stellung der Kurvenscheibe 66 in Richtung des Pfeils 71 einstellt. An der Schubstange
70 ist ein Gleitkontakt 72 befestigt, der auf einem ohm'schen Wider-.
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stand 73 gleitet und mit diesem zusammen ebenfalls einen Schiebewiderstand
bildet. Der Abgriff vom Gleitkontakt 72 erfolgt über die flexible Leitung 74 zum
anderen Endanschluß des Widerstandes 60. Die beiden ohm'schen Widerstände 58 und
73 liegen parallel an einer Spannungsquelle 751,Die durch die Schleifkontakte 57
und 72 gebildeten Teilabschnitte der Widerstande 58 und 73 bilden eine Brückenschaltung,
deren Diagonalspannung über die Leitungen 59 und 74 beziehungsweise 76 und 77 einem
Verstärker 78 zuge£Whrt wird. -Die Diagonal spannung ist dabei der Differenz der
Jeweiligen Stellung der Gleitkontakte 57 und 72 proportional. Da die Stellung der
Gleitkontakte ihrerseits einmaß ein Maß für das Ist-Gewicht der Abschmelzelektrode
und zum andern ein Maß für das durch die Kurvenscheibe 66 gegebene Soll-Gewicht
der Abs:chmelzelektrode ist, verkörpert die Diagonal-Spannung auch die Abweichung
zwischen dem Ist- und Soll-Gewicht der Elektrode. Je nachdem welches der beiden
Gewichte überwiegt, ändert sich die Polarität am Eingang des Verstärkers 78. Das
der Gewichtsabweichung proportionale Ausgangssignal dieses Verstärkers wird über
eine Leitung 79 einer Verstellvorrichtung zugeführt, die aus einem Stellglied 80,-einem
Übertragungsglied 81 und einem verstellbaren Leistungsgleichrichter 82 besteht.
Der Leistungsgleichrichter wird über den Anschluß 83 mit Drehstrom versorgt. m-Ausgang
des Gleichrichters wird die eine Phase 84 dem ortsfesten Kontakt 31 zugeführt, wo
hingegen die andere Phase 85 mit dem nicht
dargestellten Schmelztiegel
des Ofens verbunden ist.
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Neben der Anordnung zur Leistungaregelung besitzt der Lichtbogenofen
auch eine Vorrichtung zur Regelung der Bogenlänge, und damit des Vorschubs der Abschmelzelektrode.
Diese Regelvorrichtung besteht u.a. aus einem Regelglied 86, das über die Leitungen
87 und 88 mit den beiden Phasen verbunden ist, die den Lichtbogen zwischen Abschmelzelektrode
und Schmelzbadspiegel mit Strom versorgen. Das Regelglied 86 erfaßt somit sämtliche
elektrischen Daten über dem Lichtbogenspalt, die für die Erzeugung eines Regelsignals
brauchbar sind. Dies kann beispielsweise die reine Lichtbogenspannung sein, es können
jedoch auch die im optimalen Betriebsbereich des Lichtbogenofens auftretenden Impedanzimpulse
bezüglich ihrer Häufigkeit oder Amplitude gezählt oder integriert und in ein Regelsignal
umgesetzt werden. Dieses Regelsignal wird über einen Verstärker 89 einem Stellglied
90 zugeführt, welches den über die Leitung 9i zum nicht dargestellten Antriebsmotor
für die Gewindespindel 11 fliessenden Strom und damit die Drehzahl des Antriebsmotors
verändert. Hierdurch wird die Absenkgeschwindigkeit der Vorschubeinrichtung 13 im
Hinblick auf eine optimale Lichtbogenlänge geregelt, wobei die Absenkgeschwindigkeit
auch negative Werte annehmen kann, dasheißt, daß die Vorschubeinrichtung 13 nach
obgen gezogen wird, beispielsweise bei Auftreten eines Kurzschlusses.
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Die Wirkungsweise der in Figur 4 dargestellten Vorrichtung beziehungsweise
Anordnung ist folgende: Durch die Regeleinrichtung 86, 89 und 90 wird die Abschmelzelektrode
mit zunehmendem Abschmelzen unter Beibehaltung einer optimalen Bogenlänge nach unten
bewegt. Hierbei stellt sich im Normalfall, das heißt bei völlig homogener Abschmelzelektrode,
eine Gewichtsabnahme der Abschmelzelektrode über der Zeit ein, wie sie in Sig.-2-grafisch
dargestellt ist.
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Dieser laufenden Gewichtsveränderung folgt mitteis des Stellmotors
49 und der Gewindespindel 54 der Schlei-fkontakt 57.
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Durch die Wirkungsweise der Brückenschaltung mit den ohm'schen Widerständen
58 und 73 stellt sich infolgedessen am Schleifkontakt 57 eine Spannung ein, die
dem jeweiligen Ist-Gewicht der Elektrode proportional ist. Durch den Vorschub der
Kurvenscheibe 66 und,den mit ihr verbundenen Schleifkontakt 72 stellt sich an diesem
in analoger Weise eine Spannung ein, die dem durch die Kurvenfläche 68 vorgegegebenen
Sollgewicht der Elektrode entspricht. So lange zwischen dem Ist- und Soll-Gewicht
derElektrode völlige Übereinstimmung besteht, liegt auch an den Schleifkontakten
57 und 72-der Brückenschaltung die gleiche Spannung an. Eine Spannungsdifferenz
am Eingang des Verstärkers 78 und am Widerstand 60 ist somit nicht vorhanden. Erhöht-oder
erniedrigt sich jetzt aber die Abschmelzgeschwindigkeit durch irgendeine Eigenschaft
der Elektrode oder des Ofens mit seiner Stromversorgung, so liegt das Ist-Gewicht
der Elektrode- in kurzer Zeit entweder unterhalb oder oberhalb des Sollwertes. Infolgedessen
stimmt auch die relative Stellung des Gleitkontaktes 57 nicht mehr mit derjenigen
des Gleitkontaktes 72 überein. Die Folge ist eineiiagonalspannung zwischen den beiden
Gleitkontakten, die auch am Widerstand 60 und am Eingang des Verstärkers 78 anliegt.
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Je nachdem ob der Gleitkontakt 57 dem Gleitkontakt 72 nachhint oder
ihm voraus eilt, fließt im Widerstand 60 ein Strom in der einen oder in der entgegengesetzten
Richtung, daß heißt die Polarität der Eingänge am -Verstärker -78 zeigt an, ob das
Ist-Gewicht der Elektrode grösser oder kleiner als das: Soll-Gewicht ist. Da die
Diagonalspannung der Brücke aber ausserdem auch,noch der Grösse der Abweichung von
Ist- und Soll-Gewicht proportional ist, wird der Verstärker 78 auch mit einer -
der Abweichung proportionalen Spannung beaufschlagt.
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Infolgedessen erhält das Stellglied 80 ein Signal, den Leitungsgleichrichter
8-2 im Sinne einer dosierten heistungserhöhung oder -erniedrigung zu regeln.
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5 Patentansprüche ~~~~~~ 4 Figuren