DE19648056C2 - Temperatursteuerverfahren und -vorrichtung für einen elektrischen Tiegelofen - Google Patents

Temperatursteuerverfahren und -vorrichtung für einen elektrischen Tiegelofen

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Temperatursteuerverfahren und eine Temperatursteuervorrichtung für einen elektrischen Tiegelofen.
In einem elektrischen Tiegelofen ist die Steuerung der Temperatur eines geschmolzenen Metalles wichtig, um ein qualitativ gutes Produkt zu gewährleisten.
Jedoch ist es schwierig, die Temperatur des geschmolzenen Metalles in Echtzeit kontinuierlich zu messen. Daher wird, wie in der Japanischen Patentveröffentlichung JP 04-179090 gezeigt, herkömmlicherweise ein Temperatursteuerverfahren angewendet, um die Temperatur eines geschmolzenen Metalles zunächst nur zu einem Zeitpunkt zu messen, wobei nach der Messung eine Änderung der Temperatur des geschmolzenen Metalles unter Anwendung eines Wärmegleichgewichtsmodelles geschätzt wird, um dadurch die Temperatur des geschmolzenen Metalles zu steuern.
In diesem herkömmlichen Schätzverfahren für die Temperatur des geschmolzenen Metalles, das ein Wärmegleichgewichtsmodell verwendet, wird jedoch die von dem Heizschlangenkühlwasser abgezogene Wärme nicht in das Wärmegleichgewicht miteinbezogen. Da die von dem Heizschlangenkühlwasser abgezogene Wärme nicht berücksichtigt wird, ergibt sich daraus ein Fehler, wodurch die Genauigkeit der Temperaturschätzung abnimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Temperatursteuerverfahren und eine Temperatursteuervorrichtung für einen elektrischen Tiegelofen zu schaffen, wobei ein Wärmegleichgewichtsmodell verwendet wird, in welchem die Genauigkeit der Temperaturschätzung erhöht ist und die Temperatur des geschmolzenen Metalles mit großer Genauigkeit gesteuert werden kann.
Erfindungsgemäß wird die vorbeschriebene Aufgabe durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren und die im Anspruch 3 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.
  • (1) Ein Temperatursteuerverfahren ist für einen elektrischen Tiegelofen vorgesehen worden, wobei dieser eine Heizvorrichtung aufweist, die eine darin ausgebildete Kühlwasserleitung hat, durch die Kühlwasser strömen kann, um zu verhindern, daß die Heizvorrichtung schmilzt. Das Verfahren hat die folgenden Schritte: Bestimmen eines aufgrund des durch die Wasserleitung strömenden Kühlwassers auftretenden Wärmeverlustes; Schätzen einer Temperatur von geschmolzenem Metall in dem Tiegelofen durch Miteinbeziehen des bestimmten Wärmeverlustes in einem Schätzmodell für die Temperatur des geschmolzenen Metalles; und Steuern der Temperatur des geschmolzenen Metalles basierend auf dem Schätzmodell.
  • (2) Ein Verfahren gemäß (1) hat ferner einen zwischen dem Wärmeverlust-Bestimmungsschritt und dem Schätzschritt für die Temperatur des geschmolzenen Metalles befindlichen Schritt für das Steuern einer Durchflußmenge oder einer Temperatur des Kühlwassers, so daß sich ein im Wärmeverlust-Bestimmungsschritt bestimmter Wärmeverlust in einem optimalen Wärmeverlustbereich befindet, wobei der Bereich für verschiedene Betriebszustände des Tiegelofens vorbestimmt ist.
  • (3) Eine Temperatursteuervorrichtung für einen elektrischen Tiegelofen hat eine Heizvorrichtung, die eine darin ausgebildete Kühlwasserleitung einschließt, die konstruiert und eingerichtet ist, damit Kühlwasser hindurch strömen kann, um zu verhindern, daß die Heizvorrichtung schmilzt. Die Vorrichtung hat folgende Bauteile: eine Erfassungsvorrichtung für das Erfassen von Daten, die für das Bestimmen eines Wärmeverlustes notwendig sind, der aufgrund des durch die Wasserleitung strömenden Kühlwassers auftritt; eine Schätzvorrichtung für die Temperatur des geschmolzenen Metalles, wobei die Schätzvorrichtung ein Schätzmodell für die Temperatur des geschmolzenen Metalles hat, in dem ein Wärmeverlust miteinbezogen wird, der unter Verwendung der von der Erfassungseinrichtung erfaßten Daten bestimmt wird; und eine Steuervorrichtung für die Temperatur des geschmolzenen Metalles, um die zu der Heizvorrichtung geführte elektrische Energie derart zu steuern, daß eine von der Schätzvorrichtung für die Temperatur des geschmolzenen Metalles geschätzte Temperatur auf eine vorbestimmte Temperatur gesteuert wird.
  • (4) Eine Vorrichtung gemäß (3) hat ferner: eine Einstellvorrichtung für das Einstellen einer Durchflußmenge oder einer Temperatur des Kühlwassers; und eine Steuervorrichtung, um die Einstellvorrichtung zu steuern, so daß sich ein aufgrund des Kühlwassers auftretender Wärmeverlust, der basierend auf durch die Erfassungsvorrichtung erfaßten Daten ermittelt wird, in einem optimalen Wärmeverlustbereich befindet, der für verschiedene Betriebszustände des Tiegelofens vorbestimmt ist.
In dem Verfahren gemäß (1) und der Vorrichtung gemäß (3) ist die Schätzgenauigkeit erhöht, da die Temperatur des geschmolzenen Metalles unter Einbeziehung der durch das Kühlwasser abgezogenen Wärmemenge in das Modell geschätzt wird. Dadurch ist eine Steuerung der Temperatur des geschmolzenen Metalles mit großer Genauigkeit möglich.
Da in dem Verfahren gemäß (2) und der Vorrichtung gemäß (4) die Durchflußmenge oder die Temperatur des Kühlwassers eingestellt wird, kann die durch das Kühlwasser abgezogene Wärme gesteuert werden, um in dem vorbestimmten Wärmeverlustbereich zu bleiben, so daß der Wärmeverlust durch das Kühlwasser während des Betriebs des Tiegelofens minimiert ist.
Die oben genannte und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher und leichter verständlich. Es zeigen:
Fig. 1 ein Systemdiagramm einer Temperatursteuervorrichtung eines elektrischen Tiegelofens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Fließbild eines Temperatursteuerverfahrens für einen elektrischen Tiegelofen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 einen Graphen, der einen Steuerzustand des Wärmeverlustes durch Kühlwasser veranschaulicht;
Fig. 4 einen Graphen, der einen Steuerzustand einer Temperatur des geschmolzenen Metalles veranschaulicht; und
Fig. 5 einen Graphen, der einen Steuerzustand der Temperatur des geschmolzenen Metalles veranschaulicht, und zwar im Falle eines 20-Tonnen-Induktionstiegelofens.
In Fig. 1 ist eine Temperatursteuervorrichtung 100 für einen elektrischen Tiegelofen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei Fig. 2 deren Temperatursteuerverfahren veranschaulicht.
Zunächst wird die Vorrichtung anhand der Fig. 1 erläutert. Die Temperatursteuervorrichtung 100 für einen generell mit 10 bezeichneten elektrischen Tiegelofen hat einen elektrischen Tiegelofen (beispielsweise einen Induktionstiegelofen), der eine Heizvorrichtung 14 und einen Schmelztiegel 12 für das Halten eines geschmolzenen Metalles 11, eine elektrische Energiequelle 20 für das Zuführen einer elektrischen Energie für das Beheizen des Tiegelofens zu der Heizvorrichtung und eine Lastzelle 30 für das Messen eines Gewichtes des geschmolzenen Metalles 11 hat. Die Heizvorrichtung 14 hat eine Heizschlange (eine Induktionsschlange) 40 oder eine Heizelektrode und eine darin ausgebildete Kühlwasserleitung 41, durch die das Kühlwasser für das Kühlen der Heizvorrichtung 14 strömen kann, wodurch die Heizvorrichtung vor einem Schmelzen bewahrt wird.
Die Temperatursteuervorrichtung 100 für einen elektrischen Tiegelofen hat ferner eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen von Daten, die notwendig sind, um einen Wärmeverlust durch Kühlwasser (die von dem Kühlwasser abgezogene Wärmemenge) zu ermitteln, und eine Wärmeverlustbestimmungsvorrichtung 50 für das Bestimmen eines Wärmeverlustes durch das Kühlwasser (d. h. die durch das Kühlwasser abgezogene Wärmemenge), und zwar basierend auf den von der Erfassungsvorrichtung ermittelten Daten. Die Erfassungsvorrichtung hat einen Einlaßkühlwassertemperatur-Erfassungssensor 42, der in der Kühlwasserleitung 41 an einer Einlaßseite der Heizvorrichtung 14 angeordnet ist, einen Auslaßkühlwassertemperatur- Erfassungssensor 43, der in der Kühlwasserleitung 41 an einer Auslaßseite der Heizvorrichtung 14 angeordnet ist, und einen Durchflußmesser 44, der in der Kühlwasserleitung 41 für das Messen der in der Kühlwasserleitung 41 strömenden Kühlwassermenge angeordnet ist. Die Wärmeverlustbestimmungsvorrichtung 50 ist mit den Sensoren 42 und 43 und dem Durchflußmesser 44 verbunden und berechnet einen Wärmeverlust, der aufgrund des Kühlwassers auftritt (d. h. die durch das Kühlwasser abgezogene Wärmemenge), und zwar basierend auf den durch die Sensoren 42 und 43 gemessenen Temperaturen und der durch den Durchflußmesser 44 gemessenen Strömungsmenge.
Die Temperatursteuervorrichtung 100 für einen elektrischen Tiegelofen hat ferner eine Einstellvorrichtung für das Einstellen einer Strömungsmenge oder einer Temperatur des Kühlwassers und eine Steuervorrichtung zum Steuern der Einstellvorrichtung, so daß ein aufgrund des Kühlwassers auftretender Wärmeverlust, der mittels der Wärmeverlustbestimmungsvorrichtung 50 bestimmt wurde, sich in einem optimalen Wärmeverlustbereich befindet, der für verschiedene Betriebszustände des Tiegelofens vorbestimmt wurde.
Die Einstellvorrichtung hat beispielsweise ein in der Kühlwasserleitung 41 angeordnetes Durchflußsteuerventil 45. Die Steuervorrichtung hat beispielsweise eine Durchflußsteuervorrichtung 60, die basierend auf dem bestimmten Wärmeverlust eine Steueranweisung zu der Einstellvorrichtung 45 ausgibt.
Eine Einstellung der Durchflußmenge basierend auf dem Wärmeverlust durch das Kühlwasser kann ersetzt werden durch eine Einstellung der Kühlwassereinlaßtemperatur durch beispielsweise einen Wärmetauscher.
Die Temperatursteuervorrichtung 100 für einen elektrischen Tiegelofen hat ferner (a) einen Sensor 13 für die Temperatur des geschmolzenen Metalles für das Messen einer Temperatur des geschmolzenen Metalles in dem Schmelztiegel 12, der das geschmolzene Metall berühren kann oder nicht berühren kann, (b) eine Schätzvorrichtung 70 der Temperatur des geschmolzenen Metalles für das Schätzen einer Temperatur des geschmolzenen Metalles und ihrer Änderung unter Verwendung eines Schätzmodelles für die Temperatur des geschmolzenen Metalles, das auf der durch den Sensor 13 für die Temperatur des geschmolzenen Metalles gemessenen Temperatur des geschmolzenen Metalles, dem durch die Wärmeverlustbestimmungsvorrichtung 50 bestimmten Wärmeverlust durch das Kühlwasser, und der zu der Heizvorrichtung zugeführten elektrischen Energie basiert, und (c) eine Steuervorrichtung 80 für die Temperatur des geschmolzenen Metalles für das Steuern der zu der Heizvorrichtung zugeführten elektrischen Energie, so daß die Temperatur des geschmolzenen Metalles, die durch die Schätzvorrichtung 70 der Temperatur des geschmolzenen Metalles geschätzt wurde, auf eine vorbestimmte Temperatur gesteuert wird.
Nachstehend ist ein Temperatursteuerverfahren für einen elektrischen Tiegelofen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das unter Verwendung der vorbeschriebenen Vorrichtung durchgeführt wird, erklärt.
Das Temperatursteuerverfahren für einen elektrischen Tiegelofen hat die Schritte: Bestimmen eines Wärmeverlustes, der aufgrund des Kühlwassers auftritt (Schritte 101 bis 104 in Fig. 2) und Schätzen einer Temperatur des geschmolzenen Metalles unter Verwendung eines Wärmegleichgewichtsmodelles und Miteinbeziehung des bei dem Wärmeverlustbestimmungsschritt in dem Modell bestimmten Wärmeverlustes und dadurch Steuern der Temperatur des geschmolzenen Metalles (Schritte 201 bis 206 in Fig. 2).
Das Temperatursteuerverfahren ins einen elektrischen Tiegelofen hat ferner einen Schritt zum derartigen Steuern einer Durchflußmenge oder einer Temperatur des Kühlwassers, daß der in den Wärmeverlustbestimmungsschritten bestimmte Wärmeverlust sich in einem optimalen Wärmeverlustbereich befindet, der für verschiedene Betriebszustände des elektrischen Tiegelofens vorbestimmt ist (Schritte 105 und 106 in Fig. 2).
Genauer ausgedrückt wird die Routine der Fig. 2 nach jedem Intervall einer Zeitdauer ΔT begonnen, das bei Schritt 101 gezählt wird, und zwar nach dem Betriebsstart des Tiegelofens. In Schritt 102 werden eine Einlaßkühlwassertemperatur und eine Auslaßkühlwassertemperatur jeweils durch den Einlaßwassertemperatursensor 42 und den Auslaßwassertemperatursensor 43 erfaßt, wobei deren Ausgaben zu der Wärmeverlustbestimmungsvorrichtung gespeist werden. In Schritt 103 wird eine Durchflußmenge des Kühlwassers erfaßt und deren Ausgabe zu der Wärmeverlustbestimmungsvorrichtung 50 gespeist. Schritte 102 und 103 können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.
Dann wird in Schritt 104 ein aufgrund des Kühlwassers auftretender Wärmeverlust (die von dem Kühlwasser abgezogene Wärmemenge) in jedem Intervall der Zeitdauer ΔT bestimmt (oder berechnet), und zwar unter Verwendung der unten gezeigten Gleichung (1), die in der Wärmeverlustbestimmungsvorrichtung 50 gespeichert ist.
DQW(t) = CW . GW . FW(t) . (T0W(t) - TiW(t) [W] ...(1)
wobei gilt:
CW: eine spezifische Wärme des in der Vorrichtung vorgespeicherten Kühlwassers [W . hr/kg . °C]
GW:: ein spezifisches Gewicht des in der Vorrichtung vorgespeicherten Kühlwassers [kg/m3]
FW(t): eine Durchflußmenge des durch den Durchflußmesser 44 gemessenen Kühlwasser [m3/hr]
TiW(t): eine durch den Sensor 42 gemessene Kühlwassertemperatur [°C]
T0W(t): eine durch den Sensor 43 gemessene Kühlwassertemperatur [°C]
Der Wärmeverlust durch das Kühlwasser dQW(t) wird in jedem Intervall der Zeitdauer ΔT überwacht, wobei die Durchflußmenge des Kühlwassers durch die Strömungssteuervorrichtung 60 und das Strömungssteuerventil 45 derart gesteuert wird, daß der Wärmeverlust durch das Kühlwasser dQW(t) gesteuert wird, so daß er gemäß den Betriebszuständen des Tiegelofens in einem vorbestimmten optimalen Wärmeverlustbereich liegt (in Schritt 106).
Diesbezüglich ist mit "optimaler Wärmeverlustbereich (AR)" ein Bereich gemeint, in dem die Heizschlange 40 gekühlt wird, so daß deren Temperatur nicht ungewöhnlich ansteigt. Der Bereich (AR) hat eine obere Grenze (UL) und eine untere Grenze (LL). Wenn, wie in Fig. 3 veranschaulicht, der Wert dQW(t) die obere Grenze UL überschreitet, ist ein Überkühlungszustand vorhanden, in dem der Öffnungsgrad des Durchflußsteuerventiles 45 gesenkt werden sollte, so daß ein nicht notwendiger Anstieg der Kühlwassermenge verhindert werden kann. Wenn sich andererseits der Wert dQW(t) ändert, so daß er geringer als die untere Grenze LL ist, so ist ein unzureichender Kühlzustand vorhanden, in dem der Öffnungsgrad des Durchflußsteuerventiles 45 erhöht werden sollte, so daß ein Überhitzen der Schlange verhindert werden kann.
Vorzugsweise kann eine Abnahme oder Zunahme des Öffnungsgradbetrages des Durchflußsteuerventiles 45 proportional zu einer Abweichung des augenblicklichen Öffnungsgrades von der oberen oder unteren Grenze des optimalen Wärmeverlustbereiches sein, so daß eine proportionale Rückführsteuerung durchgeführt wird.
Andererseits wird die Temperatur T0 des geschmolzenen Metalles nur zu einem Zeitpunkt gemessen, und zwar unter Verwendung des Temperatursensors 13 für geschmolzenes Metall in Schritt 201. Die Temperatur T0 wird dem Wärmegleichgewichtsmodell mit einer in der Schätzvorrichtung 70 für die Temperatur des geschmolzenen Metalles gespeicherten Gleichung (2) als eine Initialtemperatur der Temperatur des geschmolzenen Metalles eingegeben. Dann wird zu jedem Intervall einer Zeitdauer von ΔT, das in Schritt 202 gezählt wird, eine Temperatur für das geschmolzene Metall eingegeben und deren Änderung in Schritt 204 geschätzt, und zwar mit Einbeziehung des Wärmeverlustes durch das eingespeiste Kühlwasser, wobei dessen Daten bei Schritt 203 von Schritt 104 eingespeist werden.
Cm . Wm(t) . (dTm(t)/dt) = P(t) - dQW(t) - dQm(t) [W] ...(2)
wobei gilt;
Cm: eine spezifische Wärme des geschmolzenen Metalles [W . hr/kg . °C]
Wm(t): ein durch die Lastzelle 30 gemessenes Gewicht des geschmolzenen Metalles [kg]
dTm(t): eine geschätzte Temperatur des geschmolzenen Metalles, deren Initialwert bei t = 0 T0 beträgt [°C]
P(t): eine von der elektrischen Energiequelle 20 zu der Schlange 40 geführte elektrische Energie [W]
dQW(t): die in Gleichung (1) bestimmte Wärmeverlustmenge [W]
dQm(t): eine aus der folgenden Gleichung (3) bestimmte Wärmedissipationsmenge [W]
dQm(t) = K(Tm(t) - Ta(t)) ... (3),
wobei gilt:
K: ein durch Versuch vorbestimmter Gesamtwärmeübergangskoeffizient [W/°C]
Ta(t): eine atmosphärische Temperatur [°C]
Anschließend wird die Temperatur des geschmolzenen Metalles auf eine vorbestimmte Temperatur gesteuert, und zwar durch Erzeugen eines Befehlsignales in der Steuervorrichtung 80 des geschmolzenen Metalles unter Verwendung eines PDI (Proportional- , Differential-, Integral-) Logarithmus basierend auf einem Differential zwischen der vorbestimmten Solltemperatur und der geschätzten Temperatur Tm(t), wobei anschließend das Befehlsignal zu einer elektrischen Energiequelle 20 geführt wird (Schritte 205 und 206).
Diesbezüglich wird für die vorbestimmte Solltemperatur des geschmolzenen Metalles beispielsweise eine Temperatur des geschmolzenen Metalles zu dem Zeitpunkt der Herausnahme des geschmolzenen Metalles aus dem Tiegelofen genommen. Ein zu der elektrischen Energiequelle gerichtetes Rückführsteuersignal ist ein Signal einer Änderungsmenge der elektrischen Energie ΔW(t), die durch die folgende Gleichung (4) bestimmt wird.
ΔW(t) = KP . (Tm(t - 1) - Tm(t)) + KI . ΔT(t) + KD . (2 . Tm(t - 1) - Tm(t - 2) - Tm(t)) ..... (4)
wobei Tm(t - 1) und Tm(t - 2) jeweils Temperaturen zu einer Zeitdauer ΔT und einer Zeitdauer 2ΔT sind. Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines Ergebnisses zwischen der Temperatur des geschmolzenen Metalles zu dem Zeitpunkt der Herausnahme des geschmolzenen Metalles aus dem Tiegelofen und der elektrischen Energie für das Betweizen, und zwar gesteuert gemäß dieser Art von Temperatursteuerung.
Fig. 5 zeigt eine Beziehung zwischen der Temperatur des geschmolzenen Metalles und der Kühlwassertemperatur und der zugeführten Energie, wobei deren Steuerung unter Verwendung des Temperatursteuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde. Gemäß Fig. 5 stimmen die mit durchgezogener Linie gezeigte geschätzte Temperatur des geschmolzenen Metalles und die mit einer mit schwarzen Punkten versehenen Linie gezeigte tatsächlich gemessene Temperatur des geschmolzenen Metalles mit großer Genauigkeit überein. Dies bedeutet, daß die erfindungsgemäße Temperatursteuerung des geschmolzenen Metalles eine große Genauigkeit hat.
Da ferner die Kühlwassermenge eingestellt wird, so daß der Wärmeverlust durch das Kühlwasser in dem optimalen Wärmeverlustbereich liegt, der für verschiedene Betriebszustände des elektrischen Tiegelofens vorbestimmt ist, ist der Wärmeverlust durch das Kühlwasser während des Betriebs des Tiegelofens minimiert. Als Ergebnis wird ein nicht notwendiger Anstieg des Wärmeverlustes des Tiegelofens verhindert.
Erfindungsgemäß werden die folgenden technischen Vorteile erzielt.
Da in dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung der Wärmeverlust durch das Kühlwasser in der Schätzung der Temperatur des geschmolzenen Metalles miteinbezogen ist, wird die Schätzgenauigkeit erhöht. Als Ergebnis sind eine Steuerung der Temperatur des geschmolzenen Metalles mit großer Genauigkeit, eine Abnahme der Zeitdauer, die zum Beheizen und Schmelzen des Metalles nötig ist, und die Verhinderung einer Überhitzung des Tiegelofens möglich.
Da ferner die Menge und/oder die Temperatur des Kühlwassers eingestellt wird, so daß sich der Wärmeverlust durch das Kühlwasser in dem optimalen Wärmeverlust befindet, ist der Wärmeverlust des Tiegelofens minimiert.
In dem elektrischen Tiegelofen 10 mit der Heizvorrichtung 14, die die Kühlwasserleitung 41 für das Kühlen der Heizvorrichtung aufweist, um ein Schmelzen der Heizvorrichtung 14 zu verhindern, wird die Schätzung der Temperatur für das geschmolzene Metall in dem elektrischen Tiegelofen 10 unter Verwendung eines Wärmegleichgewichtsmodells unter Einbeziehung des Wärmeverlustes durch das Kühlwasser, d. h. die durch das Kühlwasser abgezogene Wärmemenge, durchgeführt. Ferner wird die durch die Heizvorrichtung 14 strömende Kühlwassermenge derart eingestellt, daß sich der Wärmeverlust durch das Kühlwasser in einem vorbestimmten optimalen Wärmeverlustbereich befindet.

Claims (9)

1. Verfahren für die Steuerung der Temperatur in einem elektrischen Tiegelofen (10), der eine Heizvorrichtung (14) mit einer darin ausgebildeten Kühlwasserleitung (41) aufweist, durch die Kühlwasser strömen kann, um zu verhindern, daß die Heizvorrichtung (14) schmilzt, gekennzeichnet durch die Schritte:
  • a) Leiten von Kühlwasser durch die Kühlwasserleitung;
  • b) Bestimmen eines aufgrund des Kühlwassers auftretenden Wärmeverlustes;
  • c) Schätzen der Temperatur des geschmolzenen Metalls in dem Tiegelofen durch Miteinbeziehen des festgestellten Wärmeverlustes in einem Schätzmodell für die Temperatur des geschmolzenen Metalles; und
  • d) Steuern der Temperatur des geschmolzenen Metalles basierend auf dem Schätzmodell.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmeverlust-Bestimmungsschritt b) und dem Temperatur-Schätzschritt c) ein Schritt für das Steuern der Durchflußmenge oder der Temperatur des Kühlwassers durchgeführt wird, so daß sich der im Wärmeverlust-Bestimmungsschritt b) bestimmte Wärmeverlust in einem optimalen Wärmeverlustbereich befindet, wobei der Bereich für verschiedene Betriebszustände des Tiegelofens vorbestimmt ist.
3. Temperatursteuervorrichtung (100) für einen elektrischen Tiegelofen (10), der eine Heizvorrichtung (14) hat, die eine darin ausgebildete Kühlwasserleitung (41) einschließt, durch die Kühlwasser strömen kann, um zu verhindern, daß die Heizvorrichtung (14) schmilzt, gekennzeichnet durch:
eine mit der Kühlwasserleitung betrieblich verknüpfte Erfassungsvorrichtung (42, 43, 44) für das Erfassen von Daten, die für das Bestimmen eines Wärmeverlustes notwendig sind, der aufgrund des durch die Kühlwasserleitung strömenden Kühlwassers auftritt;
eine Schätzvorrichtung (70) für die Temperatur des geschmolzenen Metalles, die konstruiert und eingerichtet ist, um die Temperatur des geschmolzenen Metalles in dem Tiegelofen zu schätzen, wobei die Schätzvorrichtung (70) ein Schätzmodell für die Temperatur des geschmolzenen Metalles hat und mit der Erfassungsvorrichtung derart betrieblich verknüpft ist, daß ein aus den mittels der Erfassungsvorrichtung (42, 43, 44) erfaßten Daten bestimmter Wärmeverlust in das Modell miteinbezogen wird; und
eine Steuervorrichtung (80) für die Temperatur des geschmolzenen Metalles, die konstruiert und eingerichtet ist, um die zu der Heizvorrichtung (14) geführte elektrische Energie derart zu steuern, daß eine von der Schätzvorrichtung (70) für die Temperatur des geschmolzenen Metalles geschätzte Temperatur auf eine vorbestimmte Temperatur gesteuert wird.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (14) eine Heizschlange (40) oder eine Heizelektrode ist.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsvorrichtung (42, 43, 44) aufweist:
einen Einlaßkühlwassertemperatur-Erfassungssensor (42), der in der Kühlwasserleitung (41) an einer Einlaßseite der Heizvorrichtung (14) angeordnet ist;
einen Auslaßkühlwassertemperatur-Erfassungssensor (43), der in der Kühlwasserleitung (41) an einer Auslaßseite der Heizvorrichtung (14) angeordnet ist; und
einen Durchflußmesser (44), der in der Kühlwasserleitung (41) für die Messung einer Kühlwasserdurchflußmenge angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, gekennzeichnet durch
eine Wärmeverlustbestimmungsvorrichtung (50), die mit der Erfassungsvorrichtung betrieblich verknüpft ist sowie konstruiert und eingerichtet ist, um basierend auf von der Erfassungsvorrichtung (42, 43, 44) ermittelten Daten eine durch das Kühlwasser abgezogene Wärmemenge zu bestimmen, und
einen Meßsensor (13) für die Temperatur des geschmolzenen Metalles, der konstruiert und eingerichtet ist, um die Temperatur des geschmolzenen Metalles (11) in dem Tiegelofen zu messen, wobei die Schätzvorrichtung (70) der Temperatur des geschmolzenen Metalles mit dem Meßsensor (13) für die Temperatur des geschmolzenen Metalles betrieblich verknüpft ist und die Temperatur des geschmolzenen Metalles schätzt, und zwar basierend auf (a) einer durch den Meßsensor (13) für die Temperatur des geschmolzenen Metalles gemessenen Temperatur, (b) einer Wärmemenge, die durch das Kühlwasser abgezogen wird und von der Wärmeverlustbestimmungsvorrichtung (50) bestimmt wird, und (c) der elektrischen Energie, die der Heizvorrichtung (14) zugeführt wird.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einstellvorrichtung (45) für das Einstellen einer Durchflußmenge oder einer Temperatur des Kühlwassers; und eine Steuervorrichtung (60), die mit der Einstellvorrichtung (45) betrieblich verknüpft ist sowie konstruiert und eingerichtet ist, um die Einstellvorrichtung (45) zu steuern, so daß sich ein aufgrund des Kühlwassers auftretender Wärmeverlust, der basierend auf durch die Erfassungsvorrichtung (42, 43, 44) erfaßten Daten ermittelt wird, in einem optimalen Wärmeverlustbereich befindet, der für verschiedene Betriebszustände des Tiegelofens vorbestimmt ist.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (45) ein in der Kühlwasserleitung (41) angeordnetes Durchflußsteuerventil aufweist.
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (60) eine Durchflußsteuervorrichtung aufweist, die basierend auf dem festgestellten Wärmeverlust ein Steuersignal zu der Einstellvorrichtung (45) ausgibt.
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