DE19801295A1

DE19801295A1 - Einrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens

Info

Publication number: DE19801295A1
Application number: DE19801295A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Sesselmann; Hermann Meyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2018-01-17
Also published as: DE19801295B4

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens mit zumindest einer, insbesondere höhenver stellbaren, Elektrode, mittels der ein Lichtbogen im Lichtbo genofen erzeugt wird, wobei dem Lichtbogenofen Kohlenstoff bzw. ein Kohlenstoffgemisch zugeführt wird, so daß sowohl ei ne mindestens teilweise Einhüllung des Lichtbogens mit Schaumschlacke erfolgt als auch eine überdosierte Zufuhr von Kohlenstoff vermieden wird.

Schaumschlacke entsteht durch Aufschäumen der Schlacke in ei nem Lichtbogenofen mit Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmon oxid und dient zum Abschirmen der Strahlung des Lichtbogens auf die Ofenwand. Ein derartiges Vorgehen ist z. B. aus der DE 44 25 089 C1 oder der EP 0 637 834 bekannt. Gemäß der DE 44 25 089 C1 wird die Schaumschlacke in Abhangigkeit von einer gemessenen Schallemission im Bereich der zweifachen Netz-/Versorgungsfrequenz, des Lichtbogenofens geregelt. Da bei wird bei einem Überschreiten eines durch eine Steuerein heit vorgebbaren Schaltpegel die Kohlenstoffzufuhr erhöht und bei einem Unterschreiten die Kohlenstoffzufuhr vermindert. Gemäß der EP 0 637 834 wird die Schaumschlacke in Abhängig keit von einer gemessenen Schallemission sowie in Abhängig keit elektrischer Größen geregelt.

Bei dem Verfahren gemäß der DE 44 25 089 C1 bzw. gemäß der EP 0 637 834 ist nachteilig, daß die gewünschte Schaumschlacke nur sehr langsam geregelt werden kann, und daß es für un verhältnismaßig lange Zeitabschnitte zu Zuständen kommen kann, in denen die Schaumschlacke zu gering ist. In diesen Fallen ist die Leistung des Lichtbogens zurückzufahren, was die Dauer des Schmelzprozesses erhöht. Bei einem industriel len Großschmelzprozeß, wie er in einem Lichtbogenofen ab läuft, ist selbst eine kurzzeitige Verlängerung des Schmelz prozesses mit hohen Kosten verbunden. Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, den Schmelzprozeß in einem Lichtbo genofen zu verkürzen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Rege lung des Lichtbogenofens mit zumindest einer, insbesondere höhenverstellbaren, Elektrode, mittels der ein Lichtbogen im Lichtbogenofen erzeugt wird, wobei dem Lichtbogenofen Kohlen stoff zugeführt wird, so daß sowohl eine Einhüllung des Lichtbogens mit Schaumschlacke erfolgt als auch eine überdo sierte Zufuhr von Kohlenstoff vermieden wird, weist einen neuronalen Regler auf, der die Höhe der Elektrode, die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen versorgt wird, und/oder die Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbo genofen zugeführt wird, in Abhängigkeit zumindest einer der Größen

- Schallemission des Lichtbogenofens,
- Körperschallemission des Lichtbogenofens,
- Strom durch die Elektrode,
- Spannungsabfall an der Elektrode,
- Betriebsparameter des Lichtbogenofens, wie der Menge zumin dest eines der Beschickungsmaterialien Schrott, Stahl, Le gierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlen stoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen,
- den Ausgangswerten einer Infrarotmessung der Höhe von flüs sigem Metall im Lichtbogenofens,
- der Vibration des Lichtbogenofens

ermittelnd ausgebildet ist. Legierungsmittel können z. B. Koh lenstoff oder Metalle wie Mangan, Nickel usw. sein. Ein Zu satzstoff ist z. B. Kalk. Die Erfindung ermöglicht eine beson ders präzise Ermittlung des Schaumschlackepegels sowie ein besonders schnelles Aufbauen eines gewünschten Schaumschlacke pegels. Auf diese Weise kann unter besonders hoher Energie zufuhr geschmolzen werden, wodurch sich die notwendige Zeit für das Schmelzen des Metalls im Lichtbogenofen verringert.

Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Drehstromlichtbogenofen und

Fig. 2 ein neuronales Netz.

Fig. 1 zeigt einen Drehstromlichtbogenofen 5. Im Lichtbo genofen 5 wird mit drei Elektroden 1, 2, 3, die über einen stellbaren Transformator an ein dreiphasiges Energieversor gungsnetz 8 angeschlossen sind, Schrott geschmolzen, so daß sich flüssiges Metall 6 im unteren Teil des Lichtbogenofens 5 ansammelt. Zwischen den Elektroden 1, 2, 3 und dem Schrott bzw. dem flüssigen Metall 6 bilden sich Lichtbögen 9 aus. Die Lichtbögen werden von Schaumschlacke 4 eingehüllt, um die Wände des Lichtbogenofens 5 vor der Energieabstrahlung der Lichtbögen 9 zu schützen. Zum Aufbau eines gewünschten Pegels von Schaumschlacke 4 ist eine Einrichtung zur Regelung der Schaumschlacke vorgesehen. Diese weist in beispielhafter Aus gestaltung eine Blaseinrichtung 10 sowie eine Recheneinrich tung 11 auf. Mittels der Blaseinrichtung 10 wird Kohlenstoff, insbesondere mit Luft gemischter Kohlenstoff, in den Lichtbo genofen 5, insbesondere in die Schlacke oberhalb des flüssige Metalls 6, geblasen. In der Schlacke wandelt sich der Kohlen stoff in Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmonoxid um, so daß Schaumschlacke 4 entsteht. Der Zeitpunkt und die Menge des einzublasenden Kohlenstoffs wird durch die Recheneinrichtung 11 in Abhängigkeit der dem Lichtbogenofen 5 zugeführten elek trischen Energie bzw. der eingeprägten Spannung, in Abhängig keit der Schallemission des Lichtbogenofens in Abhängigkeit der Menge der Beschickungsmaterialien in den Lichtbogenofen 5 ermittelt. Beschickungsmaterialien sind im wesentlichen Schrott, Legierungsmittel und Zusatzstoffe. Ferner kann es vorgesehen werden, den Lichtbogenofen 5 auch mit Stahl zu be schicken. Ein wichtiger Zusatzstoff ist z. B. Kalk, der einen wichtigen Bestandteil der Schaumschlacke 4 bildet.

Einzelheiten einer beispielhaften Regelung der Energiezufuhr im Zusammenhang mit der Erfindung können der DE 197 11 453, der EP 0 036 122 und der DE 44 15 727 entnommen werden. Die Energiezufuhr, insbesondere die Höhe der Elektroden 1, 2 und 3, wird in Abhängigkeit der Höhe des Pegels der Schaumschlacke 4 im Lichtbogenofen 5 eingestellt. Dazu ermittelt die Re cheneinrichtung 11 in besonders vorteilhafter Weise neben dem Sollwert für die Zufuhr von Kohlenstoff die aktuelle Höhe des Pegels der Schaumschlacke 4 im Lichtbogenofen 5. Die Regelung des Transformators 7 sowie die Regelung der Höhe der Elektro den 1, 2, 3 sind auf der Recheneinrichtung 11 implementiert worden.

Zur Messung der Schallabstrahlung des Lichtbogenofens ist zu mindest eine Schallmeßeinrichtung 13 vorgesehen. Dabei kann die Schallmeßeinrichtung 13 als Schallmeßeinrichtung gemäß der DE 44 25 089 C1 als Meßeinrichtung zur Messung des Kör perschalls des Lichtbogenofens 5 oder als Meßeinrichtung zur Messung der Vibration des Lichtbogenofens 5 ausgebildet sein. Es kann ferner die Verwendung sowohl einer Schallmeßeinrich tung gemäß der DE 44 25 089 C1 und einer Einrichtung zur Mes sung des Körperschalls des Lichtbogenofens 5 vorgesehen wer den.

Zur Regelung der elektrischen Größen wie Strom und/oder Span nung mittels des einstellbaren Transformators 7 ist eine Spannungs/Strommeßeinrichtung 12 vorgesehen, mittels der der sekundärseitige Strom, d. h. der Strom durch die Elektroden 1, 2, 3, oder die sekundärseitige Spannung, d. h. der Spannungs abfall an den Elektroden 1, 2, 3, des einstellbaren Transfor mators 7 gemessen wird. Es kann ferner vorgesehen werden, so wohl eine Meßeinrichtung zur Messung der sekundärseitigen Spannung des einstellbaren Transformators 7 sowie der sekun därseitigen Ströme des einstellbaren Transformators 7 vorzu sehen.

Auf der Recheneinrichtung 11 ist ein neuronaler Regler imple mentiert. Mittels des neuronalen Reglers wird die Kohlen stoffzufuhr, die Höhe der Elektroden 1, 2 und 3 und/oder die Schaltstufen des einstellbaren Transformators 7 in Abhängig keit zumindest einer der Größen sekundärseitiger Strom, se kundärseitige Spannung, Energiezufuhr zu den einzelnen Elek troden 1, 2 und 3, Kohlenstoffzufuhr, Schallabstrahlung des Lichtbogenofens 5 und/oder Körperschall des Lichtbogenofens 5 geregelt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der neuro nale Regler ein neuronales Netz auf, das die Höhe der Schaum schlacke im Lichtbogenofen in Abhängigkeit zumindest einer der Größen

- Schallemission des Lichtbogenofens 5,
- Körperschallemission des Lichtbogenofens 5,
- Strom durch die Elektrode 1, 2, 3,
- Spannungsabfall an der Elektrode 1, 2, 3,
- Betriebsparameter des Lichtbogenofens 5, wie der Menge zu mindest eines der Beschickungsmaterialien 27 Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen 5,
- den Ausgangswerten einer Infrarotmessung der Höhe von flüs sigem Metall im Lichtbogenofens 5,
- der Vibration des Lichtbogenofens 5

ermittelnd ausgebildet ist.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein neuronales Netz. Das neuronale Netz weist drei Eingangsknoten 31, 32, 33 auf, wobei dem neuronalen Netz über den Eingangsknoten 31 Informa tion über die Ströme durch die Elektroden 1, 2, 3 bzw. das Frequenzspektrum der Ströme, über den Eingangsknoten 32 In formation über die Schallemission des Lichtbogenofens 5 bzw. eine Frequenzanalyse der Schallemission und über den Ein gangsknoten 33 Information über die Betriebsparameter zuge führt werden. Das neuronale Netz weist eine Ebene mit ver deckten Neuronen 34, 35 und 36 sowie einen Ausgangsknoten 37 auf, über den ein Istwert über die Höhe der Schaumschlacke 4 im Lichtbogenofen 5 ausgegeben wird.

Claims

1. Einrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens (5) mit zu mindest einer, insbesondere höhenverstellbaren, Elektrode (1, 2, 3) mittels der ein Lichtbogen (9) im Lichtbogenofen (5) erzeugt wird, wobei dem Lichtbogenofen (5) Kohlenstoff zuge führt wird, so daß sowohl eine mindestens teilweise Einhül lung des Lichtbogens (9) mit Schaumschlacke (4) erfolgt als auch eine überdosierte Zufuhr von Kohlenstoff vermieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Regelung des Lichtbogenofens (5) ei nen neuronalen Regler aufweist, der die Höhe der Elektrode (1, 2, 3), die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Licht bogenofen (5) versorgt wird, und/oder die Menge des Kohlen stoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, regelnd ausge bildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der neuronale Regler die Höhe der Elektrode (1, 2, 3), die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen (5) versorgt wird, und/oder die Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit zumindest ei ner der Größen

- Schallemission des Lichtbogenofens (5),
- Körperschallemission des Lichtbogenofens (5),
- Strom durch die Elektrode (1, 2, 3),
- Spannungsabfall an der Elektrode (1, 2, 3),
- Betriebsparameter des Lichtbogenofens (5), wie der Menge zu mindest eines der Beschickungsmaterialien (27) Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen (5),
- den Ausgangswerten einer Infrarotmessung der Höhe von flüs sigem Metall im Lichtbogenofens (5),
- der Vibration des Lichtbogenofens (5) regelnd ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der neuronale Regler ein neuronales Netz aufweist, das die Höhe der Schaumschlacke im Lichtbogenofen in Abhängigkeit zumindest einer der Größen

- Schallemission des Lichtbogenofens (5),
- Körperschallemission des Lichtbogenofens (5),
- Strom durch die Elektrode (1, 2, 3),
- Spannungsabfall an der Elektrode (1, 2, 3),
- Betriebsparameter des Lichtbogenofens (5), wie der Menge zu mindest eines der Beschickungsmaterialien (27) Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen (5),
- den Ausgangswerten einer Infrarotmessung der Höhe von flüs sigem Metall im Lichtbogenofens (5),
- der Vibration des Lichtbogenofens (5)

ermittelnd ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das neuronale Netz ein mit einem Wert über die Höhe der Schaumschlacke im Ende des Schmelzprozesses trainiertes neu ronales Netz ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der neuronale Regler die Höhe der Elektrode (1, 2, 3), die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen (5) versorgt wird, und/oder die Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit einer Fre quenzanalyse der Schallemission des Lichtbogenofens (5) und einer Frequenzanalyse des Stroms durch die Elektrode (1, 2, 3) regelnd ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der neuronale Regler die Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit der Frequenz analyse der Schallemission des Lichtbogenofens (5) und der Frequenzanalyse des Stroms durch die Elektrode (1, 2, 3) re gelnd ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der neuronale Regler die Höhe der Elektrode (1, 2, 3), die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen (5) versorgt wird, und/oder die Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit einer Fre quenzanalyse des Stroms durch die Elektrode (1, 2, 3) und den Betriebsparametern des Lichtbogenofens (5), wie der Menge zu mindest eines der Beschickungsmaterialien (27) Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen (5), regelnd ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der neuronale Regler die Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit der Frequenz analyse des Stroms durch die Elektrode (1, 2, 3) und den Be triebsparametern des Lichtbogenofens (5), wie der Menge zu mindest eines der Beschickungsmaterialien (27) Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen (5), regelnd ausgebildet ist.