DE19801295B4

DE19801295B4 - Einrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens

Info

Publication number: DE19801295B4
Application number: DE19801295A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Sesselmann; Herrmann Meyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2018-01-17
Also published as: DE19801295A1

Abstract

Einrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens (5) mit zumindest einer, insbesondere höhenverstellbaren, Elektrode (1, 2, 3) mittels der ein Lichtbogen (9) im Lichtbogenofen (5) erzeugt wird, wobei dem Lichtbogenofen (5) Kohlenstoff zugeführt wird, so daß sowohl eine mindestens teilweise Einhüllung 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) einen neuronalen Regler aufweist, der die Höhe der Elektrode (1, 2, 3) und/oder die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen (5) versorgt wird, und die Menge des Kohlenstoffs und/oder Kalks, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, regelnd ausgebildet ist.

Description

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

Schaumschlacke entsteht durch Aufschäumen der Schlacke in einem Lichtbogenofen mit Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmonoxid 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 0 637 634 A1 bekannt. Gemäß der DE 44 25 089 C1 wird die Schaumschlacke in Abhängigkeit von einer gemessenen Schallemission im Bereich der zweifachen Netz-/Versorgungsfrequenz, des Lichtbogenofens geregelt. Dabei wird bei einem Überschreiten eines durch eine Steuereinheit vorgebbaren Schaltpegel die Kohlenstoffzufuhr erhöht und bei einem Unterschreiten die Kohlenstoffzufuhr vermindert. Gemäß der EP 0 637 634 A1 wird die Schaumschlacke in Abhängigkeit von einer gemessenen Schallemission sowie in Abhängigkeit elektrischer Größen geregelt.

Bei dem Verfahren gemäß der DE 44 25 089 C1 bzw. gemäß der EP 0 637 634 A1 ist nachteilig, daß die gewünschte Schaumschlacke nur sehr langsam geregelt werden kann, und daß es für unverhältnismäßig lange Zeitabschnitte zu Zuständen kommen kann, in denen die Schaumschlacke zu gering ist. In diesen Fällen ist die Leistung des Lichtbogens zurückzufahren, was die Dauer des Schmelzprozesses erhöht. Bei einem industriel len Großschmelzprozeß, wie er in einem Lichtbogenofen abläuft, ist selbst eine kurzzeitige Verlängerung des Schmelzprozesses mit hohen Kosten verbunden. Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, den Schmelzprozeß in einem Lichtbogenofen zu verkürzen.

Die DE 197 48 310 C1 (älteres Recht) offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Schaumschlackenbildung in einem Lichtbogenofen, welchem Kohlenstoff derart zugeführt wird, daß eine mindestens teilweise Einhüllung des Lichtbogens im Lichtbogenofen erfolgt und eine überdosierte zufuhr von Kohlenstoff vermieden wird. Hierbei wird die Menge des zuführbaren Kohlenstoffs mittels eines als neuronales Netz ausgebildeten Schaumschlackemodells in Abhängigkeit der Menge zumindest eines der Beschickungsmaterialien Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe ermittelt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Regelung des Lichtbogenofens mit zumindest einer, insbesondere höhenverstellbaren, Elektrode, mittels der ein Lichtbogen im Lichtbogenofen erzeugt wird, wobei dem Lichtbogenofen Kohlenstoff zugeführt wird, so daß sowohl eine Einhüllung des Lichtbogens mit Schaumschlacke erfolgt als auch eine überdosierte Zufuhr von Kohlenstoff vermieden wird, weist einen neuronalen Regler auf, der die Höhe der Elektrode und/oder die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen versorgt wird, und die Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit zumindest einer der Größen

– Schallemission des Lichtbogenofens,
– Körperschallemission des Lichtbogenofens,
– Betriebsparameter des Lichtbogenofens, wie
– der Menge zumindest eines der Beschickungsmaterialien Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird,
– der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen,
– Strom durch die Elektrode,
– Spannungsabfall an der Elektrode,
– den Ausgangswerten einer Infrarotmessung der Höhe von flüssigem Metall im Lichtbogenofen,
– der Vibration des Lichtbogenofens

ermittelnd ausgebildet ist. Legierungsmittel können z.B. Kohlenstoff oder Metalle wie Mangan, Nickel usw. sein. Ein Zusatzstoff ist z.B. Kalk. Die Erfindung ermöglicht eine besonders präzise Ermittlung des Schaumschlackepegels sowie ein besonders schnelles Aufbauen eines gewünschten Schaumschlackepegels. Auf diese Weise kann unter besonders hoher Energiezufuhr 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:
1 einen Drehstromlichtbogenofen und
2 ein neuronales Netz.
1 zeigt einen Drehstromlichtbogenofen 5. Im Lichtbogenofen 5 wird mit drei Elektroden 1, 2, 3, die über einen stellbaren Transformator an ein dreiphasiges Energieversorgungsnetz 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 Ausgestaltung eine Blaseinrichtung 10 sowie eine Recheneinrichtung 11 auf. Mittels der Blaseinrichtung 10 wird Kohlenstoff, insbesondere mit Luft gemischter Kohlenstoff, in den Lichtbogenofen 5, insbesondere in die Schlacke oberhalb des flüssige Metalls 6, geblasen. In der Schlacke wandelt sich der Kohlenstoff 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 elektrischen Energie bzw. der eingeprägten Spannung, in Abhängigkeit 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 beschicken. 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 A1 , der EP 0 036 122 A2 und der DE 44 15 727 A1 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 Recheneinrichtung 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 Elektroden 1, 2, 3 sind auf der Recheneinrichtung 11 implementiert worden.
Zur Messung der Schallabstrahlung des Lichtbogenofens ist zumindest eine Schallmeßeinrichtung 13 vorgesehen. Dabei kann die Schallmeßeinrichtung 13 als Schallmeßeinrichtung gemäß der DE 44 25 089 C1 als Meßeinrichtung zur Messung des Körperschalls des Lichtbogenofens 5 oder als Meßeinrichtung zur Messung der Vibration des Lichtbogenofens 5 ausgebildet sein. Es kann ferner die Verwendung sowohl einer Schallmeßeinrichtung gemäß der DE 44 25 089 C1 und einer Einrichtung zur Messung des Körperschalls des Lichtbogenofens 5 vorgesehen werden.
Zur Regelung der elektrischen Größen wie Strom und/oder Spannung 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 Spannungsabfall an den Elektroden 1, 2, 3, des einstellbaren Transformators 7 gemessen wird. Es kann ferner vorgesehen werden, sowohl eine Meßeinrichtung zur Messung der sekundärseitigen Spannung des einstellbaren Transformators 7 sowie der sekundärseitigen Ströme des einstellbaren Transformators 7 vorzusehen.
Auf der Recheneinrichtung 11 ist ein neuronaler Regler imple- mentiert. Mittels des neuronalen Reglers wird die Höhe der Elektroden 1, 2 und 3 und/oder die Schaltstufen des einstellbaren Transformators 7 und die Kohlenstoffzufuhr, in Abhängigkeit zumindest einer der Größen sekundärseitiger Strom, sekundärseitige Spannung, Energiezufuhr zu den einzelnen Elektroden 1, 2 und 3, Kohlenstoffzufuhr, Schallabstrahlung des Lichtbogenofens 5 und/oder Körperschall des Lichtbogenofens 5 geregelt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der neuronale Regler ein neuronales Netz auf, das die Höhe der Schaumschlacke im Lichtbogenofen in Abhängigkeit zumindest einer der Größen

– Schallemission des Lichtbogenofens 5,
– Körperschallemission des Lichtbogenofens 5,
– Betriebsparameter des Lichtbogenofens 5, wie
– der Menge zumindest eines der Beschickungsmaterialien Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlenstoffs und/oder Kalks, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird,
– der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen 5,
– Strom durch die Elektrode 1, 2, 3,
– Spannungsabfall an der Elektrode 1, 2, 3,
– den Ausgangswerten einer Infrarotmessung der Höhe von flüssigem Metall im Lichtbogenofen 5,
– der Vibration des Lichtbogenofens 5

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 Information über die Ströme durch die Elektroden 1, 2, 3 bzw. das Frequenzspektrum der Ströme, über den Eingangsknoten 32 Information über die Schallemission des Lichtbogenofens 5 bzw. eine Frequenzanalyse der Schallemission und über den Eingangsknoten 33 Information über die Betriebsparameter zugeführt werden. Das neuronale Netz weist eine Ebene mit verdeckten 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

Einrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens (5) mit zumindest einer, insbesondere höhenverstellbaren, Elektrode (1, 2, 3) mittels der ein Lichtbogen (9) im Lichtbogenofen (5) erzeugt wird, wobei dem Lichtbogenofen (5) Kohlenstoff zugeführt wird, so daß sowohl eine mindestens teilweise Einhüllung 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) einen neuronalen Regler aufweist, der die Höhe der Elektrode (1, 2, 3) und/oder die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen (5) versorgt wird, und die Menge des Kohlenstoffs und/oder Kalks, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, regelnd ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der neuronale Regler die Höhe der Elektrode (1, 2, 3) und/oder die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen (5) versorgt wird, und die Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit zumindest einer der Größen – Schallemission des Lichtbogenofens (5), – Körperschallemission des Lichtbogenofens (5), – Betriebsparameter des Lichtbogenofens (5), wie – der Menge zumindest eines der Beschickungsmaterialien Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlenstoffs und/oder Kalks, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, – der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen (5), – Strom durch die Elektrode (1, 2, 3), – Spannungsabfall an der Elektrode (1, 2, 3), – den Ausgangswerten einer Infrarotmessung der Höhe von flüssigem Metall im Lichtbogenofen (5), – der Vibration des Lichtbogenofens (5) regelnd ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der neuronale Regler 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 zumindest eines der Beschickungsmaterialien 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 flüssigem Metall im Lichtbogenofen (5), – der Vibration des Lichtbogenofens (5) ermittelnd ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein neuronales Netz ein mit einem Wert über die Höhe der Schaumschlacke im Ende des Schmelzprozesses trainiertes neuronales Netz ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der neuronale Regler die Höhe der Elektrode (1, 2, 3) und/oder die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen (5) versorgt wird, und die Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit einer Frequenzanalyse der Schallemission des Lichtbogenofens (5) und einer Frequenzanalyse des Stroms durch die Elektrode (1, 2, 3) regelnd ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der neuronale Regler die Höhe der Elektrode (1, 2, 3) und/oder die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Licht bogenofen (5) versorgt wird, und die Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit einer Frequenzanalyse des Stroms durch die Elektrode (1, 2, 3) und den Betriebsparametern des Lichtbogenofens (5), wie der Menge zumindest eines der Beschickungsmaterialien 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.