DE2330985B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Leistungssteuerung eines Lichtbogenofens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leutungs-

steuerung eines Lichtbogenofens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

In einem Bereich in der Zeitschrift »Revue de Metallurgie«, März 1964, Seiten 297 bis 301 wird ein Verfahren zur Leistungssteuerung von Lichtbogen-Schmelzöfen angegeben, das mit Überwachung des Ofens durch eine Messung der Temperatur oder des Temperaturverlaufs der Ofenausmauerung vor sich geht Dabei wird mit einem Rechner der Elektrodenvor schub und die Leistungszuführung zu den Elektroden überwacht In der genannten Schrift ist jedoch über die Durchführung oder den Verlauf der Messung, insbesondere über die vorgegebenen Werte nichts näheres ausgeführt Als nachteilig wird dabei der Einsatz eines Rechners zur Steuerung des Vorgangs empfunden, dessen Kapazität durch die Überwachungsvorgänge nur in geringem Maße ausgenützt wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Leistungssteuerung für einen Lichtbogenofen der angegebenen Gattung zu schaffen, das mit möglichst geringer Anzahl vorgegebener Werte eine gute Anpassung der aufgenommenen Leistung an die jeweiligen Betriebszustände bei weiterhin bestmöglicher Ausnützung der Ofenkapazität ergibt Gleichzei- tig soll eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung geschaffen werden, die robust zuverlässig und preisgünstig herzustellen ist.

Der erste Teil der Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnen den Merkmalen nach dem Ansprucn 1 gelöst. Die Durchführung des Verfahrens ist durch die geringe Anzahl von vorgegebenen Werten erleichtert, wobei gleichzeitig eine größtmögliche Ausnützung der maximalen Ofenleistung und damit verbunden ein beträchtli- eher Zeitgewinn erreicht ist Gleichzeitig wird der Verschleiß der feuerfesten Ausmauerung des Ofens gleichmäßiger und geringer, sowie die Elektrodenabnutzung ebenfalls verringert und gleichmäßiger gehalten. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemä-

Ben Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale

nach dem Anspruch 2 erniedrigt noch weiter die

Beanspruchung der feuerfesten Ausmauerung und der Elektroden. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah-

rens dient in Lösung des zweiten Teils der Aufgabe eine Temperatursteuerungsvorrichtung für einen mit Meßsonde zur kontinuierlichen Überwachung des Temperaturverlaufs an der Innenfläche sowie mit Stromstärke- und Spannungsregelung für die Elektroden versehenen Ofen mit den kennzeichnenden Merkmalen nach dem Anspruchs.

Mit dieser Vorrichtung ist mit relativ einfachen, handelsüblichen und preiswert erhältlichen Bauelementen eine Steuerungsvorrichtung aufzubauen, die die obengenannten Vorteile des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens sicher und zuverlässig erzielt. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Steuerungsvorrichtung sind in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Temperatursteuervorrichtung,

F i g. 2 eine schema tische Darstellung einer Weiterbildung der Vorrichtung nach F i g. 1.

Nach F i g. 1 wird das Ausgangssignal der in der Ausmauerung des Ofens in der Nähe der Innenfläche sitzenden Temperatursonde über eine Verbindungsleitung 3 einem Temperaturschreiber 1 zugeleitet, der eine Zeit/Temperaturkurve 2 aufzeichnet Das Ausgangssignal wird in einer Glättungsschall.ung 5 geglättet und einem Meßverstärker 4 zugeführt Ein weiterer Eingang 6 des Verstärkers 4 ist über einen Unterbrecherkontakt 11 mit einer Bezugsspannung verbunden.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 4, das eine Anzeige für die gemessene Temperatur darstellt wird einerseits einem Minimalwertgeber 7 und andererseits einem Differenzierglied 8 zugeführt In dem Differenzierglied 8 wird ein Wert für die zeitliche Temperaturänderung oder der (positive oder negative) Temperaturanstieg pro Zeiteinheit gebildet Das Differenzierglied 8 wird ferner mit der bereits genannten Bezjgsspannung vom Unterbrecher 11 her gespeist und in die Zuleitung ist ein Verzögerungsglied oder ein Zeitrelais geschaltet von dem ein normal offener Kontakt 9 die Speisestromleitung nach Anziehen des Verzögerungsrelais 10 schließt Die Verzögerungszeit ist auf einen Wert von 8 bis 10 min oder vorzugsweise auf einen Wert von 0,5 min pro Tonne in den Ofen eingeführtes Schmelzgut einstellbar.

Der Minimalwertgeber 7 kann beispielsweise ein umgekehrt geschalteter Analog-Spitzenwertdetektor sein und gestattet die Bestimmung des Temperaturtiefstwertes zwischen zwei Schmelzvorgängen von in den Ofen eingebrachten Füllungen aus festem Metalt. Auch der Minimalwertgeber wind über den Unterbrecherkontakt 11 mit Bezugsspannung versorgt; der Unterbrecher 11 unterbricht demnach den Betrieb der gesamten Steuervorrichtung, wenn der Ofen geöffnet wird und er stellt das Verzögerungsrelais 10 und die weiteren, noch zu besprechenden Verzögeruiigselemente beim öffnen des Ofens zurück.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 4 wird auch noch über eine Leitung 12a einem Differenzverstärker 12 zugeführt, an dessen anderem Eingang der durch den Minimalwertgeber 7 bestimmte Temperatur-Minimalwert anliegt Der Ausgang des Differenzverstärker 12 wird einem Komparator 13 zugeführt, der die als Ausgangssignal des Differentialvenstärkers angegebene Differenz zwischen augenblicklicher Temperatur und Minimaltemperatur mit einem vorangestellten kritischen Temperaturintervall Tc vergleicht, das durch das Vorwählpotentioir eter 14 festgelegt wird.

Das Ausgangssignal des Differenzierglieds 8 liegt an einem ersten Komparator 15 an, welcher den gemessenen Temperaturanstiegswert mit einem mittels des Potentiometers 16 eingestellten ersten Ansprechwert vergleicht.

Die Ausgangssignale der beiden Komparatoren 13 und 15 liegen an den Eingängen den UND-Glieds 17 an, das nur dann ein Ausgangssignal ergibt, wenn der Wert Δ T, also die Differenz der augenblicklichen Temperatur und der Minimaitemperatur größer als der am Potentiometer 14 eingestellte Wen: ist, und gleichzeitig die Temperaturzunahme pro Zeiteinheit den am Potentiometer 16 eingestellten Wert übersteigt. Über ein nachgeschaltetes ODER-Glied 18 liegt das Ausgangssignal des UND-Glieds 17 an einem Alarmsignalgeber 19 au Über das ODER-Glied 18 kann auch ein dritter

s Komparator 21 durch ein Ausgangssignal den Alarmgeber 19 betätigen, wenn das am dritten Komparator 21 anliegende Ausgangssignal des Meßverstärkers 4, das die augenblickliche Temperatur darstellt einen am Potentiometer 20 eingestellten festgelegten Höchstwert

ίο überschreitet

Die bisher beschriebene Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise: Die Bedienungsperson für den Ofen legt zunächst geeignete Werte für die an den Einstellpotentiometern 14, 16 und 20 einstellbaren Ansprechwerte fest Beispielsweise wird für den kritischen Wert Tc festgelegt daß kein Alarmsignal ertönen soll, solange die Temperatur die festgestellte Minimaltemperatur nicht um beispielsweise 200° C überschritten hat Es kann nämlich ein Nachrutschen des in den Ofci eingebrachten Schmelzgutes eine plötzliche Temperaturänderung erbringen, dv jedoch keinerlei Oberhitzungsgefahr für den Ofen darste'it, da durch das gleich darauf wieder erfolgende Abdecken der Sonde durch weiter nachrutschendes Schmelzgut keine Tem peraturerhöhung mehr erfolgt

Wei» ;r wird der kritische Wert für die Temperaturzunahme pro Zeiteinheit am Potentiometer 16 festgelegt Der meist aus Erfahrung bekannte kritische Wert für diese Temperaturzunahme kann beispielsweise

150°C/min betragen. Bei Überschreitung dieses Wertes besteht Überhitzungsgefahr und es ist, wenn eine solche Zunahme nicht durch partiell nicht stattfindendes Nachrutschen des Schrottes verursacht wird, erforderlich, die Ofenspannung sehr schnell zu senken, da eine Aufrechterhaltung der zugeführten Leistung zu Schaden führen könnte.

Schließlich wird mittels des Potentiometers 20 ein Sicherheitsmaximalwert für die Temperatur festgelegt, sowie die Verzögerungszeit an dem Zeitrelais 10 festgelegt.

Daraufhin wird der Unterbrecher 11 geschlossen und damit die Vorrichtung eingeschaltet Ein Alarmsignal 19 für die Bedienungsperson erfolgt in diesem Falle nur dann, wenn die Gefahr einer tatsächlichen überhitzung besteht, die lange genug andauert, um Schaden an der Ausmauerung des Ofens zu bewirken. Damit kann bei jedem Schmelzvorgang gegenüber dem normalen Betrieb mit Beobachtung Zeit eingespart werden, da erfahrungsgemäß bei Ofenbeobachtung über den Temperaturschreiber 1 die Spannung präventiv und häufig zu früh abgelenkt wird.

Der Ausgang 22 der Steuervorrichtung nach F i g 1 findet sich auf F i g. 2 wieder. In diesem Zusatzschema ist ei ii Möglichkeit der automatischen Ofenregelung dargestellt Die Verbindungsleitung 22, die die Ausgangssignale der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung führt, liegt am Eingang eines Relais 23 an, das einen normal offenen Kontakt 24 besitzt und über diesem Kontakt über eine Selbsthalteverbindung 25 sich nach einmaligem Einschalten selbst hält Andererseits ist ein Verzögerungsrelais 26 mit einem normal offenen Kontakt 27 mit der Leitung 22 verbunden.

Die Verbindungsleitung 28 in Fig.2 führt das Ausgangssignal des Differenzierglieds 8 aus F i g. 1 und dieses Signal ist üb»r den normal offenen Kontakt 27 des Relais 26 mit einem zweiten Komparator 29 verbunden, der diesen Wert nach Einschalten mit einem an einem Potentiometer 30 einstellbaren zweiten

Ansprechwert für die Temperaturzunahme pro Zeiteinheit vergleicht. Der zweite Komparator 29 gibt, wenn das Verzögerungsrelais 26 angezogen hat und die Temperaturzunahme pro Zeiteinheit den zweiten Ansprechwert überschritten hat, ein Ausgangssignal, das durch ein ODER-Glied 31 ein Relais 33 erregt. Dadurch wird der normal offene Kontakt 35 dieses Relais geschlossen und der normal geschlossene Kontakt 34 geöffnet. Der Kontakt 34 führt zum Relaiskontakt 24 die Speisespannung für die an sich ι ο bekannte Stromstärkeregulierung für die Elektroden des Lichtbogenofens. Hier ist ein Servomotor 36 vorgesehen, der über ein Stellpotentiometer 37 eine Veränderung der Stromstärke der Elektroden bewirkt.

Gleichfalls am ODER-Glied und damit am Eingang ü des Relais 33 liegt über eine Verbindung 32 der Ausgang des dritten Komparators 21 an, der die eingestellte Maximaltemperatur überwacht.

Der normal offene Kontakt 35 befindet sich im Spannungs-Regelungskreis des Ofens, in dem ein weiterer Alarmsignalgeber 38 und eine Spannungs-Steuervorrichtung 39 enthalten ist, die auf den Ofentransformator 40 einwirkt.

Zusätzlich ist am Ausgang des ODER-Glieds 31 eine Sicherheitsvorrichtung angeschaltet, die über die -> Leitung 41 ein Zeitrelais 42 betätigen kann, das bei längerem Anliegen entweder des zweiten Ansprechwerts für die Temperaturzunahme pro Zeiteinheit oder des vom dritten Komparator abgegebenen Überwachungssignals für den Maximaltemperaturwert eine J" Unterbrechung des Hauptstromkreises 44 über den Kontakt 43 bewirkt.

Damit ist die folgende Arbeitsweise der automatischen Steuerung des Lichtbogenofens gegeben: Solange kein Ausgangssignal des in Fig. 1 gezeigten Steuerab- Ji Schnitts vorhanden ist, d. h. insbesondere solange die Temperaturzunahme pro Zeiteinheit unter dem ersten Ansprechwert nach Potentiometer 16 liegt, ist der Kontakt 24 geöffnet und die Stromregclungsvorrichtung 36, 37 außer Betrieb gesetzt. Auch erhält der -0 zweite Komparator 29 kein Signal, so daß die Kontakte 34 und 35 des Relais 33 die in F i g. 2 gezeigte Stellung einnehmen. Damit ist also auch der Spannungsregelkreis 39,40 ebenfalls nicht in Betrieb.

Sobald die Temperaturzunahme pro Zeiteinheit den ⁴^ durch das Potentiometer 16 eingestellten ersten Ansprechwert (nach der an dem Verzögerungsrelais 10 eingestellten Ansprechzeit) überschreitet und der Komparator 13 gleichzeitig ein Ausgangssignal liefert, wird die Verbindungsleitung 22 mit einem Signal beaufschlagt, das das Relais 23 zum Anziehen bringt. Dieses hält sich über den Kontakt 24 und die Zuleitung 25 selbst. Da hiermit die hintereinanderliegenden Kontakte 24 und 34 geschlossen sind, wird die Stromstärkeregelung des Ofens in Betrieb gesetzt, und der Servomotor 36 wirkt im Sinne einer Leistungsherabsetzung auf die Steuerung des Lichtbogens ein. Wenn nach einer durch das Zeitrelais 26 vorbestimmten Zeit die Temperaturzunahme pro Zeiteinheit über einem durch das Potentiometer 30 festgelegten zweiten Ansprechwert bleibt, ergibt sich ein Ausgangssignal des Komparators 29, und die Kontakte 34 und 35 werden durch das Relais 33 umgeschaltet. Der Kontakt 34 wird geöffnet und der Kontakt 35 geschlossen. Eine gleiche Reaktion erfolgt auch, wenn die Temperatur den am Potentiometer 20 festgelegten Maximalwert überschreitet, da dann der Komparator 21 ein Ausgangssignal über die Leitung 32 liefert, das ebenso wie das Ausgangssignal des Komparators 29 über das ODER-Glied 31 am Relais 33 anliegt. Es wird durch den Signalgeber 38 ein Alarmsignal ausgelost und die Spannungsregelung 39 des Ofens in Betrieb gesetzt.

Der zweite Ansprechwert am Potentiometer 30 wird niedriger als der durch das Potentiometer 16 eingestellte erste Ansprechwert festgelegt.

Zusammengefaßt kann also bei einem thermischen Zustand des Ofens, bei dem die Stromstärkenregelung in Betrieb ist. d. h. also wenn 24 und 34 geschlossen sind, der die Lichtbogenofenspeisung steuernde Servomotor 36 auf die Länge des Lichtbogens einwirken, indem er die Stromstärke pro Elektrode verändert, wodurch die Lichtbogenspannung verringert und die Temperaturzunahme pro Zeiteinheit herabgesetzt wird.

Auf diese Weise kann der durch das Potentiometer 16 bestimmte erste Ansprechwert der Temperaturzunahme pro Zeiteinheit so genau wie möglich eingehalten werden. Falls die Neigung der Temperaturkurve 2 trotz der Verstellung der Stromstärke der Elektroden den durch das Potentiometer 30 bestimmten zweiten Ansprechwert nach einer gewissen Zeit überschreitet (wobei während dieser Zeit das Zeitrelais 26 angezogen bleibt) oder wenn die Temperatur über der am Potentiometer 20 eingestellten Maximalgrenze liegt, wird über das ODER-Glied 31 an das Relais 33 ein Signal abgegeben, das eine Unterbrechung des Kontakts 34 und eine Schließung des Kontakts 35 bewirkt. Damit ist die Stromstärkenregelung des Ofens ausgeschaltet, das Alarmsignal 38 wird betätigt und die Ofenspannung automatisch über die Spannungsregelungseinrichtung 39, 40 abgesenkt. Damit ist also eine weitgehende Optimierung des Schmelzvorgangs im Ofen ermöglicht, da der kritische Wert der Temperaturzunahme pro Zeiteinheit so genau wie möglich eingehalten werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Leistungssteuerung eines Lichtbogenofens, bei dem kontinuierlich der Temperatur- \ erlauf an den Innenflächen des Ofens gemessen und die zugeführte Leistung abhängig von der Zunahme der Temperatur pro Zeiteinheit beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturzunahme pro Zeiteinheit ermittelt wird, nachdem die gemessene Temperatur ein Minimum erreicht hat, daß zur Verringerung des Temperaturanstiegs direkt auf die Elektrodenregelung im Sinne einer Verkleinerung des Speisestroms der Elektroden eingewirkt wird, sobald der Temperaturanstieg pro Zeiteinheit während einer vorgegebenen Zeitspanne einen vorgegebenen ersten Ansprechwert fiberschreitet und daß die an den Elektroden anliegende Spannung nur dann abgesenkt wird, wenn der Temperaturanstieg pro Zeiteinheit nach einer vorgegebenen Zeitspanne über einem zweiten, vorgegebenen Ansprechwert bleibt, der kleiner als der erste Ansprechwert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Elektroden anliegende Spannung abgesenkt wird, wenn die gemessene Temperatur nach einer vorbestimmten Zeit höher als ein vorgegebener Temperate«-grenzwert ist

3. Vorrichtung zur Temperatursteuerung eines Lichtbogenofens, der mit einer Meßsonde zur kontinuierlichen Überwachung des Temperaturverlaufs an der Ofeninnenfläche sowie mit einer Stromstärke- und einer Spannungsregelung für die Elektroden versehen ist, zui Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Temperatursigns führende Verbindungsleitung (3) über einen Meßverstärker (4) mit einem Minimalwertgeber (7) und mit einem Differenzverstärker (12) verbunden ist, an dessen anderem Eingang das Ausgangssignal des Minimalwertgebers (7) anliegt, daß die Verbindungsleitung (3) außerdem mit einem den Temperaturanstiegswert pro Zeiteinheit bildenden Differenzierglied (8) verbunden ist, dessen Ausgang zusammen mit einem Einstellpotentiometer (16) für den ersten Ansprechwert des Temperaturanstiegs an einem ersten Komparator (15) anliegt, daß die Ausgänge des Differenzverstärker (12) und des ersten Komparators (15) über ein UND-Glied (17) an einem Verzögerungsrelais (26, 27) anliegen, welches den Ausgang (28) des Differenzierglieds (8) an einen Eingang eines an seinem zweiten Eingang mit dem zweiten Ansprechwert (30) für den Temperaturanstieg beaufschlagten zweiten (Comparators (29) anlegt, und daß ein durch den Ausgang des zweiten !«Comparators (29) ansteuerbares Umschaltrelais (33, 34, 35) zur Umschaltung von Stromstärkeregelung (36,37) auf Spannungsregelung (39, 40) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Temperatursignal führende Verbindungsleitung (3) mit einem Eingang eines an seinem anderen Eingang mit einem Temperatur-Grenzwert (20) beaufschlagten dritten (Comparators (21) verbunden ist, dessen Ausgang (32) mit dem Ausgang des zweiten (Comparators (29) über ein ODER-Glied (31) zusammengeführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch

gekennzeichnet, daß ein durch den Ausgang des ODER-Glieds (31) angesteuertes, verzögertes Abschaltrelais (42,43) für den Hauptstromkreis (44) des Ofens vorgesehen ist