DE3219548A1

DE3219548A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln der elektrodenverstellung eines elektrolichtbogenofens

Info

Publication number: DE3219548A1
Application number: DE19823219548
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl.-Ing. 4130 Moers Gollbach; Hans-Günter Dr.-Ing. 4134 Rheinberg Kunze
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1982-05-25
Filing date: 1982-05-25
Publication date: 1983-12-01
Also published as: FR2527887A1; SE8302761L; SE8302761D0; FR2527887B1; ZA833724B; SE454933B

Description

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FRIED- KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

in Essen

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Elektrodenverstellung eines Elektrolichtbogenofens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln eines Wertes der Verstellung der Elektrode(n) eines Elektrolichtbogenofens, der fürt die Elektrodenregelung herangezogen wird/ und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens-

Unter Elektrodenregelung versteht man cH.i» Regelung der Leistung des Elektrolichtbogenofens, die iaeist als sogenannte Impedanzregelung ausgeführt ist. Beim Betrieb des Elektroofens wird dabei entsprechend vorgegebener Kennlinien, die von der jeweiligen Schmelze abhängen, während der einzelnen Schmelzphasen eine konstante Leistungszufuhr gewünscht, was ein entsprechendes Nachführen des Elektrodenstandes erfordert. Die an die Elektrodenregelung gestellten Ansprüche, die von den einzelnen Schmelzphasen abhängig sind, sind somit sehr unterschiedlich*

Eine Regelung dieser Art, die in der DE-AS 22 38 006 beschrieben ist, weist als Stellglied des Regelkreises eine hydraulische Einrichtung auf, die die Elektroden— nachführung durchführt. Bei derartigen Regelungen kann man beobachten, daß der eingestellte Arbeitspunkt häufig nicht eingehalten werden kann, was insbesondere auf die Trägheit des Stellgliedes zurückzuführen ist. Ferner

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hehindern auch Schwergängigkeiten in der Führung des jeweiligen Elektrodenmastes die Nachführung der Elektrode, so daß oft erst erhebliche Regelabweichungen auftreten, bevor das Stellglied die Elektrode bewegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen das Regelverhalten der Elektrodenregelung wesentlich verbessert wird. Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die mit dem neuen Verfahren ermittelten Werte der Verstellung sind die Verstellgeschwindigkeit der Elektrode und der Elektrodenstand. Durch die stetige Ermittlung eines solchen Wertes der Verstellung und seine Heranziehung für die Regelung wird ein exaktes Nachführen der Elektrode ermöglicht. Einfachere Verhältnisse ergeben sich, wenn der zu ermittelnde Wert proportional dem gemessenen Wert ist.

Besonders vorteilhaft ist es, den ermittelten Wert der Verstellung als Istwert für eine der Elektrodenregelung unterlagerten Regelung der Elektrodenverstellgeschwindigkeit heranzuziehen, wie sie bei elektromechanischen Elektroden -Verstelleinrichtungen bereits bekannt ist.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung, bei der der Leiter ein magnetischer Leiter ist und die Induktivität der Geberspule gemessen wird, hat den Vorteil einer sehr einfachen konstruktiven Verwirklichung. Dies gilt auch für eine weitere Variante des Verfahrens, bei der der Leiter ein elektrischer

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Leiter in Form einer Spule ist und die in ihn induzierte Spannung gemessen wird. Hierdurch wird darüber hinaus eine bessere Linearität, eine geringere Qu&rempfindlichkeit und eine hohe Meßspanne erzielt.

Dadurch, daß die mit Wechselstrom beschickte Geberspule ortsfest angeordnet und der Leiter bewegt wird, läßt sich gegenüber der selbstverständlich möglichen umgekehrten Anordnung eine einfachere Durchführung des Verfahrens erzielen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wie sie im Anspruch 7 wiedergegeben ist, zeichnet sich dadurch aus, daß ihr mechanischer Aufbau sehr einfach ist, wodurch sie sich zu niedrigen Kosten herstellen läßt. Von besonderem Vorteil ist ihre Robustheit und ünempfindlichkeit gegen Schmutz und die anderen hohen Belastungen, denen sie unter den rauhen Bedingungen des Stahlwerksbetriebes ausgesetzt ist.

Besonders vorteilhafte einfache Ausgestaltungen der vielen möglichen Varianten der neuen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 8 und 9 wiedergegeben.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach der Erfindung - in Form von Blockschaltbildern - und der zugehörigen Vorrichtung schematisch wiedergegeben. Es zeigen

Fig, 1 ein Blockschaltbild einer Meßanordnung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der wesentlichen Glieder einer Impedanzregelung,

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Fig.. 3 bis 5 drei verschiedene Ausfuhrungsformen

der Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung und ihre Anordnung am Elektrolichtbogenofen

Fig. 1 zeigt das Prinzip des neuen Verfahrens:

Ein Funktionsgenerator 1 speist . eine ortsfest angeordnete Geberspule 2, und zwar mit einer konstanten Wechselspannung, deren Frequenz zweckmäßig weit über der Netzfrequenz liegt. Als Leiter, der gleichzeitig mit der Verstellung einer der Elektroden des Elektroofens bewegt wird, dient eine Spule 3, die gegenüber der Geberspule 2 so angeordnet ist, daß sich bei ihrer Ortsveränderung die in sie induzierte Spannung ändert. Diese Spannung wird einem elektrischen Filter, einem sog. Hochpaß 4 zugeführt, um netzfrequence Störspannungen auszufiltern, wie sie im Regelfall vom Hochstromsystem des Lichtbogenofens induziert werden. Im nachgeschalteten Gleichrichter 5, dem zweckmäßig ein sogenannter Tiefpaß 6 zugeschaltet wird, wird aus der Wechselspannung eine Gleichspannung u, erzeugt, die dem ülektrodenstand proportional ist, und einem Anzeigegerät zugeleitet wird. Parallel dazu ist ein Differenzierglied 7 geschaltet, das eine Spannung u erzeugt, üle der Verstellgeschwindigkeit des Elektrodenmastes und damit auch der Elektrode proportional ist.

Die Spannung u als ermittelter Wert der Verstellung kann mit Vorteil als Istwert für eine der Elektrodenregelung unterlagerten Regelung der Elektrodenverstellgeschwindigkeit herangezogen werden. Flg. 2 zeigt, wie dies bei einer derartigen Regelung, die als Impedanzregelung ausgeführt ist, durchgeführt werden kann:

Eine dem Elektrodenstrom proportionale Spannung i wird mit einer der Elektrodenspannung proportionalen Spannung u, die noch mit einem Sollwert θζ multipliziert wird,- im Punkt 8 verglichen und einem Proportionalregler 9 zugeführt, der eine Regelabweichung χ ausgibt. Bevor χ in einen nachgeschalteten unterlagerten Geschwindigkeitsregler 10 als Führungsgröße eingegeben wird, wird sie mit dem Istwert der Spannung u verglichen (Punkt 11). Als Geschwindigkeitsregler 10 wird zweckmäßig ein Proportionalintegral-Regler verwendet. Sein Ausgang ist mit einem Schalter 12 verbunden, der eine Umschaltung von Regelauf Handbetrieb im Bedarfsfall ermöglicht. Im Regelbetrieb wird die Regelabweichung χ als Signal einem Leistungsverstärker 13 zugeführt, der einen proportionalen Strom an die Spule 14 eines nicht dargestellten elektrisch betätigten hydraulischen Stellventils abgibt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung der Geberspule 2, die einen mit einem Luftspalt 15 versehenen ringförmigen Kern 16 aufweist. Die Enden der Spulenwicklung 17 sind an den Funktionsgenerator 1 (Fig. 1) angeschlossen. Durch das auf diese Weise im Luftspalt 15 erzeugte Magnetfeld wird die Spule 3 bewegt, die langgestreckt ausgebildet ist und deren Winäungspaket IS Trapezform hat. Dieses Windungspaket ist um die Schmalseiten eines ebenfalls trapezförmigen langgestreckten Halters 19, der aus einem nichtleitenden Material besteht, herumgelegt. Die in die Spule 3 induzierte Spannung, die sich infolge der Relativbewegung zwischen der Geberspule 2 und der Spule 3 ändert, wird dann beispielsweise einem Hochpaß zugeführt, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschrieben.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist gegenüber dem nach Fig. 3 ein keilförmiger langgestreckter magnetischer, z.B. aus Stahl bestehender Leiter 20 ortsfest angeordnet. Zusammen mit einer Spule 2', die im übrigen wie die Spule 2 aufgebaut ist, ergibt sich ein Aufbau der Vorrichtung, welcher dem nach Fig. 3 entspricht. Dabei ist die Spule 3 gegen den Leiter 2O ausgetauscht worden. Bei der Relativbewegung zwischen Spule 2' und Leiter 2O wird die Induktivität der Geberspule verändert und als fortlaufend gemessener Wert, der dem zu ermittelnden Wert proportional ist, von ihr abgenommen.

Fig. 5 zeigt einen magnetischen Leiter 21, der sich nicht wie der Leiter 2O keilförmig verjüngt, sondern im Querschnitt über seine Länge gleichbleibt. Durch eine leicht schräge Anordnung zur Achse 22 der Spule 2' wird bei der Relativbewegung die Eintauchtiefe des Leiters 21 in den Luftspalt 15 verändert, was über eine Änderung des magnetischen Flusses eine Änderung der Induktivität der Spule 2" bewirkt.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, wie ein als Spule 3^! ausgebildeter Leiter an einem Elektrodenhubzylinder 23 eines Elektrolichtbogenofens 24 angeordnet ist. Die an einer Halterung 25 ortsfest angeordnete Spule 2 erstreckt sich in waagerechter Richtung, wobei ihr Luftspalt 15 dem Elektroden-Hub?:ylinder zugewandt ist. In dem Luftspalt 15 befinden sich ständig zwei Stränge einer V-förmigen Spule 3', die an ihren beiden Enden jeweils über Isolierkörper 26, 27 etwa an den beiden Enden des Eiektroden-Hubzylinders 23 isoliert festgespannt sind. Dabei ist am

•unteren Ende der Spule 3' der hier zusammenlaufende Spulendraht über den Isolierkörper 26 umgelenkt, während am oberen Ende am jeweiligen Drahtende ein flexibler Anschluß 28 zur Abnahme der induzierten Spannung angeschlossen ist. Wenn sich der über
einen -Tragarm 29 die Elektrode 3O verstellende
Elektroden-Hubzylinder 23 gegenüber seinem ortsfest mit dem Hüttenflur 3', verbundenen Kolben 32 nach oben bewegt, so ändert sich im Luftspalt 15 der Abstand der beiden Stränge der Spule 3' voneinander ständig und damit der von den Anschlüssen 2S fortlaufend abgenommene Spannungs-Wert. Diese Ausführungsform der Spule ist besonders einfach
und unempfindlich, trotzdem sind die mit ihr erzielten Werte mindestens ebenso genau wie bei Anwendung der Ausführung nach Fig. 3.

Das Verfahren nach der Erfindung und die zugehörige Vorrichtung lassen sich außer für die Impedanzregelung auch für praktisch alle anderen bekannten Elektrodenregelungen einsetzen, insbesondere auch für die sogenannte Lichtbogenspannungsregelung.

Claims

Patentansprüche

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Verfahren zum Ermitteln eines Wertes der Verstellung der Elektrode(n) eines Elektrolichtbogenofens, der für die Elektrodenregelung herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Verstellung der Elektrode(n) ein Leiter in der Weise relativ zu einer mit Wechselstrom beschickten Geberspuj.^ bewegt wird, daß sich zumindest ein elektrischer Wert des Systems stetig ändert, und daß dieser fortlaufend gemessene Wert als Maß für den zu ermittelnden Wert der Verstellung herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Wert jeweils proportional zu dem zu ermittelnden Wert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-

. kennzeichnet, daß der ermittelte Wert der Verstellung als Istwert für eine der Elektrodenregelung unterlagerten Regelung der Elektroden-Verstellgeschwindigkeit herangezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder .?., dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter ein magnetischer Leiter ist und die Induktivität der Geberspule gemessen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch

gekennzeichnet, daß der Leiter ein elektrischer Leiter in Form einer Spule ist und die in ihn induzierte Spannung gemessen wird.

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6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ani Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit

Wechselstrom beschickte Geberspule ortsfest - angeordnet und der Leiter bewegt wird.

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7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem ""er vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Wechselspannung beschickte Geberspule (2) einen mit

_h eineiä Spalt (15) versehenen Kern (16) aufweist,

I 10 und vier Leiter langgestreckt, ausgebildet und

H in seiner Längsrichtung im wesentlichen para.llel

L· zur Achse einer zugeordneten Elektrode in dem

% Spalt (15) führbar so angeordnet ist, daß die

_;. . von dem Leiter bedeckte Querschnj ttsf lache des

15 Spalts stetig veränderbar ist.

\
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn

zeichnet, daß der Leiter in der Ebene der Querschnittsfläche des Spalts (15) keilförmig ausgebildet ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter an einem Kalte™= element einer zugeordneten Elektrode, insbesondere einem Elektroden-Hubzylinder (23) ange-

25 ordnet ist.