DE3512189C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Lichtbogenöfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Lichtbogenöfen mit verstellbarer Transformator­ spannung und verstellbaren Elektrodenhöhenständen und mit einer auf die Elektrodenverstellung unmittel­ bar einwirkenden Lichtbogenspannungsregelung.

Ein Lichtbogenofen verfügt über zwei Stellgrößen:
Die Transformatorspannung oder Ofenspannung, die mit Hilfe eines Stufenschalters am Transformator einstell­ bar ist und die Höhenlage des Tragarmes, d. h. den Höhenstand der Elektrodenspitze über dem Bad (Schrott), der für die sich einstellende Lichtbogenlänge be­ stimmend ist.

Sieht man von Unsymmetrien und ihrem möglichen Aus­ gleich durch unterschiedliche Stellwerte in den drei Phasen ab, dann lassen sich mit zwei Stellglie­ dern auch nur zwei Betriebsgrößen unabhängig vonein­ ander einstellen. Für den praktischen Ofenbetrieb interessante Stellgrößen können sein: Die Lichtbogen­ länge, die näherungsweise der Lichtbogenspannung proportional ist, der Lichtbogenstrom, die Licht­ bogenleistung oder eine für den Zustellverschleiß maßgebliche Kenngröße aus Lichtbogenstrom und Licht­ bogenspannung. Die Ofenspannung (Transformatorspannung) kann hingegen nur als Stellgröße und nicht als Regel­ größe verwendet werden, da die Ofenspannung nur als Hilfsgröße für die Durchführung des Ofenprozesses dienen kann.

In der Praxis wird häufig die Ofenspannung und damit die Transformatoreinstellung von der Prozeßführung vorgegeben. In diesen Fällen besteht nur noch ein Freiheitsgrad über die Elektrodenhöhenstandsein­ stellung, d. h. über die Lichtbogenlänge und Licht­ bogenspannung. Zu diesen Einstellung (Elektrodenrege­ lung) wird vorwiegend die sogenannte Impedanzregelung verwendet, d. h., daß für jede Elektrode der Quotient der zwischen Hochstrombahn und Badsternpunkt ge­ messenen Spannung mit dem Strom der betreffenden Hochstrombahn gebildet wird. Dieser Meßwert ist dann die Istgröße der Impedanzregelung. Abgesehen davon, daß diese Regelungsart nur bei nicht zu großen Ab­ weichungen aus Normalbetriebszuständen in der Tendenz richtig auf den Elektrodenhöhenstand einwirkt, hat sie doch den Nachteil, daß die Impedanz kein zuver­ lässiges Maß für die Lichtbogenlängen ist.

Aus der DE-AS 11 59 112 ist auch eine Leistungsrege­ lung bekannt, bei der die maximale Lichtbogenleistung ergebende Lichtbogenlänge dadurch gefunden werden soll, daß der Kuppenwert der zu messenden Lichtbogenspannung in einem bestimmten Verhältnis zur Netzspannung steht. Schon die in der genannten Schrift beschriebene un­ sichere Meßwerterfassung führt dazu, daß die der betreffenden Anmeldung zugrundeliegende Aufgabe nicht oder nur unvollständig gelöst wird.

Schließlich ist aus der DE-AS 24 40 960 eine Ver­ schleißgrößenregelung eines Lichtbogenofens bekannt, bei der die aus einer Messung gewonnene Lichtbogen­ spannung (Istwert) und ein aus einem Sollwert des Lichtbogenwiderstandes und dem Lichtbogenstrom mittels eines Multiplikators gebildeter Wert der Lichtbogenspannung als Sollwert einem Lichtbogen­ spannungsregler zugeführt werden und dem eine den Zustellungsverschleißkoeffizienten in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung und dem Lichtbogenstrom ermittelnde Einrichtung überlagert ist, deren Aus­ gangssignal einen Zusatzsollwert für den Lichtbogen­ spannungsregler bildet.

Abgesehen von den zum Teil mit erheblichen Nachteilen behafteten Regelungsvorschlägen gibt es nach dem Stand der Technik keine eindeutige Lehre für ein Verfahren zur Regelung von Lichtbogenöfen, das be­ sagt, welche Regelgrößen bei den entsprechenden Be­ triebszuständen des Lichtbogenofens und den gegebenen Vorgaben verwendet werden sollen

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Regelung von Lichtbogenöfen anzugeben, das eine exakte wirtschaftliche und technisch ohne großen Aufwand realisierbare Einstellung der Lichtbogen­ spannung und der Elektrodenhöhenstandsstellung er­ möglicht, und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst. Danach sollen jeweils maximal zwei der frei wählbaren Regelgrößen Lichtbogen­ spannung, Lichtbogenstrom, Lichtbogenleistung und Verschleißgröße auf die beiden Stellglieder Trans­ formatorspannung und Elektrodenverstellung einwirken. Die Ofenspannung kann lediglich als Stellgröße der Transformatorspannung dienen. Dabei soll die Licht­ bogenleistungsregelung stets auf das Stellglied Transformatorspannung, eine Verschleißgrößenregelung stets auf das Stellglied Elektrodenhöhenstand und eine Stromregelung auf das verbleibende Stellglied einwirken. Bei fest eingestellter Transformatorspan­ nung werden entweder die Bogenspannung oder der Strom (oder der Verschleiß, wie oben erwähnt) über die Licht­ bogenlänge eingeregelt. Bei über die Lichtbogenlänge eingestellter Bogenspannung wird der Strom (oder die Leistung) über die Transformatorspannung eingestellt.

Nach der gegebenen technischen Lehre bieten sich also acht Kombinationen an: Drei Kombinationen, bei denen die Trafospannung fest eingestellt ist und die Bogenspannung, der Strom oder der Verschleiß über die Lichtbogenlänge eingestellt wird; zwei Kombinationen, bei denen die Bogenspannung über die Lichtbogenlänge und über die Trafospannung entweder der Strom oder die Leistung eingestellt werden. Bei der Kombination Lichtbogenstrom-Leistung wird der Strom über die Lichtbogenlänge eingestellt und die Leistung über die Trafospannung. Kombiniert man den Lichtbogenstrom mit der Verschleißgröße, so wird der Verschleiß über die Lichtbogenlänge eingestellt, der Strom über die Trafospannung. Schließlich ist es in einer letzten Kombination auch möglich, den Verschleiß über die Lichtbogenlänge und die Leistung über die Transformatorspannung einzustellen. Die Kombination Leistung mit Ofenspannung (Transformator­ spannung) und Verschleiß mit Bogenspannung sind aus­ zuschließen. Die Zuordnungen bzw. Ausschlüsse der genannten Regelanordnung begründen sich wie folgt:
Die Lichtbogenleistung ist der zeitliche Mittelwert des Produktes aus Lichtbogenspannung und Lichtbogen­ strom, die aus Messungen gewonnen werden können. Eine Lichtbogenleistungsregelung, die unmittelbar auf die Elektrodenverstellung wirken würde, wäre zwangsläufig instabil und scheidet daher ohnehin aus. Eine Lichtbogenleistungsregelung, die der Lichtbogen­ spannungsregelung als Führungsgröße dient, ist in der Wirkungsrichtung nicht eindeutig, wie das Kreis­ diagramm für den Lichtbogenofen ergibt. So gibt es für ein und dieselbe Lichtbogenleistung mehrere Betriebszustände, bei denen die Forderung nach höherer Lichtbogenleistung in bestimmten Fällen zu einer Verkürzung des Lichtbogens, in anderen Fällen hin­ gegen zu einer Verlängerung des Lichtbogens führen müßte. Eine der Lichtbogenspannungsregelung über­ lagerte Leistungsregelung bedürfte daher zusätzlicher Rechenschaltungen, um die richtige Führungsgröße für den Lichtbogenspannungsregelkreis liefern zu können. Aus diesem Grund ist die Kombination Leistung mit Ofenspannung ausgeschlossen.

Wirkt die Leistungsregelung jedoch auf das Stellglied Transformatorspannung (Ofenspannung) dann ist die Wirkungsrichtung eindeutig, so daß für eine Leistungs­ regelung nur eine Einwirkung auf die Transformator­ spannung vorzusehen ist. Gleichgültig, ob eine Strom­ regelung oder eine Lichtbogenspannungsregelung auf die Elektrodenregelung wirkt, eine Erhöhung der Trans­ formatorspannung bewirkt eine Vergrößerung der Licht­ bogenleistung und umgekehrt. Es ist daher zweckmäßig, die Lichtbogenleistungsregelung über die Stellgröße Transformatorspannung wirken zu lassen und die zweite zu regelnde Größe, nämlich die Bogenspannung oder den Strom oder den Verschleiß, über die Elektrodenregelung.

Darüber hinaus hat sich folgendes gezeigt. Während eine Impedanzregelung, also die Regelung auf den Quotienten Lichtbogenspannung und Lichtbogenstrom, gegenüber einer reinen Stromregelung eine verbesserte Entkopplung zwischen den drei Regelkreisen der drei Elektrodenregelungen bringt, würde eine auf die Elek­ trodenregelung wirkende Leistungsregelung das Gegen­ teil bewirken. Ohne zusätzliche Maßnahmen würde die Leistungsregelung wegen der auftretenden Kopplung zwischen den drei Regelkreisen instabil werden können.

Auch aus diesem Grund empfiehlt es sich, die Leistungs­ regelung auf die Stellgröße Transformatorspannung wirken zu lassen.

Es hat sich auch gezeigt, daß die Lichtbogenlänge einen wesentlich größeren Einfluß auf den Zustell­ verschleiß hat als der Lichtbogenstrom. Dies ist da­ durch zu erklären, daß ein langer Lichtbogen mehr Strahlungsfläche gegenüber der Ofenzustellung bietet, insbesondere wenn der obere Teil der Lichtbogenlänge nicht mehr von der Schlacke abgeschattet wird. Außer­ dem entwickelt ein langer Lichtbogen eine intensivere Gasströmung, die aufgrund der sich einstellenden Schräglage des Lichtbogens von der Badoberfläche auf die Ofenwand (Zustellung) abgelenkt wird. Die Ver­ schleißgröße kann also vorzugsweise über die Licht­ bogenlänge, d. h. über die Lichtbogenspannung, beein­ flußt werden. Deshalb ist für die Regelgröße Zustel­ lungsverschleiß ausschließlich eine Einwirkung auf die Elektrodenregelung, d. h. auf die Führungsgröße für die Lichtbogenspannungsregelung vorzusehen. Wegen der starken Abhängigkeit der Verschleißgröße von der Lichtbogenlänge (Lichtbogenspannung) ist jedoch eine Kombination der Regelgrößen Verschleiß und Lichtbogenspannung auszuschließen.

Die Stromregelung muß stets auf die jeweils verblei­ bende Stellgröße einwirken, d. h. bei vorgegebener Transformatorspannung (Ofenspannung) müssen die Strom­ regelungen in die Elektrodenregelungen eingreifen, d. h., sie müssen die Sollwerte der Lichtbogenspannung zur Führungsgröße machen. Der Stromregelkreis ist dem Lichtbogen-Spannungsregelkreis zu überlagern. Wie dem Kreisdiagramm für den Lichtbogenofen mit linearen ohmschen Lichtbogenwiderstand zu entnehmen ist, wach­ sen die Stromstärken und der Phasenwinkel mit Ver­ kürzung des Lichtbogens stetig an. Eine Abweichung des Stromes vom Sollwert gibt also im gesamten Be­ reich zwischen unterbrochenem Lichtbogen und Kurz­ schluß mit dem Bad über das Vorzeichen der Abweichung eine eindeutige Anweisung, in welcher Richtung die Elektrode verstellt werden muß. Anheben bei zu großem Strom und Absenken bei zu kleinem Strom. Die nicht lineare Abhängigkeit des Stromes von der Lichtbogen­ länge hat keinen Nachteil, da für eine besonders schnelle Stromregelung kein zwingendes Bedürfnis be­ steht. Der harte Stromanstieg beim Berühren des Bades einer stromlos absenkenden Elektrode wird in schnellst­ möglicher Weise von der Lichtbogenspannungsregelung erfaßt und ausgeregelt.

Gibt man Strom und Leistung als Sollwerte vor, so wirkt, wie oben beschrieben, in diesem Falle der Strom auf die Elektrodenregelung ein, in dem der Stromregler die Führungsgröße für den Lichtbogen­ spannungsregler bildet. Der Leistungsregler würde die Führungsgröße für den zweiten Stromregler abgeben, der seinerseits auf den Stufenschalter des Transfor­ mators einwirkt und damit die Transformatorspannung ändert.

Normalerweise wird der Betreiber eines Ofens bestrebt sein, unter Ausnutzung einer für den Transformator und die Elektroden sinnvollen Stromgrenze die ge­ wünschte Lichtbogenleistung in den Ofen einzubringen. Bei kleinerem Leistungsbedarf wird er also bestrebt sein, dies durch einen kürzeren Lichtbogen zu errei­ chen, solange nicht Badbewegungen so große und so schnelle Lichtbogenlängenänderungen verursachen, daß die vertikal bewegten trägen Massen nicht mehr mit der gewünschten Schnelligkeit folgen können. Kurze Lichtbögen bringen die bekannten Vorteile intensiver Wärmeübertragung auf das Bad und geringerer Verschleiß­ wirkung auf die Zustellung.

Bei Verringerung der Lichtbogenleistung und Beibehal­ ten des Stromes müssen sowohl die Elektrodenregelung als auch die Regelung der Transformatorspannung tätig werden, und zwar muß der Lichtbogen verkürzt werden und die dadurch hervorgerufene Stromsteigerung über eine Absenkung der Ofenspannung wieder ausgeglichen werden
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Stellglied Transformatorspannung stets von einem Stromregelkreis angesteuert, dem im Fall einer Lei­ stungsregelung ein Leistungsregelkreis überlagert ist. Der dem Stromregler überlagerte Leistungsregler liefert dann die Führungsgröße für den Stromregler. Auf die Elektrodenverstellung wirkt in allen Fällen unmittelbar nur der Lichtbogenspannungsregler ein. Desgleichen löst die in den Ansprüchen 4 bis 8 be­ schriebene Vorrichtung den betreffenden obengenannten Aufgabenteil. Insbesondere weist diese Vorrichtung, bedingt durch die vorbeschriebene Verfahrenslehre, zwei getrennte Stromregler, von denen der eine mit dem Transformator und der andere mit dem Spannungs­ bildner für den Elektrodenhubantrieb verbunden ist, auf. Der mit dem Transformator verbundene Stromregler ist ggf. mit einem Leistungsregler verbindbar, wobei der Leistungsregler dem Stromregler überlagert ist und dessen Führungsgröße liefert.

Somit ergibt sich für den zweckmäßigerweise verwen­ deten Stufenschalterantrieb des Transformators ent­ weder die Möglichkeit, die Transformatorspannung di­ rekt über eine Sollwertvorgabe zuzuführen oder über den Stufenschalter mittels des genannten Stromreglers, dem ggf. ein Leistungsregler überlagert ist, einzu­ stellen. Der Hubantrieb wird über einen Spannungs­ regler betätigt, wobei die betreffende Steuerspannung entweder aus einem Stromregler oder aus einem Ver­ schleißregler oder direkt als vorgegebene Sollgröße geliefert wird.

Sowohl der Stufenschalterantrieb des Transformators als auch der Spannungsregler können ihre Vorgaben (Stellgrößen) aus einem Bedienungsfeld erhalten, in dem die betreffenden Werte von Hand oder mit einer Programmeingabe eingegeben werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Regelungsvor­ schrift nach dein erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 2 eine Regelvorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Bedienungsfeldes für eine Ofenanlage mit Meßsystem.

In Fig. 1 ist dargestellt, wie die zwei auszuwählenden Regelgrößen wirken müssen, um einen stabilen Ofenbe­ trieb zu erreichen. Eine Regelgröße Ofenspannung muß selbstverständlich unabhängig von den Vorgaben in der ersten Spalte stets auf das Stellglied Transformator­ spannung 15 einwirken, da beide nahezu gleich groß sind (Regelgröße Ofenspannung jeweils mit 11 gekennzeichnet). Die Regelgröße Lichtbogenspannung 12 muß entsprechend stets auf die Elektrodenregelung 13 einwirken, da Lichtbogenlange und Lichtbogenspannung weitgehend einander proportional sind. Wie Fig. 1 zeigt, soll eine Leistungsregelung 14 stets auf das Stellglied Transformatorspannung 15 wirken, während eine Rege­ lung auf Verschleißgröße 16, die aus dem Produkt des Quadrats der Lichtbogenofenspannung und dem Lichtbogen­ strom gebildet wird, stets auf die Elektrodenregelung 13 wirken soll. Ist als zweite Regelgröße eine Rege­ lung auf den Lichtbogenstrom 17 vorgesehen, dann muß die Stromregelung stets auf die noch freie Stellgröße einwirken, also entweder auf die Stellgröße Transfor­ matorspannung 15 einwirken oder als überlagerte Regel­ größe die Führungsgröße für den Lichtbogenspannungs­ regelkreis abgeben. Die Kombinationen Leistung mit Transformatorspannung und Verschleiß mit Bogenspannung sind auszuschließen, weshalb die betreffenden Felder nicht bezeichnet sind.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung besteht im einzelnen aus einer Ofenanlage 18 und einer Meßein­ richtung 10. Die Ofenanlage 18 besteht im wesentlichen aus einem Transformator 3 mit Stufenschalterantrieb 23, worüber die Spannung zwischen den Elektroden 19 und dem Bad 20 geliefert wird. Die Meßgrößen Strom i_B, Spannung u_B, Verschleiß u_B²·i_B und Leistung p_B werden von der Meßeinrichtung aus dem Differentialquotienten di_B/dt und der Spannung, d. h. aus der zeitlichen Ableitung des Elektrodenstroms und der Elektrodenspannung, ge­ wonnen. Die Elektrodenhöhenstandsregelung wird über einen Elektrodenhubantrieb 9 durchgeführt.

Zentraler Bestandteil der Regelvorrichtung 21 ist das zentrale Bedienungsfeld 8, worüber alle Sollwerte für den Elektrodenstrom, die Elektrodenspannung, die Elek­ trodenleistung und den Verschleißkoeffizienten abge­ geben werden.

Die genannten Sollgrößen sind jeweils mit einem * gekennzeichnet. Das Bedienungsfeld ist demnach mit den jeweiligen Reglern, im einzelnen den Strom­ reglern 1 und 2, dem Leistungsregler 6 und dein Ver­ schleißregler 5 direkt zur Abgabe der betreffenden Sollwerte verbunden. Die genannten Regler 1, 2, 4, 5 und 6 sind ferner zur Aufnahme der betreffenden ge­ messenen Istgrößen mit der Meßeinrichtung 10 verbun­ den. Ferner besitzt das Bedienungsfeld 8 auch noch eine direkte Verbindung mit dem Stufenschalterantrieb 23 und über den Sollwertbildner 22 eine Verbindung mit dem Spannungsregler 4 für den Elektrodenhubantrieb 9, mit dem dieser unmittelbar verbunden ist. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung sieht außerdem vor, die im Spannungsbildner 22 zu erzeugende Spannung in Abhän­ gigkeit vom gemessenen Elektrodenstrom i_B zu bilden, wozu der Spannungsbildner 22 direkt mit der Meßein­ richtung 10 als auch mit dem Bedienungsfeld 8, aus dem es jeweils gespeist wird, als auch mit dem Spannungsregler 4 verbunden ist. Ebenso ist eine direkte Steuerung des Bedienungsfeldes 8 durch eine mit ihr verbundene Programmeingabe 7 vorgesehen. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung sieht vor, daß über einen Schalter 24 wahlweise der Stufenschalterantrieb 23 direkt mit dem i_B-Regler 1 verbunden werden kann oder mit dem p_B-Regler so verbunden werden kann, daß der p_B-Regler dem i_B-Regler überlagert ist und die Führungsgröße für den Stromregler 1 liefert. Dement­ sprechend kann der Stufenschalterantrieb 23 über Schalter 25 wahlweise mit dem Stromregler 1 oder un­ mittelbar mit dem Bedienungsfeld 8 verbunden werden.

Schaltmöglichkeiten für den Elektrodenhubantrieb 9 sind ebenfalls dergestalt vorgesehen, daß dieser über den Spannungsregler 4 jeweils seinen Sollwert U_st unmittelbar vom Bedienungsfeld oder vom Strom­ regler 2 oder vom Verschleißregler 5 erhält. Hierzu ist ein Schalter 26 vorgesehen.

Die zuvor beschriebene Anlage arbeitet folgender­ maßen. Das Bedienungsfeld 8 liefert die Sollwerte für die Regelgrößen, die entweder durch Handein­ stellung am Bedienungsfeld oder von der Programmein­ gabe 7 her vorgegeben werden. Die Programmeingabe 7 kann entweder von einem Festprogramm oder von einem Rechner kommen.

Der Elektrodenhubantrieb 9 wird stets über den Span­ nungsbildner 4 ausgesteuert. Nach oben Gesagtem können die Regler 2 und 5, der Stromregler und der Verschleiß­ größenregler, nur als überlagerte Regelkreise des Spannungsreglers 4 wirken. Beide geben die Führungs­ größe für den Spannungsregler 4 an diesen weiter.

Der Stufenschalterantrieb 23 für den Ofentransforma­ tor 3 wird entweder direkt vom Bedienungsfeld durch Handeingabe oder von der Programmeingabe 7 über U_Tr angesteuert. Soll die Transformatorspannung geregelt werden, so erfolgt die Ansteuerung dagegen über den Stromregler 1, dem im Falle einer gewünschten Lei­ stungsregelung der Leistungsregler 6 überlagert ist.

Die gesamte Darstellung bezieht sich auf eine der drei Phasen des Drehstromsystems des Lichtbogenofens. Dies besagt aber nicht, daß für alle drei Phasen ge­ trennte Sollwertvorgaben zwingend vorzunehmen sind. Die Entscheidung, ob getrennte oder gemeinsame Soll­ wertvorgaben vorzusehen sind, wird weitgehend davon abhängen, ob der Ofentransformator eine unsymmetri­ sche Einstellung der Transformatorspannungen ge­ stattet oder nicht. Gegebenenfalls wird eine Symme­ trierung der drei Phasen auf den Stromregler 1 für den Stufenschalterantrieb 23 anzuwenden sein. Da der Leistungsregler 6 nur in einem dem Stromregler 1 überlagerten Regelkreis auftreten kann, würde eine entsprechende Symmetrierung auch im Falle einer Leistungsregelung vorgenommen werden. Insbesondere für den Leistungsregler wird es zweckmäßig sein, nur die Gesamtleistung der Ofenanlage zu erfassen und im Falle eines unsymmetrisch einstellbaren Ofentrans­ formators 3 den Stromsollwert nur für die Führungs­ phase vorzugeben, für die anderen Phasen wird dann die Einregelung des Stromes indirekt über eine Symme­ trieeinrichtung erfolgen. Für den Fall eines nicht unsymmetrisch einstellbaren Ofentransformators müssen entweder Unsymmetrien der Ströme oder der Bogenspan­ nungen oder beider in Kauf genommen werden. Auch in diesem Falle ist es zweckmäßig, vom Leistungsregler den Stromsollwert nur für eine Phase vorgeben zu las­ sen. Diese Phase bestimmt dann die sich einstellende Transformatorstufe, bei z. B. vorgegebenen gleichen Bogenspannungen in allen drei Phasen ergeben sich dann zwangsläufig die Ströme in den beiden anderen Phasen.

Im in Fig. 3 dargestellten Bedienungsfeld 8 sind in der obersten Reihe die Wahltasten 27 bis 33 angeordnet, mit denen die gewünschte Kombination der Regelgrößen untereinander bzw. zwischen Regelgröße und Stellgröße angewählt werden kann. Wahltaste 29 ist für die rech­ nergesteuerte Regelung vorgesehen. Die Wahltastenfel­ der leuchten bei Betätigung auf und zeigen damit deutlich die gewählten Größen an. Gleichzeitig wird der Überwachung 53 gemeldet, daß die entsprechende Taste gedrückt wurde. Damit wird eine eventuelle Fehlbedienung erkannt und über Anzeigen 35 angezeigt.

In der zweiten Reihe sind die Schalter 36 bis 39 für die Sollwertvorgaben für die Größen Lichtbogenspannung, Lichtbogenstrom, Lichtbogenleistung und Verschleiß angebracht. Um Irrtümer zu verhindern, ist für jeden der vier möglichen Sollwerte ein eigener Codierschalter vorgesehen. In der dritten Reihe werden die eingestellten Sollwerte auf LED oder LCD-7 Segmentanzeigen 40 bis 43 angezeigt. Der Trafospannungssollwert wird über Anzeige 44 angezeigt. In der vierten Zeile werden die Ist­ werte zur Anzeige gebracht. Hierzu dienen ent­ sprechende LED oder LCD-7 Segmentanzeigen 45 bis 59. Da sowohl die Soll- als auch die Istwerte angezeigt werden, ist auch bei rechnergesteuertem Betrieb je­ derzeit eine Kontrolle möglich. Im Feld 50 sind die Steller 51 und 52 für die Trafospannung und die Elek­ trodengeschwindigkeit bei Handbetrieb angeordnet. Der Trafo kann über den Stufenschalterantrieb 23 in bestimmten Stufen geschaltet werden; die Elektroden­ verstellung ist gewünschtermaßen stufenlos. Das Feld 53 dient der Überwachung. Wie bereits oben erwähnt, werden die Fehlbedienung sowie das Nichterreichen der geforderten Sollwerte und ähnliche Größen über Anzeigen 35 angezeigt.

Das Bedienungsfeld wird wie folgt bedient. Wird die Programmtaste 29 gedrückt, dann werden zwei Sollwerte einem externen Programm entnommen, dessen Daten über die Programmeingabe 7 in das Bedienungsfeld 8 ein­ laufen. In allen anderen Fällen müssen zwei der üb­ rigen sechs Tasten in der oberen Zeile des Bedienungs­ feldes gedrückt werden. Z.B. entspräche es einer gän­ gigen Handhabung, die Trafospannung von Hand einzu­ stellen, d. h. die linke Taste 27 zu drücken und den Steller 51 zu bedienen und durch Drücken der Wahl­ taste 31 auf den darunter einstellbaren Sollwert ein­ regeln zu lassen. Im Falle dieser Kombination würde die Stromregelung automatisch auf das Stellglied Elek­ trodenverstellung einwirken. Das Eintasten von Kombi­ nationen, die nach Fig. 1 nicht zugelassen sind, würde automatisch zum Aufleuchten der Anzeige 35 "Fehlbedienung" im Beobachtungsfeld 53 führen. Im übrigen ist es aber dem Bedienungspersonal des Lichtbogenofens zu überlassen, welche Zweierkombi­ nation unter den sechs Tasten angewählt wird. Eine sinnvolle Kombination könnte z. B. auch die Vorgabe der Sollwerte von Strom und Leistung sein. Wie be­ reits oben beschrieben, würde in diesem Falle der Strom auf die Elektrodenregelung wirken, in dem der Stromregler die Führungsgröße für den Lichtbogen­ spannungsregler bildet. Der Leistungsregler würde die Führungsgröße für den zweiten Stromregler ab­ geben, der seinerseits auf den Stufenschalter des Transformators einwirkt und damit die Transformator­ spannung ändert. Die auf dein Bedienungsfeld einstell­ baren Sollwerte sind in Fig. 2 mit einem * gekenn­ zeichnet.

Claims (10)

1. Verfahren zur Regelung von Lichtbogenöfen mit verstellbarer Transformatorspannung und verstellbaren Elektrodenhöhenständen und mit je einer auf die Elektrodenverstellung unmittelbar einwirkenden Lichtbogenspannungsregelung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellgrößen

• - Transformatorspannung (11), die weitgehend mit der Ofenspannung übereinstimmt, und
• - die Verstellung der Elektrodenhöhe

und die Regelgrößen

• - Lichtbogenspannung (12)
• - Lichtbogenstrom (17)
• - Lichtbogenleistung (14) und
• - Verschleißgröße (16), ermittelt aus Lichtbogenspannung (u_B) und Lichtbogenstrom (i_B) in der kombinierten Größe u_B²×i_B,

in folgender Weise verknüpft werden:

• a) bei Regelung der Ofenspannung in Verbindung mit der Lichtbogenspannung oder dem Lichtbogenstrom oder der aus Spannung und Strom kombinierten Verschleißgröße wird die Ofenspannung über die Transformatorenspannung eingeregelt und die anderen Größen über die Elektrodenverstellung.
• b) bei geregelter Lichtbogenspannung, die dabei bestimmend ist für den Höhenstand der Elektrodenspitze über dem im Lichtbogenofen befindlichen Bad und über die Elektrodenregelung eingeregelt wird, wird der Lichtbogenstrom oder die Lichtbogenleistung über die Transformatorspannung geregelt.
• c) eine Stromregelung erfolgt bei gleichzeitiger Leistungsregelung über die Elektrodenverstellung und die Leistungsregelung über die Transformatorspannung.
• d) eine Stromregelung erfolgt bei gleichzeitiger Verschleißregelung über die Transformatorspannung und die Verschleißregelung über die Elektrodenregelung.
• e) eine Leistungsregelung erfolgt bei gleichzeitiger Verschleißregelung über die Transformatorspannung und die Verschleißregelung über die Elektrodenregelung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße Transformatorspannung von einem Stromregelkreis angesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Leistungsregelung die Stellgröße Trans­ formatorspannung von einem Stromregelkreis angesteuert wird, dem ein Leistungsregelkreis überlagert ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 3 mit einer Meßvorrichtung für die Spannung, den Strom und die Leistung des Licht­ bogens sowie zur Ermittlung der aus Spannung und Strom abgeleiteten Verschleißgröße und einer damit verbundenen Einrichtung zur Regelung der Transfor­ matorspannung und des Elektrodenhubantriebs, gekenn­ zeichnet durch zwei getrennte Stromregler (1, 2), von denen der eine mit dem Transformator (3) und der andere mit dem Spannungsbildner (4) für den Elektrodenhubantrieb (9) verbunden ist sowie einem alternativ zum Stromregler (2) mit dem Spannungs­ regler (4) verbindbaren Verschleißregler (5).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, durch gekennzeichnet, daß der mit dem Transformator (3) verbundene Strom­ regler (1) mit einem Leistungsregler (6) verbindbar ist.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 und 5, gekennzeichnet durch einen Transformator (3) mit einem Stufenschal­ terantrieb (23).

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stufenschalterantrieb des Trans­ formators (3) umschaltbar mit einem von Hand oder einer Programmeingabe (7) steuerbaren Spannungsgeber eines Bedienungsfeldes (8) oder mit dem Stromregler (1) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler (4) mit einer von Hand oder von einer Programmeingabe (7) angesteuerten Spannungs­ quelle des Bedienungsfeldes (8) verbindbar ist.