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Die Erfindung betrifft ein System zur individuellen Steuerung der
Elektrodenpositionen eines Lichtbogenofens jeweils einer ersten,
zweiten und dritten Elektrode in einem elektrischen Dreiphasen-
Lichtbogenofen, der von einzelnen Phasenspannungen einer
Sekundärwindung eines Transformators mit einer relativen Phasensequenz
von erster Elektrode vor zweiter Elektrode vor dritter Elektrode
versorgt wird; dieses System enthält getrennte Positioniervorrichtungen
für jede dieser Elektroden, Vorrichtungen zur Messung des durch jede
Elektrode fließenden Stroms, einen Prozessor zur Verarbeitung der
gemessenen Stromwerte und zur Bereitstellung eines stromabhängigen
Fehlersignals für jede Elektrode und eine Steuerschaltung für jede
Elektrode zur Steuerung der Position der jeweiligen Elektrode auf
Grundlage des erzeugten Fehlersignals, so daß das Niveau der
Elektrode erhöht wird, wenn der Strom zunimmt und umgekehrt.
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Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System,
in dem die vorgewählte Spannung einer Steuerung zur Regulierung
der Höhe einer Elektrode über der Schrottbeschickung des Ofens bei
Auftreten eines Durchschlags an einer anderen Elektrode, z.B. bei
Kurzschluß oder bei Unterbrechung des Lichtbogens aufgrund von
Einbruch der Schrottbeschickung angepaßt wird, so daß die
Elektrodenbogenlängen verändert werden und erhöhte Wirkleistung, MW,
während solcher Ereignisse an den Ofen geliefert wird, was zu einem
erhöhten Leistungsvermögen des Ofens führt.
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Elektronische Lichtbogenöfen werden weithin für die Produktion von
heißen Metallschmelzen aus Eisen- und Stahlschrott benutzt, und das
allgemeine Ziel des Einschmelzens in Lichtbogenöfen besteht darin,
heiße Metallschmelzen der gewünschten Qualität zu möglichst
niedrigen Kosten zu erzeugen. Durch Ausführung des Einschmelzens, d.h.
Einschmelzens des Schrotts bei optimalen Stromleistungspegeln und
durch Minimierung der Zeitdauer von Unterbrechungen des Betriebs
mit optimalen Leistungspegeln während des Einschmelzens, kann eine
maximale Kostenersparnis erzielt werden, da der größte Teil der
Energie zur Erzeugung einer heißen Metallschmelze während des
Einschmelzprozesses benötigt wird. In einem elektrischen Dreiphasen-
Lichtbogenofen ist der Sekundärschaltkreis eines
Dreiphasen-Transformators mit den drei Elektroden des Ofens verbunden, so daß jede
Elektrode von einer anderen Phase des Sekundärschaltkreises versorgt
wird, wobei die Versorgungsphase die Spannung von Phase zum
Nulleiter, d.h. Erdung bildet, an die das Ofengehäuse elektrisch
angeschlossen ist. Zu Beginn des Schmelzbetriebs, d.h. des Einschmelzens,
wird der Ofen mit Metallschrott beschickt, und die drei Elektroden
senken sich in Richtung auf die Schrottcharge. Eine der Elektroden
nähert sich zunächst der Charge und stoppt, und eine zweite
Elektrode nähert sich der Charge, und an beiden Elektroden bildet sich ein
Lichtbogen. Unter dieser Bedingung arbeitet der Ofen einphasig und
ineffizient, bis die dritte Elektrode herunterfährt, um ihren Lichtbogen
zu bilden, womit der Dreiphasenbetrieb des Ofens einsetzt und das
Einschmelzen des Schrotts beginnt. Bei einem typischen gewerblichen
Betrieb ist eine automatische Regelvorrichtung für jede Elektrode
vorgesehen, und es wird ein Spannungssollwert für jede Regelvorrichtung
gewählt, der sich proportional zur Phasenspannung verhält, um einen
gewünschten, vorher bestimmten Abstand zwischen Elektrodenspitze
und dem darunter befindlichen Schrott einzuhalten. Dieser Abstand
(und der Sollwert) wird von der Ofenbedienung auf der Grundlage
der Art des Chargenmaterials, der verfügbaren Leistungsaufnahme und
anderer Ofenparameter gewählt und beträgt gewöhnlich zwischen 100
und 300 mm. Dieser gewählte, vorher bestimmte Abstand wird
während des Einschmelzens mittels der Elektroden durch die
Schrottcharge hindurch von den jeweiligen Regelvorrichtungen so
aufrechterhalten, indem der gewählte Spannungssollwert mit der gemessenen
Spannung und/oder den Stromwerten an einer jeden Elektrode
verglichen wird. Der von der Reglervorrichtung gesteuerte Betrieb läuft
routinemäßig während des Einschmelzprozesses ab und hält den
vorher bestimmten Abstand zwischen den Elektrodenspitzen und dem
darunter befindlichen Schrott kontinuierlich aufrecht, es sei denn, es
tritt ein Durchschlagereignis, wie z.B. ein "Schrotteinbruch", ein,
wobei der Schrott in Richtung und gegen die Seite einer Elektrode
fällt, wodurch bei dieser ein Kurzschluß auftritt. Unter diesen
Gegebenheiten wird der Strom in der kurzgeschlossenen Elektrode und
auch in der benachbarten Elektrode beträchtlich zunehmen. Bei
herkömmlichen Regelsystemen werden die Regler der so beeinträchtigten
Elektroden eine Regelung vornehmen, um diese Elektroden rasch
hochzufahren, um den Strom in den Elektroden schnell zu vermindern
und dann den vorgewählten Abstand zwischen der Elektrodenspitze
und dem darunter befindlichen Schrott auf Grundlage des anfänglich
gewählten Spannungssollwerts wiederherzustellen. Während der
Kurzschluß aufgrund eines Schrotteinbruchs anhält, wird die der
Schrottcharge zugeführte Wirkleistung, MW, wesentlich verringert mit dem
Ergebnis, daß die der Ofencharge während des Einschmelzens
zugeführte durchschnittliche Wirkleistung vermindert wird, wodurch die
Ofenbetriebskosten entsprechend ansteigen.
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Wenn ein Schrotteinbruch unter den Elektroden den Abstand von
einer Elektrodenspitze zum Schrottmaterial vergrößert, so daß der
Lichtbogen abreißt, bildet die betreffende Elektrode einen offenen
Stromkreis, und der Dreiphasen-Betrieb wird unterbrochen. Der Ofen
befindet sich im Einphasen-Betrieb mit nur zwei Lichtbogen. Es tritt
ein beträchtlicher Rückgang der an die Charge zugeführten Leistung
ein, wodurch der Betrieb höchst ineffizient ist. Bei den
herkömmlichen Regelsystemen wird der Regler der ausgelöschten Elektrode
diese schnell absenken, um den vorgewählten Abstand zwischen der
Elektrodenspitze und dem darunter befindlichen Schrott auf Grundlage
des anfänglich gewählten Spannungssollwerts wieder herzustellen.
Während der Zustand eines abgerissenen Lichtbogens aufgrund eines
Schrotteinbruchs anhält, wird die der Schrottcharge zugeführte
Wirkleistung, MW, beträchtlich verringert, mit dem Ergebnis, daß die der
Ofencharge zugeführte durchschnittliche Wirkleistung während des
Einschmelzens reduziert wird, und dadurch die Ofenbetriebskosten
entsprechend steigen. Es ist somit ein Ziel dieser Erfindung, ein
Steuersystem für die Minimierung der Reduzierung bereitzustellen, die
aufgrund eines "Schrotteinbruchs" an einer Elektrode während des
Einschmelzens auftritt.
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Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung in einem System zur
individuellen Steuerung der Elektrodenpositionen eines
Lichtbogenofens von einer jeden der ersten, zweiten und dritten Elektrode in
einem elektrischen Dreiphasen-Lichtbogenofen, in dem die Elektroden
jeweils von individuellen Phasenspannungen einer Sekundärwindung
eines Transformators mit einer relativen Phasensequenz von der ersten
Elektrode vor der zweiten Elektrode vor der dritten Elektrode versorgt
werden (d.h., die Spannung an der ersten Elektrode erreicht
rechtzeitig den Spitzenwert vor der Spannung an der zweiten Elektrode, und
die Spannung an der zweiten Elektrode erreicht den Spitzenwert
rechtzeitig vor der Spannung an der dritten Elektrode). Jede Elektrode
des Ofens hat eine eigene Positioniervorrichtung. Eine vorher
bestimmte, gewünschte Position der jeweiligen Elektroden basiert auf
einem individuellen vorgewählten Spannungswert, der proportional
zur Phasenspannung gegen Masse einer solchen Elektrode ist, und
diese Spannung wird kontinuierlich verglichen mit einer variablen
Spannung, die auf die unmittelbare Position einer solchen Elektrode
anspricht. Bei routinemäßigem Ofenbetrieb ergibt sich aus dem
Vergleich ein Fehlersignal, das der Vorrichtung zur
Elektrodenpositionierung zugeführt wird, so daß diese Vorrichtung die entsprechende
Elektrode in die gewünschte, vorher bestimmte Position fährt.
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Wenn ein Durchschlagereignis auftritt, bei dem ein Schrotteinbruch
während des Einschmelzens zu einem Kurzschluß einer Ofenelektrode
führt, werden Erstvorrichtungen bereitgestellt, um jeweils die
Größenordnung der Lichtbogenspannung einer jeden Elektrode kontinuierlich
bestimmen, und es werden Vorrichtungen bereitgestellt, die auf die
Erstvorrichtungen reagieren, um sofort die vorgewählte Spannung
einer der drei Elektroden zu erhöhen, um die Lichtbogenlänge dieser
Elektrode zu vergrößern, wenn die Bogenspannung einer anderen der
Elektroden mit Null gemessen wird, wobei diese Elektrode die nächste
vor der Phasendrehung der besagten anderen Elektrode ist.
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Wenn ein Schrotteinbruch während des Einschmelzens zu einem
Abreißen des Lichtbogens einer Elektrode aufgrund des vergrößerten
Abstands von der Elektrodenspitze zum darunter befindlichen Schrott
führt, stehen Zweitvorrichtungen bereit, um jeweils die
Größenordnung des Lichtbogenstroms jeder Elektrode kontinuierlich zu
bestimmen, und Vorrichtungen werden bereitgestellt, die auf die
Zweitvorrichtungen reagieren, um sofort die vorgewählte Spannung der zwei
Ofenelektroden zu verringern, um die jeweiligen Bogenlängen zu
verkurzen, wenn der Lichtbogenstrom der anderen Ofenelektrode mit
Null gemessen wird.
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Abb. 1 ist ein schematisches Block- und Ablaufdiagramm, das eine
Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Abb. 2 stellt eine typische Elektrodenposition während des
Einschmelzens von Schrott dar.
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Abb. 3 zeigt den Zustand eines Schrotteinbruchs gegen eine Elektrode,
wodurch ein Kurzschluß des Elektrodenlichtbogens ausgelöst wird.
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Abb. 4 zeigt den Zustand eines Schrotteinbruchs unter einer Elektrode,
wodurch der Elektrodenlichtbogen abreißt.
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Abb. 5 zeigt einen Stromkreis nach bisherigem Stand der Technik zur
Bestimmung des Spannungswertes des Elektrodenlichtbogens.
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Abb. 6 ist ein Block- und Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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Abb. 7 stellt ein Diagramm und Ablaufdiagramm für eine
programmierbare Steuerung für den Einsatz der vorliegenden Erfindung dar.
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Mit Hilfe der Abb. 1, die ein schematisches Block- und
Ablaufdiagramm ist und eine besondere Ausführung der vorliegenden Erfindung
erläutert, wird die vorliegende Erfindung besser verstanden.
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Mit Bezug auf Abb. 1 wird ein elektrischer Dreiphasen-Lichtbogenofen
(10) mit einer darin enthaltenen Schrottcharge (20) gezeigt, die darin
eingeschmolzen wird, wobei die Charge die Elektroden A, B, und C
umgibt, die jeweils an getrennte Phasen einer Sekundärwindung eines
Dreiphasen-Transformators (30) angeschlossen sind. Der Neutralpunkt
des Dreiphasen-Systems fällt, wie unter (40) angezeigt, mit dem
Ofengehäuse zusammen, und der Phasenwechsel des Dreiphasen-Systems
zum Zwecke dieser Beschreibung ist A, B, C, d.h., die
Phasenspannung gegen Masse an der Elektrode A erreicht den Höchstwert vor der
Spannung an Elektrode B, und die Spannung an Elektrode B erreicht
den Höchstwert vor der Spannung an Elektrode C. Jede der
Elektroden A, B, C ist jeweils mit einer identischen herkömmlichen
Positioniervorrichtung und einem Steuersystem versehen, deren Anordnung
nur für eine Elektrode in allen Einzelheiten aufgezeigt wird, da die
anderen Anordnungen identisch sind. Die
Elektrodenpositioniervorrichtungen, z.B. elektrohydraulische Systeme (50, 50', 50"), sprechen
auf das Spannungsausgangssignal (55) einer herkömmlichen Steuerung
(60) an, die passenderweise vom Typ eines PI-Reglers (Proportional-
Integral-Regler) oder eines anderen Typs sein kann. Das
Spannungssignal an (55) entsteht als Reaktion auf eine Fehlersignalspannung an
(70), die von einem Vergleich, z.B. Summe, der Spannungen, die dem
Summennetzwerk (80) zugeführt werden, herrührt. Summennetzwerk
(80) erhält ein Signal an (90), das proportional zum Strom in Elektrode
A ist. Dieses Signal erhält man vom Gleichrichter (100) als Reaktion
auf das kontinuierliche Wechselstromsignal, das vom
Stromtransformator (110) geliefert wird und das proportional zum augenblicklich
durchfließenden Strom in der Elektrode A ist. Ein Skalierungsfaktor Fi
wird an (120) angelegt, um an (70) einen geeigneten Spannungspegel
zum Vergleich, z.B. 30 Volt für einen Elektrodenstrom von 60
Kiloampère (kA), zu liefern. Die an Elektrode A gelieferte
Phasenspannung gegen Masse wird am Spannungstransformator (125) gemessen,
und das so erhaltene Wechselspannungssignal wird am
Spannungsgleichrichter (130) abgeglichen. Somit ist ein Signal proportional zur
Spannung der Elektrode A an (140) vorhanden, und für den
Routinebetrieb des Ofens (20) wird dieses Signal am Skalierteil (150) um
einen Skalierungsfaktor Fv1 skaliert, um einen geeigneten
Spannungspegel zum Vergleich an (70) mit dem Signal zu liefern, das
proportional zum Strom IA der Elektrode A ist, z.B. 30 Volt für eine
Phasenspannung von 360 V. Das Skalieren des Signals, das proportional zur
Phasenspannung, VA, ist, und das Skalieren des Elektrodenstroms, IA
sind herkömmlicherweise variabel einstellbar und werden so gewählt,
daß die Einstellwerte eine gewünschte, vorher bestimmten Höhe (143)
der Elektrodenspitze A über der Schrottcharge (30) herstellen, wie es
auch in der Abb. 2 gezeigt wird. Dieser vorher bestimmte Abstand
(143) stellt die Länge des Lichtbogens (145) her, wie ausführlicher in
den Abb. 2-4 dargestellt, und wird von der Ofenbedienung
routinemäßig auf der Grundlage der Art des Chargenmaterials und der
bekannten Ofenparameter ausgewählt. Die Ausgangsgrößen (55) des
Reglers (60) veranlassen die Positioniervorrichtung (50) den vorher
bestimmten Abstand (143) und die gewünschte Lichtbogenlänge (145)
für die Elektrode A in Reaktion auf das Spannungsfehlersignal an (70)
aufrechtzuerhalten, wobei die Elektrode A hochgefahren wird, wenn
das an Skalierungselement (120) geschickte IA-Spannungssignal
zunimmt, und wenn dieses Signal abnimmt, wird die Elektrode nach
unten gefahren. Dieser kontinuierliche Steuerungsprozeß verläuft
während des gesamten routinemäßigen Einschmelzens der Charge für jede
der Elektroden A, B, C, um eine optimale Zuführung der Wirkleistung,
MW, an die Charge herzustellen, bis ein Durchschlagzustand eintritt,
wie beispielsweise ein Schrotteinbruch gegen eine Elektrode, was
einen Kurzschluß an der Elektrodenspitze hervorruft, wie es mit (150)
in Abb. 1 und 3 für die Elektrode B dargestellt ist.
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Beim Eintreten einer solchen Situation nimmt der Strom in der
Elektrode B, IB, stark zu, wodurch das Spannungssignal, das an (120')
geschlckt wird, ansteigt und an (70') ein Fehlersignal entstehen läßt, das
das Positioniersystem (50') für die Elektrode B veranlaßt, die Elektrode
B rasch hochzufahren, um einen Abstand (143') wiederherzustellen,
der dem zuvor bestimmten Abstand (140) zwischen der Spitze der
Elektrode B und der Schrottcharge (20) entspricht, woraufhin der
Routinesteuerbetrieb für die Elektrode B, wie oben beschrieben,
wieder aufgenommen wird. Zum Zeitpuhkt des oben beschriebenen
Schrotteinbruchs an Elektrode B, während der Strom in der Elektrode
B stark zunimmt, aber nicht eine definitive Feststellung eines
Kurzschlußzustands ist, ist die Lichtbogenspannung VaB der Elektrode B
am Nullpegel, da sie durch den Schrotteinbruch (150) kurzgeschlossen
wurde, und die Feststellung eines Nullwerts der Lichtbogenspannung
ist eine definitive Feststellung eines Kurzschlußzustands. Die unter
diesen Umständen durch Elektrode B der Schrottcharge (20)
zugeführte Energie ist minimal, und die Ströme in den angrenzenden
Elektroden werden erheblich verändert, da der Ofenbetrieb unter solchen
Umständen mit nur zwei Lichtbogen abläuft. Bis der Routinebetrieb
der Elektrodensteuerung von Elektrode B wiederhergestellt ist, was
zehn Sekunden oder mehr beanspruchen kann, wird die Wirkleistung,
MW, die von den Elektroden der Schrottcharge (20) zugeführt wird,
beträchtlich vermindert. Es ist festgestellt worden, daß die Zeit, die
erforderlich ist, um die routinemäßige Elektrodensteuerung und den
Betrieb des Elektroofens wiederherzustellen, verkürzt werden kann,
wodurch die Wirkleistungsausbeute gesteigert wird, wenn beim
Auftreten eines Schrotteinbruchs, der eine Elektrode eines elektrischen
Dreiphasen-Lichtbogenofens kurzschließt, die vorher bestimmte,
gewünschte Sollspannung zur Steuerung der gewünschten, vorher
bestimmten Höhe der in Phasenrichtung vorwärts befindlichen Elektrode
sofort erhöht wird, so daß die "in Phasenrichtung vorwärts
befindliche" Elektrode hochgefahren und ihr Bogen verlängert wird, und die
Regulierung dieser Elektrode wird von der neu erstellten
Sollwertspannung gesteuert, bis die anfänglich durch einen Schrotteinbruch
kurzgeschlossene Elektrode ihre ursprünglich vorher bestimmte Höhe
wiedereingenommen hat und ihr Lichtbogen wiederhergestellt ist.
Wenn dies eingetreten ist, wird der Sollwert der "in Phasenrichtung
vorwärts befindlichen" Elektrode wieder auf seinen vorherigen
Anfangswert zurückgeführt, und die Routinesteuerung der Elektrode
wird wie vor dem Durchschlagereignis fortgesetzt. Mit Bezug auf Abb.
1 und 3 bei Auftreten des oben genannten Schrotteinbruchs (150), der
die Spitze der Elektrode B kurzschließt, wird der zuvor hergestellte
Lichtbogen (145') kurzgeschlossen, wie aufgezeigt, und die
Größenordnung ihres Spannungsabfalls VaB wird Null.
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In Übereinstimmung mit dem verbesserten System der vorliegenden
Erfindung werden die Bogenspannungen VaA, VaB, VaC der
jeweiligen Elektroden A, B, C kontinuierlich ermittelt, und wenn bei einer
ein Nullwert festgestellt wird, z.B. Elektrode B ist wegen eines
Schrotteinbruchs kurzgeschlossen, wird der Sollwert für die "in
Phasenrichtung vorwärts befindliche" Elektrode, in diesem Beispiel ist es
die Elektrode A, erhöht. Z.B. mit Bezug auf Abb. 1 für Elektrode A
wird eine "Rogowski"-Spule (160) (wie beschrieben in der Publikation
von BBC-Brown Bovari Nr. CH-1H 122 650F von Lebada und Machler)
bereitgestellt, die das Sekundärkabel (70) für die Elektrode A umgibt.
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Identische Spulen (160') und (160") werden für die Elektroden B und
C bereitgestellt. Diese Spulen entwickeln jeweils induzierte Signale:
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die an (180) integriert werden, um kontinuierlich Wechselstromwerte
für IA, IB, IC zu liefern, und die in den Spulen 160, 160', 160"
entwikkelten Signale werden weiterhin für die Bestimmung der
Größenordnung der jeweiligen Lichtbogenspannungen VaA, VaB, VaC eingesetzt,
beispielsweise unter Verwendung der bekannten Ersatzschaltung
"Clausthal-Schaltung"*, die schematisch in Abb. 5 als Grundlage für
eine solche Bestimmung wie folgt dargestellt ist:
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wo:
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IA, IB, IC Phasenstrom, der jeweils durch die Elektroden A,
B, C fließt;
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wo:
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rA, rB, rC ohmscher Widerstand der Phasenschaltung von
der Sekundärwindung des Transformators bis zur
Elektrodenspitze für die jeweiligen Phasen A, B, C;
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wo:
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Änderungsgeschwindigkeit des Stroms hinsichtlich
der Zeit für die jeweiligen Phasen A, B, C;
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wo:
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VaA, VaB, VaC Elektrodenbogenspannungen von der Spitze der
Elektrode zur Charge (Erde-neutral) für die
jeweiligen Elektroden A, B, C ist;
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wo:
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MAB, AM Gegeninduktivität zwischen der Stromschleife
"Phase A gegen Phase B" und der Stromschleife
"Phase A gegen Erde"
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MBA, BM Gegeninduktivität zwischen der Stromschleife
"Phase B gegen Phase A" und der Stromschleife
"Phase B gegen Erde"
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MCA, CM Gegeninduktivität zwischen der Stromschleife
"Phase C gegen Phase A" und der Stromschleife
"Phase C gegen Erde"
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MAC, AM Gegeninduktivität zwischen der Stromschleife
"Phase A gegen Phase C" und der Stromschleife
"Phase A gegen Erde"
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MBC, BM Gegeninduktivität zwischen der Stromschleife
"Phase B gegen Phase C" und der Stromschleife
"Phase B gegen Erde"
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MCB, CM Gegeninduktivität zwischen der Stromschleife
"Phase C gegen Phase B" und der Stromschleife
"Phase C gegen Phase Erde-neutral"
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Wie ersichtlich ist, kann die Bogenspannung einer Elektrode bequem
abgeleitet werden, indem induktiver und ohmscher Spannungsabfall
von den Sekundärphasenspannungen gegen Erde subtrahiert werden.
Die Widerstandswerte für rA, rB, rC und die Werte der
Gegeninduktivität "M" variieren für jeden Ofen und sind durch Messungen unter
Verwendung der herkömmlichen Kurzschluß- und Leerlauftests beim
jeweiligen Ofen erhältlich. Typische Werte für Lichtbogenöfen von
einer Kapazität von 60 Tonnen und mehr werden in der
nachstehenden Tabellen aufgeführt.
Tabelle
Typische Werte für Dreiphasen-Lichtbogenofen von 60 Hertz
Milliohm
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Wenn die Werte für die oben beschriebenen Parameter ermittelt
worden sind, und mit Verweis auf Abb. 1 sind die festgestellten Werte der
jeweiligen Bogenspannungen VaB, VaC, VAA vom Summennetzwerk
(75) erhältlich und werden dementsprechend auf die
Summennetzwerke 80, 80', 80" der "in Phasenrichtung vorwärts befindlichen"
Elektroden angewandt; z.B. wenn die Bogenspannung an der
Elektrode B, VaB, an (75) mit Null gemessen wird, spricht ein Relaisteil
(140) auf diesen Zustand an und entfernt den Skalierungsfaktor FV&sub1;
aus dem Summennetzwerk (FV&sub3;, nachstehend beschrieben, ist auch
aus dem Summennetzwerk für diesen Zustand), und Skalierungsfaktor
FV&sub2; ersetzt FV&sub1; im Summennetzwerk (80). Der Skalierungsfaktor FV&sub2;
ist größer als der Skalierungsfaktor FV&sub1;, und als Ergebnis davon,
erscheint an (70) sogleich eine höhere Spannung und läßt die Elektrode
A rasch nach oben fahren, um den Abstand zwischen der Spitze der
Elektrode A und der Schrottcharge darunter zu vergrößern und den
Lichtbogen an der Spitze der Elektrode A zu verlängern. Bei
kommerziellem Ofenbetrieb wird der Skalierungsfaktor FV&sub1; mit einem Wert
gewählt, der ungefähr zwischen 0,5 bis 0,85 liegt, d.h., daß die
anfängliche Sollspannung, die bei (70) erscheint, das 0,5- bis 0,85fache
der Phasenspannung gegen Masse ist, die die Elektrode A versorgt;
der spezielle Wert in diesem Bereich wird routinemäßig von der
Ofenbedienung auf Grundlage der Schrottsorte und der
Ofenparameter gewählt. Stellt man fest, daß die Lichtbogenspannung an Elektrode
B, VaB Null beträgt, und die Wahl des Skalierungsfaktors FV2 ist, wird
ein höherer Skalierungsfaktor im Bereich des 0,85- bis 0,94fachen der
Phasenspannung gegen Masse, die die Elektrode A versorgt, an (70)
angelegt, und dieser höhere Skalierungsfaktor bleibt betriebsfähig, bis
festgestellt wird, daß die Lichtbogenspannung VaB der Elektrode B,
der kurzgeschlossenen Elektrode, von Null angestiegen und auf den
Wert vor dem Schrotteinbruch zurückgekehrt ist. Unter diesen
Umständen stellt das Relaisteil (140) FVi als den Betriebsskalierungsfaktor
für die Phasenspannung, VAU, am Summennetzwerk (80) wieder her.
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Ein weiterer Typ eines Durchschlagereignisses kann während des
Schrotteinschmelzens auftreten, wenn der Schrott unter einer
Elektrode so weit zurückfällt, daß der Lichtbogen der Elektrode abreißt,
und der Elektrodenstrom auf Null fällt. Mit Bezug auf Abb. 4 und 1
erlischt der Lichtbogen der betreffenden Elektrode, wenn der Schrott
unter der Elektrode B, wie an (200) gezeigt, zurückfällt, und der Strom
in Elektrode B als Null ermittelt wird, z.B. durch Fehlen eines Signals
aus der Rogowski-Spule (160'). Unter solchen Umständen wird die
Elektrode B rasch nach unten gefahren, um den vorher bestimmten
Abstand zwischen der Elektrodenspitze und der Schrottcharge
wiederherzustellen, und gleichzeitig ersetzt das Relais (140) den
Skalierungsfaktor FV1 durch den Skalierungsfaktor FV3 an den beiden anderen
Elektroden, Elektrode A und Elektrode C, um an (70) eine
Fehlerspannung zu liefern, die die Positioniervorrichtungen (50, 50")
veranlaßt, die beiden Elektroden A und C rasch nach unten zu fahren,
wodurch die Lichtbogen der Elektroden A und C verkürzt werden, bis
der vorher bestimmte Abstand zwischen der Spitze der Elektrode B
und der Schrottcharge wiederhergestellt ist. Unter der Voraussetzung,
daß der Skalierungsfaktor FV mit einem Wert von 0,5 bis 0,85, wie
hier bereits beschrieben, gewählt wird, wird FV3 mit einem
niedrigeren Wert des 0,28- bis 0,4gfächen der Phasenspannung, die die
Elektroden A und C versorgt, gewählt, und dieser niedrigere
Skalierungsfaktor
bleibt betriebsbereit, bis die Lichtbogenspannung der Elektrode
B wiederhergestellt ist.
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Untersuchungen haben gezeigt, daß der zuvor beschriebene Prozeß
zur Erhöhung der "in Phasenrichtung vorwärts befindlichen" Elektrode
bei Auftreten eines Schrotteinbruchs mit Kurzschluß einer Elektrode
und dem Runterfahren von zwei Elektroden beim Abreißen eines
Elektrodenlichtbogens in der anderen Elektrode zu einer Erhöhung
der Wirkleistung, MW, zwischen 2 und 3 % während des
Schrotteinschmelzens führt.
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Eine besondere weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung wird
in Abb. 6 gezeigt, bei der das Summennetzwerk (75) der Abb.1 durch
herkömmliche, programmierbare Verkhüpfungssteuerungen (75')
ersetzt worden ist, z.B. geeignet kommerziell erhältliche Geräte wie
ALLEN BRADLEY PCL 5/15, die die Werte der Lichtbogenspannungen
VaA, VaB, VaC in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen
Beziehungen berechnen. Die speicherprogrammierten Steuerungen
(SPS) (75') erhalten die Ausgangsgrößen der Rogowskl-Spulen (160,
160', 160") und Werte für die jeweiligen Phasenspannungen VA, VB,
VC und liefern Ausgangsfehlersignalspannungen an die Steuerungen
(60, 60' und 60") für die richtige Positionierung der Elektroden A, B,
C. Mit Bezug auf Abb. 7 erhält die SPS (75'-2)für die Elektrode B,
kurzgeschlossen durch einen Schrotteinbruch in dem oben
beschriebenen Beispiel, die Ausgangsgröße der Rogowski-Spule (160') an
(250) und Phasenspannung VB an (260), und Widerstands- und
Induktivitätswerte werden an (262, 264, 266) für alle Elektrodenphasen
eingestellt. Die Eingangsgröße aus der Rogowski-Spule (160') wird an
(270) integriert, und der Phasenstrom IB wird mit dem Sollwert von rB
an (280) multipliziert, der von der Phasenspannung VB an (290)
subtrahiert wird, zusammen mit den anwendbaren
Wechselreaktanzwerten, wie in Übereinstimmung mit dem Stromkreis von Abb. 5
aufgezeigt, die an (292, 294) eingehen. Der für die Lichtbogenspannung für
Phase B, VaB, ermittelte Wert wird erhalten aus (290) an (295) und an
das Netzwerk (800) geschickt, wo entweder der Skalierungsfaktor FV&sub1;
oder FV2 oder FV3 an die Phasenspannung VA für die Voraus-Phase,
d.h. die Phase A, angelegt wird. Wenn VaB nicht gleich Null ist, d.h.
wenn Routinesteuerbedingungen vorherrschen, wird der
Skalierungsfaktor FV&sub1; nur an VA, die Spannung in Phasenrichtung vorwärts,
angelegt, und die skalierte Spannung wird an (310) mit dem vorgewählten
Signal, IAxFi verglichen; wenn VaB gleich Null ist, d.h. ein Kurzschluß
an der Elektrode B aufgrund eines Schrotteinbruchs besteht, wird FV2
nur an VA, die Spannung in Phasenrichtung vorwärts, d.h. Phase A,
angelegt; wenn entweder der Phasenstrom IB oder der Phasenstrom IC
der anderen Phasen Null ist, weil der Lichtbogen durch Schrotteiniall
entweder an Elektrode A oder C abgerissen ist, wird FV&sub3; nur an die
Phasenspannung VA angelegt. Für jede der zuvor genannten
Situationen wird die jeweilige aus (300) erhaltene skalierte Spannung an (310)
summiert mit dem skalierten Phasenstrom IA der Vorausphase, und das
daraus resultierende Fehlersignal an (70) wird der Steuerung (60) der
Abb. 6 zugeführt, um die Positioniervorrichtung (50') für die Elektrode
B in Bewegung zu setzen, damit die hier beschriebenen Ergebnisse
und Vorteile erzielt werden.
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Die SPS 75'-1 und 75'-3 für die Phasen A bzw. C sind ähnlich der oben
beschriebenen SPS 75'-2 für Phase B und funktionieren in derselben
Weise, um die Lichtbogenspannungen VaA und VaC für die Elektroden
A und C zu ermitteln und liefern Fehlersignale in derselben Weise für
die Steuerungen (60") und (60').