EP0896067A1 - Process and installation to monitor the slag state and the arc stability of the arc furnace - Google Patents
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- EP0896067A1 EP0896067A1 EP98114023A EP98114023A EP0896067A1 EP 0896067 A1 EP0896067 A1 EP 0896067A1 EP 98114023 A EP98114023 A EP 98114023A EP 98114023 A EP98114023 A EP 98114023A EP 0896067 A1 EP0896067 A1 EP 0896067A1
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for recording the condition of the slag and the stability of the arc in arc furnaces in which a liquid metal preparation is carried out, in particular for steel production from scrap, solid pig iron or sponge iron.
- Electrode-based electrodes correspond in arc furnaces arranged to a metallic furnace insert; The structure, function and operation of such arc furnaces are the same Expert familiar.
- the slag has an important function in arc furnaces the energy radiated by the arc as much as possible to steer into the metal bath and radiation losses push back as far as possible.
- Foam slag is, for example, oxygen Lances blown into the liquid steel. Here burns carbon present in the liquid steel to carbon monoxide, through which the slag is foamed. It is also possible to lance carbon into the already formed Blow in foam slag, causing existing in the slag Iron oxide is converted into iron and carbon monoxide, through which the slag is further foamed.
- DD 295 248 describes a method for measuring instability an arc in an electric furnace known which is a correlation between the change in current exploited in the arc and the slag inflation becomes.
- a signal is generated that the Differential quotient (di / dt) of the current i through corresponds to the arc flowing current, in particular through a Rogowski coil.
- This signal is filtering through a high frequency broadband filter and a narrow band Subjected to low-band filter, whereupon a divider module the ratio of the RMS values from the filters generated that as an indicator of slag inflation serves and with maximum slag inflation a minimum value assumes.
- the signal characterizing this relationship is either sent to a display or can be used for regulation certain operating parameters of the arc furnace be, for example, to determine the termination of the Melting process.
- the invention has for its object a method and a device for quantitative detection, control or Regulation and optimization of the slag condition and stability of the arc in arc furnaces with which the electrothermal efficiency of the arc furnaces improved and the consumption of electrical energy reduced can be.
- the invention is based on the finding that the effective value [d n i / dt n ] eff of the n-th derivative d n i / dt n of the current strength i (t) or of a signal proportional to it in close correlation with the slag state in one Arc furnace stands. Since the slag state represents a process parameter that is essential with regard to optimal energy utilization and optimal temperature control, the present invention opens up the possibility of direct control or regulation of the slag state.
- the slag condition can be re-optimized immediately by blowing carbon or coal into the slag or oxygen in the metal bath and / or introducing slag-forming substances into the arc furnace and / or throttling or stopping appropriate additions.
- the effective value of derivatives of the current i (t) or of a signal proportional to it represents a sensitive indicator for the tendency to change the signal and allowed such a control as well as regulation of the slag state and also the stability of the arc with extraordinary high access speed and correspondingly higher Accuracy.
- the concept of the invention is equally suitable for direct current and three-phase arc furnaces.
- the second derivative (n 2) of the current i (t) used.
- the polynomial development on which the relationship is based can be adapted extremely precisely to the prevailing conditions and thus, particularly after prior calibration by an independent method, allows a quantitative determination of the differential current strength.
- the signal is used for separation before the effective value is formed unwanted frequencies preferably filtered.
- unwanted frequencies preferably filtered.
- Three-phase furnaces are particularly the mains frequency or undesirable High frequencies separated; become advantageous Frequencies outside the frequency range from 800 Hz to 100 kHz separated.
- advantageous Frequencies outside the frequency range of 20 Hz to Filter out 1 kHz.
- the inventive method can also in the melting phase be applied in which the arc at least is partially enveloped by the slag. So that's it possible to reduce the melting times, resulting in a corresponding reduction in energy consumption results because at maximized melting speed the shortest melting times and therefore the least energy losses, whereby at the same time excessive temperatures and associated radiation losses be avoided.
- the process according to the invention can be used particularly advantageously after the entire batch has been melted.
- the desired slag state can be sensed delicately via the effective value [d n i / dt n ] eff of the derivatives of the current intensity and can be maintained by blowing carbon or oxygen or adding slag formers accordingly.
- the device according to the invention can be used for control or Control designed with detection of the slag condition and, as explained above, comprises a current detection device, a differentiating device, an effective value device to form the effective value and a control device, which has the effective value with the given Comparing limit values and, if necessary, control signals for actuators generated.
- the control device can also act as a control device be designed with a closed control loop and one or more carbon lances or coal in the slag and / or oxygen in the Control metal bath or the electrode positioning device and the slag state over the rms value of the nth Regulate the discharge of the current so that the effective value in Slag window is held.
- the current intensity is determined by the current detection device i (t) of the current that flows in the electrode circuit.
- the nth derivative is formed by the differentiating device. Differentiators familiar to a person skilled in the art can do this or differentiating circuits that also with corresponding filters can be combined, use Find.
- Measuring transformers are used as current detection devices conveniently suited. Depending on the type of measuring transformer (e.g. current transformer type or Rogowski type) results in an output signal, the current i (t) or the 1st derivative thereof, di / dt, corresponds.
- type of measuring transformer e.g. current transformer type or Rogowski type
- the current i (t) or the 1st derivative thereof, di / dt corresponds.
- Hall generators can also be used as current detection devices be used.
- a derivative signal results is the differentiator 4 designed so that it from the input signal received derivative signal by appropriate differentiation one of the desired derivation (2nd, 3rd or 4th degree) provides the corresponding output signal.
- the current detection device and the differentiating device do not necessarily have to be within the scope of the present invention represent separate, discrete facilities.
- the Current detection device and the differentiating device can functionally and optionally also structurally or form a unit in terms of circuitry or integrated with one another be.
- two- or three-dimensional coils have at least two or at least three windings with their axes in one another vertical spatial directions are oriented.
- Such three-dimensional measuring transformers can in particular advantageously from windings or windings be built, the axes of which are more or less aligned evenly across all spatial directions are. Such arrangements are similar to a ball of wool it, the current signal or its 1st derivative practical to capture regardless of direction.
- the device according to the invention can also be one of the Control device have controlled signal device, which is an acoustic and / or optical and / or electrical, signal usable for control or regulation purposes returns if the rms value of the nth derivative is within or is outside the slag window.
- controlled signal device which is an acoustic and / or optical and / or electrical, signal usable for control or regulation purposes returns if the rms value of the nth derivative is within or is outside the slag window.
- the control device is also advantageously designed such that that is shown on a display or the dispensed Signal also includes the information of whether the RMS value is above or below the slag window.
- control device is designed as a controller and in one closed control loop is integrated, it has advantageous a PD, PI, PID or PDPI-like control behavior on. If you have a digital controller with freely selectable or programmable characteristic or an adaptive, learning System, analog characteristics can be realized be.
- control behavior which preferably is empirically optimized in a furnace-specific manner a control that is practically dead time-free compared to P-type controllers realize with high response and correction speed, the control deviation can be minimized.
- the effective value device for forming the effective value of the nth derivative [d n i / dt n ] eff is advantageously a measuring rectifier, which may be followed by an integrator.
- the control device is preferably a digital microprocessor system, where the assigned to the slag window Limit values are saved or storable and that the Control of the actuators and, if necessary, the effective value on a display.
- the control device is advantageous as an adaptive controller designed. By implementing fuzzy logic, the Control or regulator function can be further optimized.
- the device according to the invention can also filter have unwanted frequencies, such as the network frequency and to eliminate undesirable high-frequency components and so increase the selectivity of the signal acquisition.
- Especially digital filters are suitable because they allow to realize any flow characteristics.
- the device shown in Fig. 1 is an inventive Device with which the slag state is not only quantified and controlled, but also through the action on corresponding actuators in a closed Control loop, can be regulated.
- the device of Fig. 1 comprises a Rogowski coil as a measuring transformer, which represents the current detection device (3), at the output of which there is the first derivative of the current signal i (t) of the current flowing through the electrode 2, a differentiating device 4, from which the second derivative of the current intensity i (t), a downstream measuring rectifier as the rms value device 5, which forms the rms value [d n i / dt n ] eff , a subsequently provided integrating device 6 and a control device 7, which is connected to the output of the integrating device 6 .
- a Rogowski coil as a measuring transformer, which represents the current detection device (3), at the output of which there is the first derivative of the current signal i (t) of the current flowing through the electrode 2, a differentiating device 4, from which the second derivative of the current intensity i (t), a downstream measuring rectifier as the rms value device 5, which forms the rms value [d n i / dt n ]
- the control device 7 represents a control logic which, on the basis of a predetermined or selectable control characteristic and on the basis of predeterminable target values for the slag window, emits corresponding output signals to an actuator 8 and controls a lance 9 for blowing in oxygen.
- an actuator 8 can also be the electrode positioning device (not shown).
- the measuring transformer representing the current detection device 3 for the electrode current detects the current intensity i (t) of the current which flows over the electrode 2 of the arc.
- the nth derivative d n i / dt n of the current intensity i (t) detected by the measuring transformer is then formed in the differentiating device 4.
- the measuring transformer consists, for example, of a Rogowski coil, which already provides the first derivative di / dt of the current intensity i (t) as the output signal.
- the current signal arrives at the measurement rectifier 5 to form the effective value [d n i / dt n ] eff and is integrated in the integrator 6.
- the signal is then fed to the control device 7, which compares the effective value [d n i / dt n ] eff with predetermined limit values.
- the inventive device shown in Fig. 2 represents an advantageous development of the control device 1 and is particularly suitable for direct current arc furnaces.
- the device of FIG. 2 differs from the device 1 in that the measuring rectifier the RMS device 5 represents a low-pass filter 10 is connected upstream, before the effective value is formed unwanted frequencies outside the frequency range of Separates 20 Hz to 1 kHz.
- control unit 7 11 provided on the principle of fuzzy logic is working.
- the dashed line between the control unit 7 and the electrode 2 is intended to indicate that, according to the invention, the Up and down movement of the electrode 2 by the control unit 7 can be regulated depending on the slag condition can.
- Figure 3 shows the slag state in a three-phase arc furnace in the melting and in the melting phase. At 80 t of scrap were melted down in this test.
- Fig. 3 shows the time course of the effective value of the second Derivation of the current strength i (t) of the current flowing over the electrode Current in the form of a voltage signal proportional to it (V). The effective value was after the melting phase reliable in the area of the slag window, which through the parallel lines with shading in between is.
- the present invention a quick and reliable detection of the slag condition in electric arc furnaces, which makes it more economical of the arc furnace operation can be improved can.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung des Zustandes der Schlacke und der Stabilität des Lichtbogens in Lichtbogenöfen, in denen eine Flüssigmetallaufbereitung durchgeführt wird, insbesondere zur Stahlerzeugung aus Schrott, festem Roheisen oder Eisenschwamm.The invention relates to a method and a device for recording the condition of the slag and the stability of the arc in arc furnaces in which a liquid metal preparation is carried out, in particular for steel production from scrap, solid pig iron or sponge iron.
In Lichtbogenöfen sind Elektroden auf Graphitbasis korrespondierend zu einem metallischen Ofeneinsatz angeordnet; Aufbau, Funktion und Betrieb solcher Lichtbogenöfen sind dem Fachmann geläufig.Electrode-based electrodes correspond in arc furnaces arranged to a metallic furnace insert; The structure, function and operation of such arc furnaces are the same Expert familiar.
Die Regelung und Optimierung von Lichtbogenöfen stellt, obgleich im Stand der Technik bereits zahlreiche Lösungsvorschläge angegeben wurden, noch immer ein großes Problem dar, insbesondere in wirtschaftlicher Hinsicht wegen nicht optimaler Energieausnutzung und in ökologischer Hinsicht, da bei nicht optimaler Prozeßführung des Schmelzvorgangs bei lokaler Überhitzung fluorhaltige Dämpfe aus Flußmitteln in die Umwelt gelangen können.The regulation and optimization of arc furnaces, albeit already numerous solutions in the state of the art were still a big problem not, especially in economic terms optimal use of energy and in ecological terms, because when the process of the melting process is not optimal local overheating fluorine vapors from fluxes in can get into the environment.
Der Schlacke kommt bei Lichtbogenöfen die wichtige Funktion zu, die vom Lichtbogen abgestrahlte Energie möglichst weitgehend in das Metallbad zu lenken und Abstrahlungsverluste so weit wie möglich zurückzudrängen.The slag has an important function in arc furnaces the energy radiated by the arc as much as possible to steer into the metal bath and radiation losses push back as far as possible.
Es ist Stand der Technik, der Schlacke durch Gasentwicklung eine schaumige Struktur zu verleihen ("Schaumschlacke"), von der die Lichtbögen weitgehend abgeschirmt werden. Zur Bildung von Schaumschlacke wird beispielsweise Sauerstoff über Lanzen in den flüssigen Stahl eingeblasen. Hierbei verbrennt im flüssigen Stahl vorliegender Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid, durch das die Schlacke aufgeschäumt wird. Es ist auch möglich, Kohlenstoff über Lanzen in die bereits gebildete Schaumschlacke einzublasen, wodurch in der Schlacke vorhandenes Eisenoxid in Eisen und Kohlenmonoxid umgewandelt wird, durch das die Schlacke weiter aufgeschäumt wird.It is state of the art, the slag through gas evolution to give a foamy structure ("foam slag") from the arcs are largely shielded. For education Foam slag is, for example, oxygen Lances blown into the liquid steel. Here burns carbon present in the liquid steel to carbon monoxide, through which the slag is foamed. It is also possible to lance carbon into the already formed Blow in foam slag, causing existing in the slag Iron oxide is converted into iron and carbon monoxide, through which the slag is further foamed.
Unter dem Schlackezustand wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Schaumschlackezustand verstanden, bei dem die Schaumschlacke die Lichtbögen mindestens teilweise und vorzugsweise vollständig einhüllt.Under the slag state within the scope of the present Invention of the foam slag understood in which the Foam slag the arcs at least partially and preferably completely envelops.
Durch die Schaumschlacke werden die Feuerfestausmauerung und die Wasserkühlsysteme des Ofens vor der starken Strahlungsbelastung abgeschirmt. Hierdurch kann der Wirkungsgrad der Energieübertragung von der Elektrode auf des Metallbad verbessert werden. Für die Wirtschaftlichkeit des Lichtbogenofenbetriebs ist es daher von wesentlicher Bedeutung, die Lichtbogenabdeckung durch die Schaumschlacke kontinuierlich zu beobachten und diese erforderlichenfalls durch entsprechend induzierte Gasentwicklung aufzuschäumen. The refractory lining and the stove's water cooling systems before exposure to high levels of radiation shielded. As a result, the efficiency of the Energy transfer from the electrode to the metal bath improved become. For the economy of arc furnace operation it is therefore essential that Arc coverage through the foam slag continuously to observe and if necessary by accordingly foam induced gas evolution.
Eine einheitliche Erfassung und Interpretation aller physikalischen Lichtbogeneigenschaften ist allerdings aufgrund der erheblichen Komplexität der physikalischen und chemischen Vorgänge praktisch ausgeschlossen.A uniform recording and interpretation of all physical Arc properties is due, however the considerable complexity of the physical and chemical Processes practically excluded.
Man hat daher auf sehr verschiedene Weisen versucht, mit indirekten Meßverfahren geeignete Signale zu erhalten, mit denen sich der Schmelzzustand im Lichtbogenofen erkennen und steuern bzw. regeln läßt.One has therefore tried in very different ways, with indirect ones To obtain suitable signals with which recognize the melting state in the arc furnace and control or regulate.
Aus der Zeitschrift "Elektrowärme International" 45 (1987), Seiten B29 - B36, ist ein Verfahren bekannt, in dem mit Hilfe spezieller Kennzahlen, wie beispielsweise Klirrfaktor und Schwingungsgehalt, die aus Lichtbogenspannung und Lichtbogenstrom ermittelt werden, die harmonischen Komponenten im Leistungsdichtespektrum elektrischer Lichtbogengrößen geeignet bewertet werden, so daß bei Abweichung der Kennzahlen von bestimmten vorgegebenen Werten entsprechend Maßnahmen zur Schaumschlackenbildung getroffen werden können.From the magazine "Elektrowärme International" 45 (1987), Pages B29 - B36, a method is known in which using special key figures, such as distortion and Vibration content resulting from arc voltage and arc current are determined, the harmonic components in the Power density spectrum of electric arc sizes suitable be evaluated so that if the key figures differ of certain predetermined values according to measures can be taken to form foam slag.
Aufgrund der Zusammenhänge zwischen den elektrischen und akustischen Lichtbogeneigenschaften kann auch die akustische Emission der Lichtbögen unmittelbar für eine Zustandsbeobachtung, insbesondere für den Schlackenaufbau, herangezogen werden.Because of the relationships between the electrical and Acoustic arcing properties can also be acoustic Emission of the arcs immediately for condition monitoring, especially used for slag build-up become.
Aus der Zeitschrift "Elektrowärme International" 42 (1994), B220 - B227, sind Schalldruckmessungen während des Schmelzbetriebes von Lichtbogenöfen zur Bestimmung der Abhängigkeit der Geräuschentwicklung von den elektrischen Lichtbogengrößen bekannt. Das Schallsignal besteht im wesentlichen aus einem breitbandigen Rauschen, aus dem sich charakteristisch ein 100 Hz-Ton mit einer Reihe von harmonischen Vielfachen abhebt. Mit dem Schmelzfortschritt im Ofen ändert sich der Schalldruck, wobei diese Veränderung quantitativ durch eine Rauschzahl erfaßt wird, welche zur Prozeßsteuerung herangezogen werden kann.From the magazine "Elektrowärme International" 42 (1994), B220 - B227, are sound pressure measurements during melting operation of arc furnaces to determine the dependency the noise development from the electric arc sizes known. The sound signal consists essentially of a broadband noise that is characteristic a 100 Hz tone with a series of harmonic multiples takes off. As the melting progress in the furnace, the changes Sound pressure, this change quantitatively by a Noise figure is recorded, which is used for process control can be.
Aus DD 295 248 ist ein Verfahren zur Messung der Instabilität eines Lichtbogens in einem Elektroofen bekannt, bei dem eine Wechselbeziehung zwischen der Änderung der Stromstärke im Lichtbogen und der Schlackenaufblähung ausgenützt wird. Bei diesem Verfahren wird ein Signal erzeugt, das dem Differentialquotienten (di/dt) der Stromstärke i des durch den Lichtbogen fließenden Stroms entspricht, insbesondere durch eine Rogowski-Spule. Dieses Signal wird einer Filterung durch ein Hochfrequenz-Breitbandfilter und ein schmalbandiges Tiefbandfilter unterzogen, worauf ein Teilermodul das Verhältnis der von den Filtern stammenden Signaleffektivwerte erzeugt, das als Indikator für die Schlackenaufblähung dient und bei maximaler Schlackenaufblähung einen Minimalwert annimmt. Das dieses Verhältnis kennzeichnende Signal wird entweder einer Anzeige zugeführt oder kann zur Regelung bestimmter Betriebsparameter des Lichtbogenofens herangezogen werden, beispielsweise zur Bestimmung der Beendigung des Schmelzprozesses.DD 295 248 describes a method for measuring instability an arc in an electric furnace known which is a correlation between the change in current exploited in the arc and the slag inflation becomes. In this method, a signal is generated that the Differential quotient (di / dt) of the current i through corresponds to the arc flowing current, in particular through a Rogowski coil. This signal is filtering through a high frequency broadband filter and a narrow band Subjected to low-band filter, whereupon a divider module the ratio of the RMS values from the filters generated that as an indicator of slag inflation serves and with maximum slag inflation a minimum value assumes. The signal characterizing this relationship is either sent to a display or can be used for regulation certain operating parameters of the arc furnace be, for example, to determine the termination of the Melting process.
Aus DE 4425089 ist ferner bekannt, zur Steuerung der Durchsatzrate an eingeblasenem Kohlenstoff im Drehstromlichtbogenofen die Schallemission des Lichtbogenofens automatisch zu erfassen, wobei eine Auswertung der Amplitude des Schalls frequenzselektiv durchgeführt wird. Bei Überschreiten eines durch eine Steuereinheit vorgebbaren Schallpegels wird die Durchsatzrate des Kohlenstoffs erhöht und bei einem Unterschreiten vermindert. Das Frequenzspektrum wird im Bereich von 100 Hz ausgewertet, da dieser Bereich die Schallemission der Lichtbögen besonders signifikant wiedergibt und Störgeräusche relativ gleich verteilt über das Frequenzspektrum vorliegen. Gemäß Fig. 1 dieser Druckschrift wertet eine Steuereinheit das Signal eines Mikrophons aus, das im Bereich des Elektrolichtbogenofens angeordnet ist.From DE 4425089 it is also known to control the throughput rate of blown carbon in a three-phase arc furnace the acoustic emission of the arc furnace automatically to be recorded, with an evaluation of the amplitude of the sound is carried out frequency-selectively. If one is exceeded the sound level that can be predetermined by a control unit Throughput rate of carbon increases and falls below reduced. The frequency spectrum is in the range evaluated from 100 Hz because this area is the sound emission the arcs reproduces particularly significantly and noise distributed relatively evenly over the frequency spectrum available. 1 of this document evaluates a Control unit the signal from a microphone that is in the range of the electric arc furnace is arranged.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Erfassung, Steuerung bzw. Regelung und Optimierung des Schlackezustandes und der Stabilität des Lichtbogens in Lichtbogenöfen anzugeben, mit denen der elektrothermische Wirkungsgrad der Lichtbogenöfen verbessert und der Verbrauch an elektrischer Energie abgesenkt werden kann.The invention has for its object a method and a device for quantitative detection, control or Regulation and optimization of the slag condition and stability of the arc in arc furnaces with which the electrothermal efficiency of the arc furnaces improved and the consumption of electrical energy reduced can be.
Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.The task is solved according to the independent claims.
Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindungskonzeption.The dependent claims relate to advantageous embodiments the conception of the invention.
Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß der Effektivwert [dni/dtn]eff der n-ten Ableitung dni/dtn der Stromstärke i(t) bzw. eines ihr proportionalen Signals in enger Korrelation mit dem Schlackezustand in einem Lichtbogenofen steht. Da der Schlackezustand einen Prozeßparameter darstellt, der im Hinblick auf optimale Energieausnutzung und optimale Temperaturführung wesentlich ist, eröffnet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit der direkten Steuerung oder auch Regelung des Schlackezustandes. Liegt der Effektivwert [dni/dtn]eff nicht mehr im Bereich zwischen vorgegebenen Grenzwerten, der im folgenden als Schlackefenster bezeichnet wird und innerhalb dessen der Schlackezustand und die Schlackemenge bzw. der Einhüllungsgrad der Elektrode optimal sind, kann der Schlackezustand sofort nachoptimiert werden, indem Kohlenstoff bzw. Kohle in die Schlacke oder Sauerstoff in das Metallbad eingeblasen wird und/oder schlackenbildende Stoffe in den Lichtbogenofen eingebracht werden und/oder entsprechende Zugaben gedrosselt oder gestoppt werden. The invention is based on the finding that the effective value [d n i / dt n ] eff of the n-th derivative d n i / dt n of the current strength i (t) or of a signal proportional to it in close correlation with the slag state in one Arc furnace stands. Since the slag state represents a process parameter that is essential with regard to optimal energy utilization and optimal temperature control, the present invention opens up the possibility of direct control or regulation of the slag state. If the effective value [d n i / dt n ] eff is no longer in the range between predetermined limit values, which is referred to below as the slag window and within which the slag condition and the amount of slag or the degree of encapsulation of the electrode are optimal, the slag condition can be re-optimized immediately by blowing carbon or coal into the slag or oxygen in the metal bath and / or introducing slag-forming substances into the arc furnace and / or throttling or stopping appropriate additions.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird bei Erfassung eines Effektivwertes außerhalb des Schlackefensters, unabhängig von anderen Maßnahmen, die Elektrodenposition durch geeignete Nachführung geändert.According to an advantageous further development, when recording an effective value outside the slag window, independently of other measures, the electrode position through appropriate tracking changed.
Der Effektivwert von Ableitungen der Stromstärke i(t) bzw. eines ihr proportionalen Signals stellt einen sensiblen Indikator für die Tendenz zur Änderung des Signals dar und erlaubt so eine Steuerung wie auch Regelung des Schlackezustands und auch der Stabilität des Lichtbogens mit außerordentlich hoher Zugriffsgeschwindigkeit und entsprechend hoher Genauigkeit.The effective value of derivatives of the current i (t) or of a signal proportional to it represents a sensitive indicator for the tendency to change the signal and allowed such a control as well as regulation of the slag state and also the stability of the arc with extraordinary high access speed and correspondingly higher Accuracy.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung des Schlackezustandes in Lichtbogenöfen, in denen ein flüssiges Metallbad, insbesondere ein Stahlbad, mit einer Schlackeschicht bedeckt ist, die den zwischen Metallbad und Elektrode brennenden Lichtbogen zumindest teilweise einhüllt, beruht auf der Erzeugung eines aus der Stromstärke i(t) des über die Elektrode fließenden Stroms abgeleiteten Signals, das mit der Schallemission des Plasmas des Lichtbogens korreliert ist, und der Ermittlung des Schlackezustandes aus diesem Signal; es ist gekennzeichnet durch
- Bildung der n-ten Ableitung dni/dtn der von der Zeit t abhängigen Stromstärke i(t) bzw. eines ihr proportionalen Signals zu vorgegebenen Zeitpunkten oder kontinuierlich,
- Bildung des Effektivwertes [dni/dtn]eff der n-ten Ableitung
dni/dtn der Stromstärke i(t) bzw. des ihr proportionalen
Signals in Form des quadratischen Mittelwerts nach der
Formel I
worin bedeuten:
- i
- die Stromstärke des über die Elektrode fließenden Stroms,
- n
- 2, 3 oder 4 und
- T
- die Integrationsdauer,
- Ermittlung, ob der Effektivwert [dni/dtn]eff innerhalb vorgegebener Grenzwerte (Schlackefenster) liegt, innerhalb deren der Schlackezustand und die Schlackemenge bzw. der Einhüllungsgrad der Elektrode optimal sind.
- Formation of the nth derivative d n i / dt n of the current intensity i (t) dependent on the time t or of a signal proportional to it at predetermined times or continuously,
- Formation of the effective value [d n i / dt n ] eff of the nth derivative d n i / dt n of the current strength i (t) or the signal proportional to it in the form of the root mean square according to formula I. in which mean:
- i
- the current intensity of the current flowing through the electrode,
- n
- 2, 3 or 4 and
- T
- the duration of integration,
- Determination of whether the effective value [d n i / dt n ] eff lies within predetermined limit values (slag window), within which the slag condition and the amount of slag or the degree of encapsulation of the electrode are optimal.
Das Erfindungskonzept eignet sich gleich gut für Gleichstrom- und Drehstromlichtbogenöfen.The concept of the invention is equally suitable for direct current and three-phase arc furnaces.
Es kann die zweite, dritte oder vierte Ableitung der Stromstärke i(t) gebildet werden. Vorzugsweise wird zur Bildung des Effektivwertes die zweite Ableitung (n = 2) der Stromstärke i(t) herangezogen.It can be the second, third or fourth derivative of current i (t) are formed. Preferably to education of the effective value the second derivative (n = 2) of the current i (t) used.
Es ist auch möglich, die Bildung der n-ten Ableitung dni/dtn
aus Inkrementen nullter bis n-ter Ordnung entsprechend der
Formel II
Das der n-ten Ableitung der Stromstärke i(t) entsprechende Signal wird vor der Bildung des Effektivwertes zur Abtrennung unerwünschter Frequenzen vorzugsweise gefiltert. Bei Drehstromöfen werden insbesondere die Netzfrequenz oder unerwünschte Hochfrequenzen abgetrennt; vorteilhaft werden Frequenzen außerhalb des Frequenzbereichs von 800 Hz bis 100 kHz abgetrennt. Besonders im Falle von Gleichstromöfen ist es günstig, Frequenzen außerhalb des Frequenzbereichs von 20 Hz bis 1 kHz auszufiltern.That corresponding to the nth derivative of the current i (t) The signal is used for separation before the effective value is formed unwanted frequencies preferably filtered. At Three-phase furnaces are particularly the mains frequency or undesirable High frequencies separated; become advantageous Frequencies outside the frequency range from 800 Hz to 100 kHz separated. Especially in the case of direct current furnaces it is convenient to frequencies outside the frequency range of 20 Hz to Filter out 1 kHz.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in der Einschmelzphase angewandt werden, in der der Lichtbogen zumindest teilweise von der Schlacke eingehüllt wird. Damit ist es möglich, die Schmelzzeiten zu verringern, wodurch sich eine entsprechende Verringerung des Energiebedarfs ergibt, da bei maximierten Schmelzgeschwindigkeit die kürzesten Schmelzzeiten und damit die geringsten Energieverluste vorliegen, wobei zugleich überhöhte Temperaturen und damit verbundene Abstrahlungsverluste vermieden werden.The inventive method can also in the melting phase be applied in which the arc at least is partially enveloped by the slag. So that's it possible to reduce the melting times, resulting in a corresponding reduction in energy consumption results because at maximized melting speed the shortest melting times and therefore the least energy losses, whereby at the same time excessive temperatures and associated radiation losses be avoided.
Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Aufschmelzen der gesamten Charge herangezogen werden. In dieser Betriebsphase ist es notwendig, die feuerfeste Ausmauerung und die wassergekühlten Wand- und Deckelemente des Oberofens gegen die unmittelbare Lichtbogenstrahlung zu schützen. Aus diesem Grund soll der Lichtbogen ganz von der Schlacke eingeschlossen werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der angestrebte Schlackezustand über den Effektivwert [dni/dtn]eff der Ableitungen der Stromstärke feinfühlig erfaßt und durch entsprechendes Einblasen von Kohlenstoff oder Sauerstoff bzw. Zusatz von Schlackenbildnern aufrechterhalten werden. The process according to the invention can be used particularly advantageously after the entire batch has been melted. In this operating phase, it is necessary to protect the fireproof brickwork and the water-cooled wall and cover elements of the upper furnace against the direct arc radiation. For this reason, the arc should be completely enclosed by the slag. In the process according to the invention, the desired slag state can be sensed delicately via the effective value [d n i / dt n ] eff of the derivatives of the current intensity and can be maintained by blowing carbon or oxygen or adding slag formers accordingly.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung des Schlackezustandes in Lichtbogenöfen, in denen ein flüssiges Metallbad, insbesondere ein Stahlbad, hergestellt wird, das mit einer Schlackeschicht bedeckt ist, die den zwischen Metallbad und Elektrode brennenden Lichtbogen zumindest teilweise einhüllt, die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, weist auf:
- eine Stromerfassungseinrichtung, welche die Stromstärke i(t) des über die Elektrode fließenden Stroms erfaßt,
- eine Differenziereinrichtung, die eine Ableitung der Stromstärke i(t) erzeugt, und
- eine Kontrolleinrichtung, die aus der Ableitung der Stromstärke i(t) ein dem Schlackezustand entsprechendes Signal erzeugt;
die Differenziereinrichtung die n-te Ableitung dni/dtn der von der Zeit t abhängigen Stromstärke i(t), bzw. ein der n-ten Ableitung entsprechendes Signal zu vorgegebenen Zeitpunkten oder kontinuierlich erzeugt, wobei n gleich 2, 3
eine der Differenziereinrichtung nachgeschaltete Effektivwerteinrichtung vorgesehen ist, die den Effektivwert [dni/dtn]eff der n-ten Ableitung dni/dtn der Stromstärke i(t) bzw. des ihr proportionalen Signals in Form des quadratischen Mittelwerts nach der Formel I bildet,
- i
- die Stromstärke des über die Elektrode fließenden Stroms,
- t
- die Zeit,
- n
- 2, 3
oder 4 und - T
- die Integrationsdauer, und
- a current detection device which detects the current intensity i (t) of the current flowing through the electrode,
- a differentiator that derives the current intensity i (t), and
- a control device which generates a signal corresponding to the slag state from the derivation of the current intensity i (t);
the differentiating device generates the nth derivative d n i / dt n of the current intensity i (t) dependent on the time t, or a signal corresponding to the nth derivative at predetermined times or continuously, where n is 2, 3 or 4 is
an RMS device downstream of the differentiating device is provided, which has the RMS value [d n i / dt n ] eff of the nth derivative d n i / dt n of the current intensity i (t) or of the signal proportional to it in the form of the root mean square after Formula I forms
- i
- the current intensity of the current flowing through the electrode,
- t
- the time,
- n
- 2, 3 or 4 and
- T
- the duration of integration, and
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Steuerung oder zur Regelung unter Erfassung des Schlackezustandes ausgelegt sein und umfaßt, wie oben erläutert, eine Stromerfassungseinrichtung, eine Differenziereinrichtung, eine Effektivwerteinrichtung zur Bildung des Effektivwertes und eine Kontrolleinrichtung, die den Effektivwert mit den vorgegebenen Grenzwerten vergleicht und ggf. Steuersignale für Stellglieder erzeugt. Die Kontrolleinrichtung kann also auch als Regeleinrichtung mit geschlossenem Regelkreis ausgelegt sein und eine oder mehrere Lanzen zum Einblasen von Kohlenstoff bzw. Kohle in die Schlacke und/oder von Sauerstoff in das Metallbad oder auch die Elektrodenpositioniereinrichtung ansteuern und den Schlackezustand über den Effektivwert der n-ten Ableitung des Stroms so regeln, daß der Effektivwert im Schlackefenster gehalten wird.The device according to the invention can be used for control or Control designed with detection of the slag condition and, as explained above, comprises a current detection device, a differentiating device, an effective value device to form the effective value and a control device, which has the effective value with the given Comparing limit values and, if necessary, control signals for actuators generated. The control device can also act as a control device be designed with a closed control loop and one or more carbon lances or coal in the slag and / or oxygen in the Control metal bath or the electrode positioning device and the slag state over the rms value of the nth Regulate the discharge of the current so that the effective value in Slag window is held.
Durch die Stromerfassungseinrichtung wird die Stromstärke i(t) des Stroms erfaßt, der im Elektrodenkreis fließt. The current intensity is determined by the current detection device i (t) of the current that flows in the electrode circuit.
Es ist vorteilhaft, den Strom beispielsweise dadurch zu erfassen, daß in einer Elektrodenzuführungsleitung an zwei voneinander beabstandeten Punkten ein Meßwiderstand parallelgeschaltet und der an diesem Meßwiderstand auftretende Spannungsabfall, der dem in der Leitung fließenden Strom entspricht, gemessen bzw. erfaßt wird.It is advantageous to detect the current, for example, by that in one electrode feed line to two points spaced apart from each other, a measuring resistor connected in parallel and the one occurring at this measuring resistor Voltage drop of the current flowing in the line corresponds, is measured or recorded.
Die Bildung der n-ten Ableitung erfolgt durch die Differenziereinrichtung. Hierfür können dem Fachmann geläufige Differenzierglieder oder Differenzierschaltungen, die auch mit entsprechenden Filtern kombiniert sein können, Verwendung finden.The nth derivative is formed by the differentiating device. Differentiators familiar to a person skilled in the art can do this or differentiating circuits that also with corresponding filters can be combined, use Find.
Als Stromerfassungseinrichtungen sind Meßtransformatoren günstig geeignet. Je nach der Art des Meßtransformators (z.B. Stromwandlertyp oder Rogowski-Typ) resultiert ein Ausgangssignal, das dem Strom i(t) oder der 1. Ableitung davon, di/dt, entspricht.Measuring transformers are used as current detection devices conveniently suited. Depending on the type of measuring transformer (e.g. current transformer type or Rogowski type) results in an output signal, the current i (t) or the 1st derivative thereof, di / dt, corresponds.
Ferner können auch Hall-Generatoren als Stromerfassungseinrichtungen
herangezogen werden. In derartigen Fällen, in den
als Ausgangssignal der Stromerfassungseinrichtung bereits
ein Ableitungssignal resultiert, ist die Differenziereinrichtung
4 so ausgelegt, daß sie aus dem als Eingangssignal
erhaltenem Ableitungssignal durch entsprechendes Nachdifferenzieren
ein der gewünschten Ableitung (2., 3. oder 4. Grades)
entsprechendes Ausgangssignal liefert.Hall generators can also be used as current detection devices
be used. In such cases, in the
already as the output signal of the current detection device
a derivative signal results is the
Die Stromerfassungseinrichtung und die Differenziereinrichtung müssen im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt getrennte, diskrete Einrichtungen darstellen. Die Stromerfassungseinrichtung und die Differenziereinrichtung können funktionell und gegebenenfalls auch strukturell oder schaltungsmäßig eine Einheit bilden bzw. miteinander integriert sein.The current detection device and the differentiating device do not necessarily have to be within the scope of the present invention represent separate, discrete facilities. The Current detection device and the differentiating device can functionally and optionally also structurally or form a unit in terms of circuitry or integrated with one another be.
Die vorteilhaft als Stromerfassungseinrichtung verwendeten zwei- oder dreidimensionalen Spulen weisen mindestens zwei bzw. mindestens drei Wicklungen auf, deren Achsen in aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen orientiert sind.The advantageously used as a current detection device two- or three-dimensional coils have at least two or at least three windings with their axes in one another vertical spatial directions are oriented.
Hierdurch ist es möglich, das Stromsignal (in Form der 1. Ableitung) weitgehend richtungsunabhängig zu erfassen. Diese Ausführungsform ist besonders günstig für Gleichstromöfen verwendbar.This enables the current signal (in the form of the first Derivation) largely independent of direction. This The embodiment is particularly favorable for direct current furnaces usable.
Derartige dreidimensionale Meßtransformatoren können in besonders vorteilhafter Weise aus Windungen oder Wicklungen aufgebaut sein, deren Achsenrichtungen mehr oder weniger gleichmäßig über alle Raumrichtungen verteilt ausgerichtet sind. Solche einem Wollknäuel ähnelnde Anordnungen ermöglichen es, das Stromsignal bzw. dessen 1. Ableitung praktisch richtungsunabhängig zu erfassen.Such three-dimensional measuring transformers can in particular advantageously from windings or windings be built, the axes of which are more or less aligned evenly across all spatial directions are. Such arrangements are similar to a ball of wool it, the current signal or its 1st derivative practical to capture regardless of direction.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine von der Kontrolleinrichtung gesteuerte Signaleinrichtung aufweisen, die ein akustisches und/oder optisches und/oder elektrisches, etwa zu Steuer- oder Regelzwecken verwendbares Signal abgibt, wenn der Effektivwert der n-ten Ableitung innerhalb oder außerhalb des Schlackefensters liegt.The device according to the invention can also be one of the Control device have controlled signal device, which is an acoustic and / or optical and / or electrical, signal usable for control or regulation purposes returns if the rms value of the nth derivative is within or is outside the slag window.
Die Kontrolleinrichtung ist ferner vorteilhaft so ausgebildet, daß auf einem Display angezeigt wird oder das abgegebene Signal auch die Information beinhaltet, ob der Effektivwert oberhalb oder unterhalb des Schlackefensters liegt.The control device is also advantageously designed such that that is shown on a display or the dispensed Signal also includes the information of whether the RMS value is above or below the slag window.
Wenn die Kontrolleinrichtung als Regler ausgelegt und in einem geschlossenen Regelkreis integriert ist, weist sie vorteilhaft ein PD-, PI-, PID- oder PDPI-artiges Regelverhalten auf. Wenn sie einen digitalen Regler mit frei wählbarer bzw. programmierbarer Charakteristik oder ein adaptives, lernendes System darstellt, können hierbei analoge Kennlinien realisiert sein. Durch ein derartiges Regelverhalten, das vorzugsweise ofenspezifisch empirisch optimiert wird, läßt sich eine gegenüber P-artigen Reglern praktisch totzeitfreie Regelung mit hoher Ansprech- und Ausregelgeschwindigkeit realisieren, wobei die Regelabweichung minimiert werden kann.If the control device is designed as a controller and in one closed control loop is integrated, it has advantageous a PD, PI, PID or PDPI-like control behavior on. If you have a digital controller with freely selectable or programmable characteristic or an adaptive, learning System, analog characteristics can be realized be. By such a control behavior, which preferably is empirically optimized in a furnace-specific manner a control that is practically dead time-free compared to P-type controllers realize with high response and correction speed, the control deviation can be minimized.
Die Effektivwerteinrichtung zur Bildung des Effektivwertes der n-ten Ableitung [dni/dtn]eff ist vorteilhaft ein Meßgleichrichter, dem ggf. ein Integrator nachgeschaltet ist.The effective value device for forming the effective value of the nth derivative [d n i / dt n ] eff is advantageously a measuring rectifier, which may be followed by an integrator.
Die Kontrolleinrichtung ist vorzugsweise ein digitales Mikroprozessorsystem, worin die dem Schlackefenster zugeordneten Grenzwerte gespeichert oder speicherbar sind und das die Steuerung der Stellglieder übernimmt und ggf. den Effektivwert auf einem Display anzeigt.The control device is preferably a digital microprocessor system, where the assigned to the slag window Limit values are saved or storable and that the Control of the actuators and, if necessary, the effective value on a display.
Die Kontrolleinrichtung ist vorteilhaft als adaptiver Regler ausgelegt. Durch Implementierung von Fuzzy-Logik kann die Steuer- bzw. Reglerfunktion weiter optimiert werden.The control device is advantageous as an adaptive controller designed. By implementing fuzzy logic, the Control or regulator function can be further optimized.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner auch Filter aufweisen, um unerwünschte Frequenzen, wie etwa die Netzfrequenz und unerwünschte hochfrequente Anteile, zu eliminieren und so die Selektivität der Signalerfassung zu erhöhen. Besonders geeignet sind digitale Filter, da sie es erlauben, beliebige Durchlaßkennlinien zu realisieren.The device according to the invention can also filter have unwanted frequencies, such as the network frequency and to eliminate undesirable high-frequency components and so increase the selectivity of the signal acquisition. Especially digital filters are suitable because they allow to realize any flow characteristics.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
- Fig. 1
- eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung und gegebenenfalls Regelung des Schlackezustandes in einem Lichtbogenofen;
- Fig. 2
- eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung und gegebenenfalls Regelung des Schlackezustandes in einem Lichtbogenofen;
- Fig. 3
- eine Registrierkurve, die den Effektivwert der zweiten Ableitung der Stromstärke in Abhängigkeit von der Zeit zeigt, wobei der Schlackezustand sowohl in der Einschmelzphase als auch für den geschmolzenen Zustand des Metallbads dargestellt ist.
- Fig. 1
- a device according to the invention for detecting and possibly regulating the slag state in an arc furnace;
- Fig. 2
- a further device according to the invention for detecting and possibly regulating the slag state in an arc furnace;
- Fig. 3
- a registration curve which shows the effective value of the second derivative of the current intensity as a function of time, the slag state being shown both in the melting phase and for the molten state of the metal bath.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit welcher der Schlackezustand nicht nur quantitativ erfaßt und gesteuert, sondern auch, durch die Einwirkung auf entsprechende Stellglieder in einem geschlossenen Regelkreis, geregelt werden kann.The device shown in Fig. 1 is an inventive Device with which the slag state is not only quantified and controlled, but also through the action on corresponding actuators in a closed Control loop, can be regulated.
Die Vorrichtung von Fig. 1 umfaßt eine Rogowski-Spule als
Meßtransformator, der die Stromerfassungseinrichtung (3)
darstellt, an deren Ausgang die erste Ableitung des Stromsignals
i(t) des durch die Elektrode 2 fließenden Stroms vorliegt,
eine Differenziereinrichtung 4, welche daraus die
zweite Ableitung der Stromstärke i(t) bildet, einen nachgeschalteten
Meßgleichrichter als Effektivwerteinrichtung 5,
die den Effektivwert [dni/dtn]eff bildet, eine anschließend
vorgesehene Integriereinrichtung 6 und eine Kontrolleinrichtung
7, die mit dem Ausgang der Integriereinrichtung 6 verbunden
ist. Die Kontrolleinrichtung 7 stellt eine Steuerlogik
dar, die aufgrund einer vorgegebenen oder wählbaren Regelcharakteristik
und auf der Basis vorgebbarer Sollwerte
für dem Schlackefenster entsprechende Effektivwerte entsprechende
Ausgangssignale an ein Stellglied 8 abgibt und eine
Lanze 9 zum Einblasen von Sauerstoff ansteuert. Auch die
(nicht dargestellte) Elektrodenpositioniereinrichtung kann
ein solches Stellglied 8 sein.The device of Fig. 1 comprises a Rogowski coil as a measuring transformer, which represents the current detection device (3), at the output of which there is the first derivative of the current signal i (t) of the current flowing through the
Es können selbstverständlich mehrere Lanzen zum Einblasen
von Kohlenstoff bzw. Kohle in die Schlacke oder zum Einblasen
von Sauerstoff in das Stahlbad gleichzeitig angesteuert
werden; es kann ferner auch eine Eintrageinrichtung zum Eintragen
von schlackenbildenden Stoffen angesteuert werden.
Der die Stromerfassungseinrichtung 3 für den Elektrodenstrom
darstellende Meßtransformator erfaßt die Stromstärke i(t)
des Stroms, der über die Elektrode 2 des Lichtbogens fließt.
In der Differenziereinrichtung 4 wird daraufhin die n-te Ableitung
dni/dtn der vom Meßtransformator erfaßten Stromstärke
i(t) gebildet. Der Meßtransformator besteht beispielsweise
aus einer Rogowski-Spule, die als Ausgangssignal bereits
die 1. Ableitung di/dt der Stromstärke i(t) liefert. Nach
Differenzierung gelangt das Stromsignal zur Bildung des Effektivwertes
[dni/dtn]eff zu dem Meßgleichrichter 5 und wird
im Integrator 6 integriert.Of course, several lances for blowing carbon or coal into the slag or for blowing oxygen into the steel bath can be controlled at the same time; it can also be controlled an entry device for entering slag-forming substances. The measuring transformer representing the
Das Signal wird dann der Kontrolleinrichtung 7 zugeführt,
die den Effektivwert [dni/dtn]eff mit vorgegebenen Grenzwerten
vergleicht.The signal is then fed to the
Liegt das erfaßte Signal außerhalb des vorgegebenen Wertebereichs
(des Schlackefensters), wird ein entsprechendes
Stellsignal an das Stellglied 8 abgegeben, um über die Lanze
9 Sauerstoff in das Stahlbad einzublasen.If the detected signal is outside the specified value range
(the slag window) becomes a corresponding one
Control signal given to the
Die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung
stellt eine vorteilhafte Weiterbildung der Regeleinrichtung
von Fig. 1 dar und eignet sich insbesondere für Gleichstromlichtbogenöfen. The inventive device shown in Fig. 2
represents an advantageous development of the
Die Vorrichtung von Fig. 2 unterscheidet sich von der Vorrichtung
der Fig. 1 dadurch, daß dem Meßgleichrichter der
die Effektivwerteinrichtung 5 darstellt, ein Tiefpaßfilter
10 vorgeschaltet ist, das vor der Bildung des Effektivwertes
unerwünschte Frequenzen außerhalb des Frequenzbereiches von
20 Hz bis 1 kHz abtrennt.The device of FIG. 2 differs from the
Ferner ist nach der Kontrolleinheit 7 eine weitere Kontrolleinheit
11 vorgesehen, die nach dem Prinzip der Fuzzy-Logik
arbeitet.Furthermore, there is another control unit after the
Die gestrichelte Linie zwischen der Kontrolleinheit 7 und
der Elektrode 2 soll andeuten, daß erfindungsgemäß auch die
Auf- und Abbewegung der Elektrode 2 durch die Kontrolleinheit
7 in Abhängigkeit vom Schlackezustand geregelt werden
kann.The dashed line between the
Figur 3 zeigt den Schlackezustand in einem Drehstromlichtbogenofen in der Einschmelz- sowie in der Schmelzphase. Bei diesem Versuch wurden 80 t Schrott eingeschmolzen. Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Effektivwertes der zweiten Ableitung der Stromstärke i(t) des über die Elektrode fließenden Stroms in Form eines ihm proportionalen Spannungssignals (V). Nach der Einschmelzphase lag der Effektivwert zuverlässig im Bereich des Schlackefensters, das durch die parallelen Linien mit dazwischenliegender Schraffierung angedeutet ist.Figure 3 shows the slag state in a three-phase arc furnace in the melting and in the melting phase. At 80 t of scrap were melted down in this test. Fig. 3 shows the time course of the effective value of the second Derivation of the current strength i (t) of the current flowing over the electrode Current in the form of a voltage signal proportional to it (V). The effective value was after the melting phase reliable in the area of the slag window, which through the parallel lines with shading in between is.
Durch die Anwendung des Erfindungskonzepts konnten in Drehstromlichtbogenöfen Energieeinsparungen von 5 - 30 kWh pro Tonne eingesetzten Schrotts erzielt werden. Bei Gleichstromlichtbogenöfen lag diese Energieersparnis sogar noch etwas höher. By applying the inventive concept, in three-phase arc furnaces Energy savings of 5 - 30 kWh per Ton of scrap used. For DC arc furnaces this energy saving was even somewhat higher.
Ferner konnte der Verbrauch an Feuerfestmaterialien um etwa 0,5 kg/t verringert werden.Furthermore, the consumption of refractory materials increased by about 0.5 kg / t can be reduced.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die vorliegende Erfindung eine schnelle und zuverlässige Erfassung des Schlackezustandes in Lichtbogenöfen ermöglicht, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Lichtbogenofenbetriebes verbessert werden kann.In summary, the present invention a quick and reliable detection of the slag condition in electric arc furnaces, which makes it more economical of the arc furnace operation can be improved can.
Claims (33)
- i
- die Stromstärke des über die Elektrode fließenden Stroms,
- n
- 2, 3 oder 4
und - T
- die Integrationsdauer,
- i
- the current intensity of the current flowing through the electrode,
- n
- 2, 3 or 4
and - T
- the duration of integration,
k0, k1 ≥ 0 sowie k2 und/oder k3 und/oder k4 > 0 gelten.A method according to claim 1, characterized in that the nth derivative d n i / dt n from zero to nth order increments according to formula II
k 0 , k 1 ≥ 0 and k 2 and / or k 3 and / or k 4 > 0 apply.
insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9,
die aufweist
und
die Differenziereinrichtung (4) die n-te Ableitung dni/dtn der von der Zeit t abhängigen Stromstärke i(t), bzw. ein der n-ten Ableitung entsprechendes Signal zu vorgegebenen Zeitpunkten oder kontinuierlich erzeugt, wobei n gleich 2, 3 oder 4 ist,
eine der Differenziereinrichtung (4) nachgeschaltete Effektivwerteinrichtung (5) vorgesehen ist, die den Effektivwert [dni/dtn]eff der n-ten Ableitung dni/dtn der Stromstärke i(t) bzw. des ihr proportionalen Signals in Form des quadratischen Mittelwerts nach der Formel I bildet,
- i
- die Stromstärke des über die Elektrode (2) fließenden Stroms,
- t
- die Zeit,
- n
- 2, 3 oder 4
und - T
- die Integrationsdauer,
die Kontrolleinrichtung (7) der Effektivwerteinrichtung (5) nachgeschaltet ist und den Effektivwert [dni/dtn]eff mit vorgegebenen Grenzwerten vergleicht, innerhalb deren der Schlackezustand und die Schlackemenge bzw. der Einhüllungsgrad der Elektrode (2) optimal sind (Schlackefenster), und bei Erfassung eines außerhalb des Schlackefensters liegenden Effektivwertes [dni/dtn]eff ein entsprechendes Signal abgibt und/oder eine oder mehrere Lanzen (9) zum Einblasen von Kohlenstoff bzw. Kohle in die Schlacke oder von Sauerstoff in das Metallbad und/oder eine Eintrageinrichtung zum Eintragen von schlackebildenden Stoffen ansteuert und/oder die Elektrode (2) geeignet positioniert.Device for detecting the state of slag in arc furnaces (1) in which a liquid metal bath, in particular a steel bath, can be produced, which is covered with a layer of slag which at least partially envelops the arc burning between the metal bath and the electrode (2),
in particular for performing the method according to claims 1 to 9,
that has
and
the differentiating device (4) generates the n-th derivative d n i / dt n of the current intensity i (t) dependent on the time t, or a signal corresponding to the n-th derivative at predetermined times or continuously, where n is 2, Is 3 or 4,
an effective value device (5) is provided downstream of the differentiating device (4) which measures the effective value [d n i / dt n ] eff of the nth derivative d n i / dt n of the current intensity i (t) or of the signal proportional to it Forms the square mean according to formula I,
- i
- the current intensity of the current flowing through the electrode (2),
- t
- the time,
- n
- 2, 3 or 4
and - T
- the duration of integration,
the control device (7) is connected downstream of the effective value device (5) and compares the effective value [d n i / dt n ] eff with predetermined limit values within which the slag state and the amount of slag or the degree of encapsulation of the electrode (2) are optimal (slag window) , and upon detection of an effective value [d n i / dt n ] eff lying outside the slag window, emits a corresponding signal and / or one or more lances (9) for blowing carbon or coal into the slag or oxygen into the metal bath and / or controls an insertion device for the introduction of slag-forming substances and / or the electrode (2) is suitably positioned.
k0, k1 ≥ 0 sowie k2 und/oder k3 und/oder d4 > 0 gelten.Device according to one or more of claims 10 to 24, characterized in that the differentiating device (4) is designed such that it generates, as the nth derivative d n i / dt n, a signal consisting of zero to nth order increments, which corresponds to formula II,
k 0 , k 1 ≥ 0 and k 2 and / or k 3 and / or d 4 > 0 apply.
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