EP0896067B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Schlackezustandes und der Lichtbogenstabilität in Lichtbogenöfen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Schlackezustandes und der Lichtbogenstabilität in Lichtbogenöfen Download PDF

Info

Publication number
EP0896067B1
EP0896067B1 EP98114023A EP98114023A EP0896067B1 EP 0896067 B1 EP0896067 B1 EP 0896067B1 EP 98114023 A EP98114023 A EP 98114023A EP 98114023 A EP98114023 A EP 98114023A EP 0896067 B1 EP0896067 B1 EP 0896067B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
slag
fact
effective value
current
derivation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP98114023A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0896067A1 (de
Inventor
Karl-Heinz Dr.-Ing. Klein
Günter Dipl.-Ing. Paul
Vladimir Dipl.-Ing. Danilov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Badische Stahl Engineering GmbH
Original Assignee
Badische Stahl Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Badische Stahl Engineering GmbH filed Critical Badische Stahl Engineering GmbH
Publication of EP0896067A1 publication Critical patent/EP0896067A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0896067B1 publication Critical patent/EP0896067B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/08—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces heated electrically, with or without any other source of heat
    • F27B3/085—Arc furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/22—Arrangements of air or gas supply devices
    • F27B3/225—Oxygen blowing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/28—Arrangement of controlling, monitoring, alarm or the like devices

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 accepts.
  • 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.
  • d n i / dt n k 0 + k 1 ⁇ Di / dt + k 2 ⁇ d 2 i / dt 2 + k 3 ⁇ d 3 i / dt 3 + k 4 ⁇ d 4 i / dt 4 in which k 0 , k 1 , k 2 , k 3 and k 4 represent predetermined and in particular by calibration or empirically determined constant, the conditions k 0 , k 1 ⁇ 0 and k 2 and / or k 3 and / or k 4 > 0 apply.
  • 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.
  • 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 from 800 Hz to 100 kHz separated.
  • direct current furnaces it is convenient to 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 his.
  • 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 his.
  • 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 ,
  • 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.
  • the present invention a quick and reliable detection of the flaccid condition in electric arc furnaces, which makes it more economical of the arc furnace operation can be improved can.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Furnace Details (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

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.
In Lichtbogenöfen sind Elektroden auf Graphitbasis korrespondierend zu einem metallischen Ofeneinsatz angeordnet; Aufbau, Funktion und Betrieb solcher Lichtbogenöfen sind dem Fachmann geläufig.
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.
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.
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.
Unter dem Schlackezustand wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Schaumschlackezustand verstanden, bei dem die Schaumschlacke die Lichtbögen mindestens teilweise und vorzugsweise vollständig einhüllt.
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.
Eine einheitliche Erfassung und Interpretation aller physikalischen Lichtbogeneigenschaften ist allerdings aufgrund der erheblichen Komplexität der physikalischen und chemischen Vorgänge praktisch ausgeschlossen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindungskonzeption.
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.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird bei Erfassung eines Effektivwertes außerhalb des Schlackefensters, unabhängig von anderen Maßnahmen, die Elektrodenposition durch geeignete Nachführung geändert.
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.
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
    Figure 00060001
    worin bedeuten:
    i
    die Stromstärke des über die Elektrode fließenden Stroms,
    n
    2, 3 oder 4 und
    T
    die Integrationsdauer,
    und
  • 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.
Das Erfindungskonzept eignet sich gleich gut für Gleichstrom- und Drehstromlichtbogenöfen.
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.
Es ist auch möglich, die Bildung der n-ten Ableitung dni/dtn aus Inkrementen nullter bis n-ter Ordnung entsprechend der Formel II dni/dtn = k0 + k1·di/dt + k2·d2i/dt2 + k3·d3i/dt3 + k4·d4i/dt4 vorzunehmen, in der k0, k1, k2, k3 und k4 vorgegebene und insbesondere durch Eichung oder empirisch bestimmte Konstante darstellen, wobei die Bedingungen k0, k1 ≥ 0 sowie k2 und/oder k3 und/oder k4 > 0 gelten. Die Polynomentwicklung, die der Beziehung zugrundeliegt, ist außerordentlich genau an die jeweils herrschenden Verhältnisse anpaßbar und erlaubt so, besonders nach einer vorherigen Eichung nach einem unabhängigen Verfahren, eine quantitative Bestimmung der differentiellen Stromstärke.
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.
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.
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.
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;
sie ist dadurch gekennzeichnet, daß
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 oder 4 ist,
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,
Figure 00090001
worin bedeuten:
i
die Stromstärke des über die Elektrode fließenden Stroms,
t
die Zeit,
n
2, 3 oder 4 und
T
die Integrationsdauer, und
die Kontrolleinrichtung der Effektivwerteinrichtung nachgeschaltet ist und den Effektivwert [dni/dtn]eff mit vorgegebenen Grenzwerten vergleicht, innerhalb deren der Schlackezustand und die Schlackemenge bzw. der Einhüllungsgrad der Elektrode 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 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 geeignet positioniert.
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.
Durch die Stromerfassungseinrichtung wird die Stromstärke i(t) des Stroms erfaßt, der im Elektrodenkreis fließt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Hierdurch ist es möglich, das Stromsignal (in Form der 1. Ableitung) weitgehend richtungsunabhängig zu erfassen. Diese Ausführungsform ist besonders günstig für Gleichstromöfen verwendbar.
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.
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.
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.
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.
Die Effektivwerteinrichtung zur Bildung des Effektivwertes der n-ten Ableitung [dni/dtn]eff ist vorteilhaft ein Meßgleichrichter, dem ggf. ein Integrator nachgeschaltet ist.
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.
Die Kontrolleinrichtung ist vorteilhaft als adaptiver Regler ausgelegt. Durch Implementierung von Fuzzy-Logik kann die Steuer- bzw. Reglerfunktion weiter optimiert werden.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Signal wird dann der Kontrolleinrichtung 7 zugeführt, die den Effektivwert [dni/dtn]eff mit vorgegebenen Grenzwerten vergleicht.
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.
Die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine vorteilhafte Weiterbildung der Regeleinrichtung von Fig. 1 dar und eignet sich insbesondere für Gleichstromlichtbogenöfen.
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.
Ferner ist nach der Kontrolleinheit 7 eine weitere Kontrolleinheit 11 vorgesehen, die nach dem Prinzip der Fuzzy-Logik arbeitet.
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.
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.
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.
Ferner konnte der Verbrauch an Feuerfestmaterialien um etwa 0,5 kg/t verringert werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die vorliegende Erfindung eine schnelle und zuverlässige Erfassung des Schlakkezustandes in Lichtbogenöfen ermöglicht, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Lichtbogenofenbetriebes verbessert werden kann.

Claims (33)

  1. 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, durch Erzeugung eines aus der Stromstärke i(t) des über die Elektrode fließenden Stroms abgeleiteten Signals und Ermittlung des Schlackezustandes aus diesem Signal,
    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, wobei n gleich 2, 3 oder 4 ist,
    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,
    Figure 00180001
    worin bedeuten:
    i
    die Stromstärke des über die Elektrode fließenden Stroms,
    n
    2, 3 oder 4 und
    T
    die Integrationsdauer,
    und
    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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 2. Ableitung (n = 2) der Stromstärke i(t) zur Bildung des Effektivwertes herangezogen wird ([d2i/dt2]eff).
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die n-te Ableitung dni/dtn aus Inkrementen nullter bis n-ter Ordnung nach der Formel II dni/dtn = k0 + k1·di/dt + k2·d2i/dt2 + k3·d3i/dt3 + k4·d4i/dt4 erzeugt wird, in der k0, k1, k2, k3 und k4 vorgegebene und insbesondere durch Eichung oder empirisch bestimmte Konstante darstellen, wobei die Bedingungen
    k0, k1 ≥ 0 sowie k2 und/oder k3 und/oder k4 > 0
    gelten.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 zur Steuerung oder Regelung des Schlackezustandes, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erfassung eines außerhalb des Schlackefensters liegenden Effektivwertes Kohlenstoff bzw. Kohle in die Schlacke oder Sauerstoff in das Metallbad eingeblasen wird bzw. das Einblasen dieser Stoffe reduziert und/oder gestoppt wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 zur Steuerung oder Regelung des Schlackezustandes, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erfassung eines außerhalb des Schlackefensters liegenden Effektivwertes schlackenbildende Stoffe in den Lichtbogenofen eingebracht werden bzw. die Zufuhr dieser Stoffe reduziert und/oder gestoppt wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erfassung eines außerhalb des Schlackefensters liegenden Effektivwertes die Elektrodenposition entsprechend geändert wird.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das der n-ten Ableitung der Stromstärke i(t) entsprechende Signal dni/dtn vor der Bildung des Effektivwertes gefiltert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß so gefiltert wird, daß Signalkomponenten des Signals dni/dtn außerhalb des Frequenzbereichs von 800 Hz bis 100 kHz abgetrennt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Signalkomponenten außerhalb des Frequenzbereichs von 20 Hz bis 1 kHz abgetrennt werden.
  10. Vorrichtung zur Erfassung des Schlackezustandes in Lichtbogenöfen (1), in denen ein flüssiges Metallbad, insbesondere ein Stahlbad, herstellbar ist, das mit einer Schlackeschicht bedeckt ist, die den zwischen Metallbad und Elektrode (2) brennenden Lichtbogen zumindest teilweise einhüllt,
    insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9,
    die aufweist
    eine Stromerfassungseinrichtung (3), welche die Stromstärke i(t) des über die Elektrode (2) fließenden Stroms erfaßt,
    eine Differenziereinrichtung (4), die eine Ableitung der Stromstärke i(t) erzeugt,
    und
    eine Kontrolleinrichtung (7), die aus der Ableitung der Stromstärke i(t) ein dem Schlackezustand entsprechendes Signal erzeugt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    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,
    Figure 00210001
    worin bedeuten:
    i
    die Stromstärke des über die Elektrode (2) fließenden Stroms,
    t
    die Zeit,
    n
    2, 3 oder 4 und
    T
    die Integrationsdauer,
    und
    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 Schlakkefensters 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.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungseinrichtung (3) ein an zwei voneinander beabstandeten Punkten des Elektrodenkreises parallelgeschalteter Meßwiderstand ist, wobei der daran auftretende Spannungsabfall, der dem Strom i(t) entspricht, als Eingangssignal zur Differenziereinrichtung (4) gelangt, die daraus die n-te Ableitung dni/dtn der Stromstärke i(t) erzeugt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungseinrichtung (3) ein Meßtransformator ist, der ein Ausgangssignal abgibt, das der ersten Ableitung di/dt der Stromstärke i(t) entspricht, und die Differenziereinrichtung (4) so ausgebildet ist, daß sie aus dem Ausgangssignal des Meßtransformators durch Nachdifferenzieren ein der n-ten Ableitung dni/dtn der Stromstärke i(t) entsprechendes Ausgangssignal erzeugt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungseinrichtung (3) eine ein-, zweioder dreidimensionale Spule ist.
  14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungseinrichtung (3) eine Rogowski-Spule ist.
  15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenziereinrichtung (4) mit der Stromerfassungseinrichtung (3) eine funktionelle Einheit bildet bzw. mit der Stromerfassungseinrichtung (3) integriert ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 10 und/oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungseinrichtung (3) ein Hall-Generator ist.
  17. Vorrichtung nach einem der mehreren der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Effektivwerteinrichtung (5) zur Bildung des Effektivwertes der n-ten Ableitung ein Meßgleichrichter ist, dem gegebenenfalls eine Integriereinrichtung (6) nachgeschaltet ist.
  18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (7) ein Rechner bzw. ein Mikrocomputer ist, in dem die dem Schlackefenster zugeordneten Grenzwerte gespeichert oder speicherbar sind.
  19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (7) ein Display aufweist, auf dem anzeigbar ist, ob der Effektivwert der n-ten Ableitung innerhalb oder außerhalb des Schlackefensters liegt.
  20. Vorrichtung nach einem der mehreren der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (7) eine Signaleinrichtung aufweist, die ein akustisches und/oder optisches und/oder elektrisches Signal abgibt, wenn der Effektivwert der n-ten Ableitung innerhalb oder außerhalb des Schlackefensters liegt.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 19 und/oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (7) so ausgebildet ist, daß auf dem Display auch angezeigt wird, ob der Effektivwert oberhalb oder unterhalb des Schlackefensters liegt.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (7) so ausgebildet ist, daß das abgegebene Signal auch die Information beinhaltet, ob der Effektivwert oberhalb oder unterhalb des Schlakkefensters liegt.
  23. Vorrichtung nach einem der mehreren der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (7) als Steuereinrichtung mit offenem Wirkungsablauf ausgelegt ist.
  24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (7) als Regeleinrichtung mit geschlossenem Regelkreis ausgelegt ist und als Stellglieder eine oder mehrere Lanzen zum Einblasen von Kohlenstoff bzw. Kohle in die Schlacke und/oder von Sauerstoff in das Metallbad und/oder die Elektrodenpositioniereinrichtung ansteuert und den Schlackezustand über den Effektivwert [dni/dtn]eff der n-ten Ableitung des Stroms i(t) so regelt, daß der Effektivwert im Schlackefenster gehalten wird.
  25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenziereinrichtung (4) so ausgebildet ist, daß sie die 2. Ableitung d2i/dt2 des Stroms i(t) bildet.
  26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenziereinrichtung (4) so ausgebildet ist, daß sie als n-te Ableitung dni/dtn ein aus Inkrementen nullter bis n-ter Ordnung bestehendes Signal erzeugt, das der Formel II entspricht, dni/dtn = k0 + k1·di/dt + k2·d2i/dt2 + k3·d3i/dt3 + k4.d4i/dt4 in der k0, k1, k2, k3 und k4 vorgegebene und insbesondere durch Eichung oder empirisch bestimmte Konstante darstellen, für welche die Bedingungen
    k0, k1 ≥ 0 sowie k2 und/oder k3 und/oder d4 > 0 gelten.
  27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine der Differenziereinrichtung (4) nachgeschaltete Filtereinrichtung (10) aufweist, die unerwünschte Signalkomponenten ausfiltert.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung (10) so ausgebildet ist, daß sie Signalkomponenten ausfiltert, die außerhalb des Bereichs von 800 Hz bis 100 kHz liegen.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung (10) so ausgebildet ist, daß sie Signalkomponenten ausfiltert, die außerhalb des Bereichs von 20 Hz bis 1 kHz liegen.
  30. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrolleinrichtung (7) eine weitere Kontrolleinrichtung (11) nachgeschaltet oder zugeordnet ist.
  31. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (7) und/oder die ihr nachgeschaltete oder zugeordnete weitere Kontrolleinrichtung (11) ein auf Fuzzy-Logik beruhender Fuzzy-Controller ist.
  32. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Effektivwerteinrichtung (5) und die Kontrolleinrichtung(en) (7, 11) funktionell miteinander integriert sind und vorzugsweise einen Mikrocomputer darstellen.
  33. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (7, 11) so ausgelegt ist, daß sie als adaptiver Regler arbeitet.
EP98114023A 1997-07-31 1998-07-27 Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Schlackezustandes und der Lichtbogenstabilität in Lichtbogenöfen Expired - Lifetime EP0896067B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19733130 1997-07-31
DE19733130A DE19733130A1 (de) 1997-07-31 1997-07-31 Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Schlackezustandes und der Lichtbogenstabilität in Lichtbogenöfen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0896067A1 EP0896067A1 (de) 1999-02-10
EP0896067B1 true EP0896067B1 (de) 2002-11-13

Family

ID=7837574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP98114023A Expired - Lifetime EP0896067B1 (de) 1997-07-31 1998-07-27 Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Schlackezustandes und der Lichtbogenstabilität in Lichtbogenöfen

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0896067B1 (de)
AT (1) ATE227779T1 (de)
DE (2) DE19733130A1 (de)
ES (1) ES2187863T3 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2606672C2 (ru) * 2012-09-25 2017-01-10 Сименс Акциенгезелльшафт Способ уменьшения фликера в электродуговых печах и устройство для его осуществления
RU2725489C2 (ru) * 2015-06-05 2020-07-02 Хэтч Лтд. Подавление фликера на электродуговой печи

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001072090A1 (en) * 2000-03-17 2001-09-27 Specialty Minerals (Michigan) Inc. Process and apparatus for automatically controlling slag foaming
DE102016125046A1 (de) * 2016-12-20 2018-06-21 Vladimir Danilov Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Kenngröße, Prozesssteuerung, Elektroschmelzverfahren, Stranggussverfahren

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE463893B (sv) * 1987-09-28 1991-02-04 Geotronics Ab Anordning foer att detektera nivaan hos en slaggraensyta hos ett smaelt metallbad
US5115447A (en) * 1991-01-10 1992-05-19 Ucar Carbon Technology Corporation Arc furnace electrode control
ATA155793A (de) * 1993-08-04 1996-04-15 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zum herstellen einer metallschmelze und anlage zur durchführung des verfahrens
DE4425089C1 (de) * 1994-07-15 1996-01-11 Hamburger Stahlwerke Gmbh Verfahren zur Steuerung der Schaumschlackebildung im Drehstromlichtbogenofen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2606672C2 (ru) * 2012-09-25 2017-01-10 Сименс Акциенгезелльшафт Способ уменьшения фликера в электродуговых печах и устройство для его осуществления
RU2725489C2 (ru) * 2015-06-05 2020-07-02 Хэтч Лтд. Подавление фликера на электродуговой печи

Also Published As

Publication number Publication date
DE19733130A1 (de) 1999-02-04
ATE227779T1 (de) 2002-11-15
DE59806252D1 (de) 2002-12-19
EP0896067A1 (de) 1999-02-10
ES2187863T3 (es) 2003-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1412125B1 (de) Verfahren zum kurzzeit-lichtbogenschweissen sowie kurzzeit-lichtbogenschweisssystem, um hochfrequente störungen zu erkennen
DE69929654T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen
DE3824048C2 (de)
DE4090277C2 (de)
DE2840783C2 (de)
EP1332799B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Spritzen
DE19925628A1 (de) Hubzündungsschweißverfahren mit Reinigungsstufe
EP2235221A1 (de) Verfahren zum betreiben eines lichtbogenofens mit wenigstens einer elektrode, regel- und/oder steuerungseinrichtung, maschinenlesbarer programmcode, datenträger und lichtbogenofen zur durchführung des verfahrens
DE102008006965A1 (de) Verfahren zur Ermittlung eines Strahlungsmaßes für eine thermische Strahlung, Lichtbogenofen, eine Signalverarbeitungseinrichtung sowie Programmcode und ein Speichermedium zur Durchführung des Verfahrens
DE3711771C2 (de)
EP0692544B1 (de) Verfahren zur Steuerung der Schaumschlackebildung im Drehstromlichtbogenofen
EP2859126B1 (de) Verfahren und einrichtung zur bestimmung des verbrauchs an elektrodenmaterial beim betrieb eines elektrolichtbogenofens
DE102010003845B4 (de) Verfahren zur Bestimmung eines Chargierzeitpunkts zum Chargieren, von Schmelzgut in einen Lichtbogenofen, Signalverarbeitungseinrichtung, maschinenlesbarer Programmcode, Speichermedien und Lichtbogenofen
WO2014095447A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur vorhersage, steuerung und/oder regelung von stahlwerksprozessen
DE19910892A1 (de) Qualitätssicherung beim thermischen Spritzen mittels rechnerischer Überarbeitung oder Verfremdung digitaler Bilder
EP0668711B1 (de) Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung und Regelung von Massenströmen und damit korrelierten Grössen
EP0896067B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Schlackezustandes und der Lichtbogenstabilität in Lichtbogenöfen
EP2870266A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur detektion des schlackepegels in einem metallurgischen gefäss
DE69838523T2 (de) Verfahren zum Betreiben eines Hochofens
DE19748310C1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Schaumschlackenbildung in einem Lichtbogenofen
DE19801295A1 (de) Einrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens
DE4227812C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Heizleistung in einer Durchlauf-Glühanlage für metallisches Stranggut
DE3616344C2 (de)
DE102010042782B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Elektrodenabstands in einem Vakuum-Lichtbogenofen
EP3858108B1 (de) Verfahren zum betreiben eines elektrolichtbogenofens

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU NL SE

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

17P Request for examination filed

Effective date: 19990730

AKX Designation fees paid

Free format text: AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU NL SE

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

17Q First examination report despatched

Effective date: 20020228

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU NL SE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20021113

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20021113

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20021113

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20021113

REF Corresponds to:

Ref document number: 227779

Country of ref document: AT

Date of ref document: 20021115

Kind code of ref document: T

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20021113

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: GERMAN

REF Corresponds to:

Ref document number: 59806252

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20021219

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20030213

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20030213

NLV1 Nl: lapsed or annulled due to failure to fulfill the requirements of art. 29p and 29m of the patents act
REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FG2A

Ref document number: 2187863

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: T3

ET Fr: translation filed
REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FD4D

Ref document number: 0896067E

Country of ref document: IE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20030731

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20030731

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20030814

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Payment date: 20100726

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Payment date: 20100723

Year of fee payment: 13

Ref country code: IT

Payment date: 20100727

Year of fee payment: 13

Ref country code: FR

Payment date: 20100802

Year of fee payment: 13

Ref country code: DE

Payment date: 20100727

Year of fee payment: 13

Ref country code: AT

Payment date: 20100721

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20100726

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Payment date: 20100726

Year of fee payment: 13

BERE Be: lapsed

Owner name: BADISCHE *STAHL ENGINEERING G.M.B.H.

Effective date: 20110731

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20110727

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MM01

Ref document number: 227779

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20110727

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20120330

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20120201

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110801

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110731

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 59806252

Country of ref document: DE

Effective date: 20120201

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110727

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110727

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FD2A

Effective date: 20121122

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110727

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110728

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110727