EP4360406A1 - Betriebsverfahren für einen lichtbogenofen - Google Patents

Betriebsverfahren für einen lichtbogenofen

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EP4360406A1
EP4360406A1 EP22737558.1A EP22737558A EP4360406A1 EP 4360406 A1 EP4360406 A1 EP 4360406A1 EP 22737558 A EP22737558 A EP 22737558A EP 4360406 A1 EP4360406 A1 EP 4360406A1
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EP
European Patent Office
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control device
electrodes
phase
arc furnace
control
Prior art date
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EP22737558.1A
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EP4360406B1 (de
EP4360406C0 (de
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Thomas Matschullat
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Primetals Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Germany GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Germany GmbH filed Critical Primetals Technologies Germany GmbH
Publication of EP4360406A1 publication Critical patent/EP4360406A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4360406B1 publication Critical patent/EP4360406B1/de
Publication of EP4360406C0 publication Critical patent/EP4360406C0/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/144—Power supplies specially adapted for heating by electric discharge; Automatic control of power, e.g. by positioning of electrodes
    • H05B7/148—Automatic control of power
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5211—Manufacture of steel in electric furnaces in an alternating current [AC] electric arc furnace
    • 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; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
    • F27B3/08—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; 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
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/18—Heating by arc discharge
    • H05B7/20—Direct heating by arc discharge, i.e. where at least one end of the arc directly acts on the material to be heated, including additional resistance heating by arc current flowing through the material to be heated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0028—Regulation
    • F27D2019/0034—Regulation through control of a heating quantity such as fuel, oxidant or intensity of current
    • F27D2019/0037—Quantity of electric current

Definitions

  • the present invention is based on an operating method for an arc furnace
  • a control device of the arc furnace controls an energy supply device of the arc furnace with first control values, first in a melting phase and then in a flat bath phase that follows the melting phase, so that the energy supply device draws electrical energy from a supply network and electrodes of the arc furnace via a furnace transformer and also controls a positioning device of the arc furnace with second control values, so that the positioning device positions the electrodes in the melting phase relative to steel-containing material in a furnace vessel of the arc furnace in a solid aggregate state, so that in the melting phase between the electrodes and the form steel-bearing material arcs, by which the steel-bearing material is melted into a molten steel, and positioned in the flat bath phase relative to the molten steel, so that in the F pool phase between the electrodes and the molten steel, arcs form which further heat the molten steel,
  • control device determines both the first control values and the second control values during the melting phase in such a way that electrical characteristics of the electrical energy supplied to the electrodes are approximated as closely as possible
  • control device determines the first control values during the flat bath phase in such a way that the electrical see parameters are approximated as closely as possible to the corresponding target values.
  • the present invention is also based on a control program for a control device of an arc furnace, the control program comprising machine code which can be processed by the control device, the processing of the machine code by the control device causing the control device to operate an arc furnace in accordance with such an operating method.
  • the present invention is also based on a control device for an arc furnace, the control device being programmed with such a control program so that the control device operates the arc furnace in accordance with such an operating method.
  • the present invention is also based on an arc furnace
  • the arc furnace has a furnace vessel to which steel-containing material can be fed in the solid state of aggregation
  • the arc furnace has an energy supply device and electrodes as well as a furnace transformer
  • the energy supply device is connected to a supply network on the input side and is connected to the electrodes on the output side via the furnace transformer,
  • the arc furnace has a positioning device, by means of which the electrodes can be positioned in a melting phase relative to the steel-containing material and in a flat bath phase following the melting phase relative to a molten steel produced by melting the steel-containing material,
  • the arc furnace has a control device by which the energy supply device can be controlled with first control values and the positioning device can be controlled with second control values both in the melting phase and in the flat bath phase, - wherein the control device is designed as explained above.
  • An operating method for an arc furnace is also known from WO 2019/207 611 A1.
  • the energy supply device for the electrodes of the arc furnace is designed as an intermediate circuit converter.
  • the intermediate circuit converter appears to be downstream of the furnace transformer.
  • WO 2019/207 611 A1 does not go into detail about the position control of the electrodes.
  • An operating method for an arc furnace is known from EP 3124 903 A1, in which a power supply device for the electrodes and a positioning device for the electrodes are controlled together as a function of electrical operating parameters of the arc furnace.
  • US Pat. No. 5,115,447 A discloses an operating method for an electric arc furnace during the so-called drilling phase, in which the electrodes are individually checked for short circuits and breakage of the arc, and if such a condition occurs, the electrode position is tracked.
  • the electrical energy is supplied to the electrodes of the electric arc furnace via a furnace transformer.
  • the furnace transformer is often connected to the supply network via a medium-voltage transformer.
  • the furnace transformer provides several voltage levels. For the area constant power and other high-current ranges, the respective voltage level can be selected at the furnace transformer. Fine control within a specific voltage level can be done, for example, by means of impedance control.
  • the electrode currents are subject to strong fluctuations.
  • the positioning of the electrodes is controlled mechanically, usually using hydraulic adjustment devices.
  • the mechanical adjustment of the electrodes has a significantly lower dynamic than the actual behavior of the arcs.
  • the fluctuations can therefore only be compensated for insufficiently.
  • the fluctuations lead to considerable stress on the components, for example the high-current cables, the current-carrying carrying arms, the hydraulic cylinders, etc.
  • the fluctuations occur both in the melting phase and in the flat bath phase.
  • the positioning of the electrodes must be continuously readjusted.
  • the readjustment can, for example, take place in such a way that a specific impedance or a specific power is controlled.
  • the dynamics of the positioning device are relatively low compared to the changes in the electrical system of the arc, certain fluctuations remain which cannot be can be regulated. The fluctuations are increased by wave movements and currents of the molten steel. As a result, the energy input into the molten steel is not optimal.
  • the object of the present invention is to create possi possibilities by means of which a quick and high-quality regulation of the arcs is possible in a simple and reliable manner in the flat bath phase.
  • an operating method of the type mentioned at the outset is designed in that the control device determines the second control values during the flat bath phase either completely independently of the electrical parameters or only as a function of the electrical parameters if the control device detects the danger based on the electrical parameters detects an arc break and/or a short circuit.
  • the first control values are thus determined by the control device during the flat bath phase—as in the prior art—in such a way that the electrical parameters are approximated as closely as possible to the corresponding setpoint values.
  • the second control values are determined independently of the electrical parameters, except when there is a risk of special operating states, which must be avoided at all costs. As a result, the electrode voltages and the electrode currents are tracked exclusively by adapting the activation of the energy supply device.
  • the electrical characteristics of the electrical energy supplied to the electrodes can be determined as required.
  • the electrical parameters can be the electrode currents.
  • the active currents in particular come into consideration as electrode currents.
  • the electrical parameters can also be the reactive currents and/or the apparent currents.
  • the electrical parameters can be the electrical power.
  • the active powers in particular come into question as powers. In individual cases, however, the electrical parameters can also be the reactive power and/or the apparent power.
  • the voltages applied to the electrodes and thus also the currents supplied to the electrodes are generally alternating quantities, ie alternating voltages and alternating currents.
  • Alternating variables can be characterized by their amplitude, their frequency and their course during a period (e.g. sinusoidal, triangular, sawtooth, rectangular, etc.). The course over time is preferably sinusoidal.
  • the amplitude must always be set appropriately.
  • the frequency can be kept constant in some cases. In other cases, however, it is preferable for the control device to determine the first control values during the flat bath phase in such a way that, in order to approximate the electrical parameters
  • a frequency of the electrode currents supplied to the electrodes and/or of the electrode voltages applied to the electrodes is also varied in accordance with the corresponding setpoint values. This approach offers greater flexibility in optimizing the operation of the arc furnace.
  • the frequency of the electrode currents supplied to the electrodes and/or of the electrode voltages applied to the electrodes in the flat bath phase is preferably lower than a base frequency of the supply network. This procedure has proven to be particularly advantageous in tests.
  • the electrodes are spaced apart from the surface of the molten steel. Consequently, the arcs have a base length at the beginning of the flat bath phase.
  • the control device In some situations it is advantageous for the control device to move the electrodes towards the molten steel during the flat bath phase, so that the arcs only have a remaining length that is smaller than the base length after moving towards the molten steel. In order to avoid the risk of a short circuit, a certain minimum length should not be undercut. For this reason, the remaining length is preferably at least 20% of the base length.
  • the base length can be determined or at least estimated using the electrical parameters as they exist at the beginning of the flat bath phase. It is possible that this determination/assessment is done intellectually by a person. However, it is preferably carried out by the control device.
  • control program with the features of claim 9.
  • the processing of the machine code by the control device causes the control device to operate an electric arc furnace in accordance with an operating method according to the invention.
  • control device having the features of claim 10.
  • the control device is programmed with a control program according to the invention, so that the control device operates the electric arc furnace in accordance with an operating method according to the invention.
  • control device is designed as a control device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an arc furnace
  • FIG. 7 shows a modification of FIG. 6,
  • FIG. 12 shows a modification of FIG. 5
  • an arc furnace has a furnace vessel 1 .
  • Steel-containing material 2 can be fed to the furnace vessel 1--see FIG.
  • the steel-containing material 2 is the Ofenge vessel 1 supplied in a solid state.
  • the steel-containing material 2 can be scrap, for example.
  • the arc furnace also has an energy supply device 3 .
  • the energy supply device 3 is connected to a supply network 4 on the input side.
  • the supply network 4 is usually a medium-voltage network that has a nominal voltage in the 2-digit kV range and is operated at a base frequency f0 (see FIG. 11).
  • the base frequency f0 is usually 50 Hz or 60 Hz.
  • the supply network 4 is, as shown in FIG. 1, usually a three-phase network.
  • the arc furnace also has a furnace transformer 5 and electrodes 6 .
  • the power supply device 3 is connected on the output side to the 6 via the furnace transformer 5 with the electric.
  • a plurality of electrodes 6 are present and the furnace transformer 5 is further formed as a three-phase current transformer.
  • the electrode voltages U applied to the electrodes 6 are significantly below the nominal voltage of the supply network 4.
  • the electrode voltage U is only shown for one of the electrodes 6 in FIG.
  • the electrode voltages U are usually in the range of several 100 V. In individual cases, voltages above 1 kV are also possible. However, 2 kV is generally not exceeded.
  • switching devices are also available, by means of which the energy supply device 3 from the supply supply network 4 can be separated. Furthermore, switching devices can be present by means of which the energy supply device 3 can be separated from the furnace transformer 5 and/or the furnace transformer 5 from the electrodes 6 .
  • the switching devices perform purely binary switching operations, but no adjustment of voltages and currents. Furthermore, 5 active or passive filter devices can be arranged on the primary or secondary side of the furnace transformer. The switching devices and also the filter devices are of secondary importance for the mode of operation according to the invention and are therefore not shown in FIG. 1 (and also the other FIGs) for the sake of clarity.
  • the energy supply device 3 can obtain electrical energy from the supply network 4 and supply the electrical energy obtained to the electrodes 6 via the furnace transformer 5 .
  • the energy supply device 3 generally has a large number of semiconductor switches. Possible configurations of the energy supply device 3 are described in WO 2015/176899 A1 ("Gold Standard"). Alternatively, for example, the configurations according to EP 3124 903 A1 or EP 1026 921 A1 can also be used. Regardless of the specific configuration of the energy supply device 3, however, the energy supply device 3 is able on the output side - i.e. towards the furnace transformer 5 - to carry out a quasi-continuous gradation of the electrode voltages U applied to the electrodes 6 and/or the electrode currents I supplied to the electrodes 6. Analogous to the representation for the Electrode voltages U, the electrode current I in FIG. 1 is also shown for only one of the electrodes 6.
  • the arc furnace has a positioning device 7 .
  • the electrodes 6 can be positioned by means of the positioning device 7, as indicated by a double arrow 8 next to one of the electrodes 6 in FIG.
  • the positioning device 7 can have, for example, one or more hydraulic cylinder units.
  • the arc furnace has a control device 9 .
  • the energy supply device 3 and the positioning device 7 are (at least) controlled by the control device 9 .
  • the control device 9 thus generates first control values A1, with which it controls the energy supply device 3, and second control values A2, with which it controls the positioning device 7.
  • the energy supply device 3 and the positioning device 7 are operated in accordance with the respective control values A1, A2.
  • the control device 9 is designed as a software-programmable control device. This is indicated in FIG. 1 by the indication "mR" (for microprocessor-controlled). The mode of action and operation of the control device 9 is thus determined by a control program 10 with which the control device 9 is programmed can be processed by the control device 9. The processing of the machine code 11 by the control device 9 causes the control device 9 to operate the arc furnace according to an operating method, as will be explained in more detail below in connection with the other figures.
  • Step S1 is therefore only shown in broken lines in FIG.
  • the charging of the steel-containing material 2 is followed by a melting phase of the electric arc furnace.
  • the melting phase includes steps S2 to S4.
  • a flat bath phase follows the melting phase.
  • the shallow bath phase includes steps S5 through S7.
  • control device 9 determines the first control values A1 for the energy supply device 3 and the second control values A2 for the positioning device 7 in step S2. The determination takes place in accordance with FIG. 4 in corresponding determination blocks 12 and 13. In step S3 the control device 9 controls the Energy supply device 3 and the positioning device 7 according to the determined control values A1, A2.
  • the first control values A1 are determined in such a way that the energy supply device 3 draws electrical energy from the supply network 4 on the basis of the corresponding control and feeds it to the electrodes 6 via the furnace transformer 5 .
  • the second activation values A2 are determined in such a way that the positioning device 7 positions the electrodes 6 relative to the steel-containing material 2 .
  • the determination of the first control values A1 and the second control values A2 by the control device 9 is matched to one another in such a way that arcs 14 (see FIG. 2) form between the electrodes 6 and the steel-containing material 2. Through the arcs 14, the stahlhal term material 2 is melted and so gradually a molten steel 15 (FIG 5) generated.
  • the control device 9 is supplied with parameters U, I, P of the electrical energy supplied to the electrodes 6.
  • the parameters U, I, P can be, for example, the electrode voltages U and/or the electrode currents I and/or values derived therefrom.
  • Another derived value can result from the time profile of electrode voltages U and electrode currents I.
  • Such values are, for example, the active current, the active power, the apparent power, the reactive current and the reactive power.
  • the parameters can be given or derived for the entirety of the electrodes 6 or individually for the respective electrode 6 .
  • the control device 9 is also supplied with target variables U*, I*, P* for the characteristic variables U, I, P, for example target variables U*, I* for the electrode voltages U and/or or the electrode currents I or other suitable reference values (for example a reference value P* for the power P). Both the parameters U, I, P and the target values U*, I*, P* are supplied to the two determination blocks 12, 13 in the melting phase.
  • the control device 9 determines the first control values A1 and the second control values A2. The determination takes place in both determination blocks 12, 13 in such a way that the electrical parameters U, I, P are approximated as closely as possible to the corresponding setpoint values U*, I*, P*.
  • This procedure and thus the implementation of step S2 is generally known to those skilled in the art. It therefore does not need to be explained in more detail.
  • step S4 the control device 9 checks whether the melting phase has ended.
  • the melting phase is complete when the molten steel 15 has formed a continuous horizontal surface completely or at least essentially as shown in FIG. Either the steel-containing material 2 is completely melted or the elements of the steel-containing material 2 that have not yet melted are located completely under the surface of the steel melt 15 or the elements of the steel-containing material 2 that have not yet melted protrude only slightly above the surface of the steel melt 15 out. Furthermore can on the surface of the molten steel 15 a slag layer 16 have formed.
  • control device 9 It is possible for the control device 9 to evaluate actual variables of the electric arc furnace that have been recorded by measurement as part of the check as to whether the melting phase has ended. For example, it is possible for the control device 9 to evaluate the electrode currents I and/or the electrode voltages U, in particular their fluctuations.
  • the Steuereinrich device 9 can evaluate acoustic variables of the arc furnace, for example the noise level or the acoustic spectrum of the noise generated. Alternatively, it is possible for an operator (not shown) to specify to the control device 9 that the melting phase has ended.
  • step S2 If the melting phase has not yet ended, the controller 9 returns to step S2. On the other hand, when the melting phase has ended, the control device 9 goes to the shallow bath phase and thus to step S5.
  • control device 9 determines the first control values A1 for the energy supply device 3 and the second control values A2 for the positioning device 7 in step S5. In step S6 the control device 9 controls the energy supply device 3 and the positioning device 7 according to the determined control values Al, A2 on.
  • the first control values A1 are determined in such a way that the energy supply device 3 draws electrical energy from the supply network 4 on the basis of the corresponding control and feeds it to the electrodes 6 via the furnace transformer 5 .
  • the second control values A2 are determined in such a way that the positioning device 7 positions the electrodes 6 relative to the molten steel 15 .
  • the procedure for steps S5 and S6 corresponds to the procedure for steps S2 and S3.
  • the procedure of steps S5 and S6 also corresponds to the procedure of steps S2 and S3 in that the first control values A1 and the second control values A2 are matched to one another in such a way that arcs 14 form.
  • the arcs 14 form in the flat bath phase, however, as shown in FIG. 5, between the electrodes 6 and the molten steel 15 .
  • the molten steel 15 is further heated up by the arcs 14 .
  • the control device 6 is also supplied with the parameters U, I, P of the electrical energy supplied to the electrodes 6 and the associated setpoint variables U*, I*, P*.
  • the parameters U, I, P and the associated setpoint values U*, I*, P* are only supplied to the determination block 12 within the control device 9 .
  • the control device 9 thus continues to determine the first control values A1 in such a way that the electrical parameters U, I, P are approximated as closely as possible to the corresponding setpoint values U*, I*, P*.
  • the control device 9 uses the determination block 17 to determine the second control values A2 in the flat bath phase. In particular, it is possible for the control device 9 to determine the second control values A2 completely independently of the electrical parameters U, I, P, as shown in FIG. In this case it is possible that the determination block 17 according to the illustration in FIG. 6 is not supplied with the electrical parameters U, I, P at all. Instead, the control device 9 can determine the second control values A2 on the basis of another internal determination or on the basis of external specifications V (for example specifications that originate from an operator).
  • step S7 the control device 9 checks whether the flat bath phase has ended. It is possible for the control device 9 to evaluate measured actual values of the arc furnace as part of the check as to whether the flat bath phase has ended. Alternatively, it is possible for the operator to tell the control device 9 that the shallow bath phase has ended.
  • step S8 the steel melt ze 15 produced is removed from the furnace vessel 1, for example poured into a ladle (not shown). This process can, but does not have to, take place under the control of the control device 9 . Step S8 is therefore only shown in dashed lines in FIG. 3—similar to step S1.
  • step S8 With the execution of step S8, a complete cycle in the operation of the arc furnace is completed. A new cycle can therefore be started, beginning with step S1.
  • the second control values are determined, as already mentioned, independently of the electrical parameters U, I, P.
  • the second control values A2 from the determination block 17 can be generally independent of the electrical parameters U, I, P can be determined, but can still be taken into account under special circumstances.
  • the corresponding electrical parameters U, I, P are supplied to the determination block 17 in accordance with the representation in FIG. A supply of the corresponding setpoint values U*, I*,
  • the determination block 17 (and because the determination block 17 is part of the control device 9, as a result the control device 9) checks in this case whether the electrical characteristics U, I, P he fill predetermined conditions or not. In particular, the determination block 17 checks in this case whether, based on the electrical parameters U,
  • FIG. 8 shows the procedure in the flat bath phase.
  • the procedure before in the melt phase can be unchanged.
  • step Sil the control device 9 checks whether it recognizes the risk of an arc break.
  • the control device 9 evaluates the electrical parameters U, I, P as part of the check in step Sil. If the control device 9 detects the risk of an arc breaking, it goes to a step S12.
  • step S12 the control device 9 determines the first control values A1 and the second control values A2 such that the risk of the arc breaking is counteracted. For example, the control device 9 can vary the first actuation values A1 such that the electrode voltages U are increased, and the second actuation values A2 can vary such that the electrodes 6 are lowered in the direction of the molten steel 15 .
  • step S13 the control device 9 checks whether it recognizes the risk of a short circuit. As part of the check of step S13, the control unit evaluates direction 9 also the electrical parameters U, I, P. If the control device 9 detects the risk of a short circuit, it goes to a step S14. In step S14, the control device 9 determines the first control values A1 and the second control values A2 such that the risk of a short circuit is counteracted.
  • control device 9 can vary the first control values A1 in such a way that the electrode voltages U are reduced, and in particular the second control values A2 can be varied in such a way that the electrodes 6 are raised in the direction away from the molten steel 15 .
  • step S13 If the control device 9 does not recognize the risk of a short circuit in step S13, the control device 9 goes to step S5.
  • step S5 the first control values A1 and the second control values A2 are determined in the manner already explained in connection with FIG.
  • step S12 the control device 9 next moves to step S6, in which it controls the energy supply device 3 and the positioning device 4 according to the determined first and second control values Al, drives A2. Then the controller goes to step S7. From there, there is either a transition to step S8 or the control device 9 returns to step Sil.
  • the parameters U, I, P can be selected in different ways. For example, according to the representation in FIG. 9, it is possible that—at least during the flat bath phase—the electrical parameters U, I, P are the electrode currents I. Alternatively, according to the illustration in FIG. 10, it is possible for the electrical parameters U, I, P to be the electrical power P—at least during the flat bath phase.
  • the determination block 12 can be preceded by a supplementary block 18 .
  • the supplementary block 18 can Voltages U and the electrode currents I are supplied.
  • the supplementary block 18 determines, for example, the instantaneous power instantaneously or the average electrical power over a period of the electrode voltages U and outputs the determined value as an electrical parameter P to the determination block 12 .
  • control device 9 determines the first control values A1 during the flat bath phase in such a way that a frequency f of the electrode voltages U (or correspondingly a frequency f of the electrode currents I) is varied. This is indicated in FIG. 11 by the fact that a corresponding period duration T is varied. The variation in the period duration T and the corresponding frequency f is indicated by a double arrow 19 in FIG. It is done for the purpose of approximating the electrical parameters U, I, P to the corresponding setpoint values U*, I*, P*.
  • the frequency f is preferably varied in a range which is between 70% and 90% of the base frequency f0, in particular between 75% and 85% of the base frequency f0.
  • the arcs 14 have a base length L0 as shown in FIG.
  • the control device 9 moves the electrodes 6 towards the molten steel 15 during the flat bath phase.
  • the arcs 14 according to FIG. 12 only have a remaining length LR.
  • the remaining length LR is smaller than the base length L0.
  • the base length L0 can be made known to the control device 9 in various ways.
  • the base length L0 of the control device 9 can be set by the operator be specified.
  • the control device 9 determines the base length L0 in step S21 using the electrical parameters U, I, P as they exist at the beginning of the flat bath phase. Appropriate procedures are known to those skilled in the art.
  • Step S21 if present, is executed only once. It is therefore not included in the loop of steps S5 to S7. This also applies in an analogous manner if steps S11 to S14 are present.
  • control device 9 determines the remaining length LR using the base length L0. Alternatively, it is possible for the control device 9 to determine only a minimum permissible value for the remaining length LR, or for the control device 9 to be given a corresponding minimum permissible value for the remaining length LR. In this case, it is possible for the control device 9 to continue moving the electrodes 6 until the control device 9 recognizes optimized operation of the arc furnace based on an evaluation of the parameters U, I, P or the residual length RL reaches the minimum permissible value.
  • step S5 is implemented in this case in such a way that the first control values A1 are determined as already explained, but the second control values A2 are determined in such a way that the length of the arcs 14, starting from the base length L0, is reduced.
  • the energy efficiency of the arc furnace can be improved in some operating states of the arc furnace.
  • the present invention has many advantages. In particular, however, the mechanical load on the positioning device 7 can be reduced and the energy efficiency during operation of the arc furnace can continue to be improved.
  • the invention was illustrated and described in detail by the preferred exemplary embodiment, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variants can be derived from this by a person skilled in the art without leaving the protective scope of the invention.

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Abstract

Eine Steuereinrichtung (9) eines Lichtbogenofens steuert in einer Schmelzphase und danach in einer Flachbadphase eine Energieversorgungseinrichtung (3) mit ersten Ansteuerwerten (Al) an, so dass diese elektrische Energie über einen Ofentransformator (5) Elektroden (6) des Lichtbogenofens zuführt. Sie steuert in beiden Phasen weiterhin eine Positioniereinrichtung (7) mit zweiten Ansteuerwerten (A2) an, so dass diese die Elektroden (6) in der Schmelzphase relativ zu noch ungeschmolzenem stahlhaltigem Material (2) und in der Flachbadphase relativ zu der Stahlschmelze (15) positioniert. Dadurch bilden sich in beiden Phasen Lichtbögen (14) aus, durch welche das stahlhaltige Material (2) geschmolzen wird bzw. die Stahlschmelze (15) weiter aufgeheizt wird. Während der Schmelzphase werden sowohl die ersten Ansteuerwerte (Al) als auch die zweiten Ansteuerwerte (A2) derart ermittelt, dass elektrische Kenngrößen (U, I, P) der den Elektroden (6) zugeführten elektrischen Energie korrespondierenden Sollgrößen (U*, I*, P*) so weit wie möglich angenähert werden. In der Flachbadphase gilt dies nur für die ersten Ansteuerwerte (Al). Die zweiten Ansteuerwerte (A2) hingegen werden entweder völlig unabhängig von den elektrischen Kenngrößen (U, I, P) ermittelt oder nur dann in Abhängigkeit von den elektrischen Kenngrößen (U, I, P) ermittelt, wenn aufgrund der elektrischen Kenngrößen (U, I, P) die Gefahr eines Lichtbogenabrisses und/oder eines Kurzschlusses erkannt wird.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung
Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfah ren für einen Lichtbogenofen,
- wobei eine Steuereinrichtung des Lichtbogenofens zunächst in einer Schmelzphase und sodann in einer sich an die Schmelzphase anschließenden Flachbadphase eine Energiever sorgungseinrichtung des Lichtbogenofens mit ersten Ansteu erwerten ansteuert, so dass die Energieversorgungseinrich tung elektrische Energie aus einem Versorgungsnetz bezieht und über einen Ofentransformator Elektroden des Lichtbogen ofens zuführt, und weiterhin eine Positioniereinrichtung des Lichtbogenofens mit zweiten Ansteuerwerten ansteuert, so dass die Positioniereinrichtung die Elektroden in der Schmelzphase relativ zu in einem Ofengefäß des Lichtbogen ofens befindlichem stahlhaltigem Material in festem Aggre gatszustand positioniert, so dass sich in der Schmelzphase zwischen den Elektroden und dem stahlhaltigen Material Lichtbögen ausbilden, durch welche das stahlhaltige Materi al zu einer Stahlschmelze geschmolzen wird, und in der Flachbadphase relativ zu der Stahlschmelze positioniert, so dass sich in der Flachbadphase zwischen den Elektroden und der Stahlschmelze Lichtbögen ausbilden, durch welche die Stahlschmelze weiter aufgeheizt wird,
- wobei die Steuereinrichtung während der Schmelzphase sowohl die ersten Ansteuerwerte als auch die zweiten Ansteuerwerte derart ermittelt, dass elektrische Kenngrößen der den Elektroden zugeführten elektrischen Energie korrespondie renden Sollgrößen so weit wie möglich angenähert werden,
- wobei die Steuereinrichtung während der Flachbadphase die ersten Ansteuerwerte derart ermittelt, dass die elektri- sehen Kenngrößen den korrespondierenden Sollgrößen so weit wie möglich angenähert werden.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Steu erprogramm für eine Steuereinrichtung eines Lichtbogenofens, wobei das Steuerprogramm Maschinencode umfasst, der von der Steuereinrichtung abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung einen Lichtbogenofen gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steu ereinrichtung eines Lichtbogenofens, wobei die Steuereinrich tung mit einem derartigen Steuerprogramm programmiert ist, so dass die Steuereinrichtung den Lichtbogenofen gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Licht bogenofen,
- wobei der Lichtbogenofen ein Ofengefäß aufweist, dem stahl haltiges Material in festem Aggregatszustand zuführbar ist,
- wobei der Lichtbogenofen eine Energieversorgungseinrichtung und Elektroden sowie einen Ofentransformator aufweist,
- wobei die Energieversorgungseinrichtung eingangsseitig mit einem Versorgungsnetz verbunden ist und ausgangsseitig über den Ofentransformator mit den Elektroden verbunden ist,
- wobei der Lichtbogenofen eine Positioniereinrichtung auf weist, mittels derer die Elektroden in einer Schmelzphase relativ zum stahlhaltigen Material und in einer sich an die Schmelzphase anschließenden Flachbadphase relativ zu einer durch Schmelzen des stahlhaltigen Materials erzeugten Stahlschmelze positionierbar sind,
- wobei der Lichtbogenofen eine Steuereinrichtung aufweist, von der sowohl in der Schmelzphase als auch in der Flach badphase die Energieversorgungseinrichtung mit ersten An steuerwerten ansteuerbar ist und die Positioniereinrichtung mit zweiten Ansteuerwerten ansteuerbar ist, - wobei die Steuereinrichtung so wie obenstehend erläutert ausgebildet ist.
Stand der Technik
Die genannten Gegenstände sind allgemein bekannt. Beispiels weise kann auf die WO 2015/176 899 Al verwiesen werden. Auch die EP 1026 921 Al und die EP 3124 903 Al können in diesem Zusammenhang genannt werden.
Auch aus der WO 2019/207 611 Al ist ein Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen bekannt. Bei diesem Betriebsverfahren ist die Energieversorgungseinrichtung für die Elektroden des Lichtbogenofens als Zwischenkreisumrichter ausgebildet. Der Zwischenkreisumrichter scheint dem Ofentransformator nachge ordnet zu sein. Die WO 2019/207 611 Al geht nicht näher auf die Positionsregelung der Elektroden ein.
Aus der EP 3124 903 Al ist ein Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen bekannt, bei dem eine Energieversorgungsein richtung für die Elektroden und eine Positioniereinrichtung für die Elektroden gemeinsam in Abhängigkeit von elektrischen Betriebsgrößen des Lichtbogenofens angesteuert werden.
Aus der US 5115 447 A ist ein Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen während der sogenannten Bohrphase bekannt, bei dem die Elektroden einzeln auf Kurzschluss und auf Abriss des Lichtbogens überprüft werden und bei Auftreten eines derarti gen Zustands die Elektrodenposition nachgeführt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Beim Schmelzen von Stahl in einem Lichtbogenofen erfolgt die Zufuhr der elektrischen Energie zu den Elektroden des Licht bogenofens über einen Ofentransformator. Oftmals ist der Ofentransformator über einen Mittelspannungstransformator an das Versorgungsnetz angeschlossen. Der Ofentransformator stellt mehrere Spannungsstufen zur Verfügung. Für den Bereich konstanter Leistung und andere Hochstrombereiche kann die je weilige Spannungsstufe am Ofentransformator gewählt werden. Eine Feinregelung innerhalb einer bestimmten Spannungsstufe kann beispielsweise mittels einer Impedanzregelung erfolgen.
Bei dieser Vorgehensweise sind nur einige wenige Spannungs stufen möglich, und die Elektrodenströme unterliegen starken Schwankungen. Zur Reduzierung der Schwankungen werden die Po sitionierungen der Elektroden mechanisch geregelt, meist über hydraulische Verstelleinrichtungen. Das mechanische Verstel len der Elektroden weist eine erheblich geringere Dynamik auf als das reale Verhalten der Lichtbögen. Die Schwankungen kön nen daher nur unzureichend ausgeregelt werden. Weiterhin füh ren die Schwankungen zu erheblichen Belastungen der Bauteile, beispielsweise der Hochstromkabel, der stromführenden Tragar me, der Hydraulikzylinder usw. Die Schwankungen treten sowohl in der Schmelzphase als auch in der Flachbadphase auf.
In der Flachbadphase werden an die Elektroden in der Regel relativ geringe Spannungen angelegt und werden weiterhin die Elektroden relativ nahe an der Oberfläche der Stahlschmelze positioniert. Dadurch stellen sich hohe Ströme ein. Gleich zeitig werden Wärmeverluste zuverlässig über die Schaumschla cke abgeschirmt. Je nach Leistungsniveau des Lichtbogenofens oder bei der Erzeugung bestimmter Stähle (insbesondere von rostfreien Stählen und Edelstählen) werden die Lichtbögen je doch nur teilweise oder gar nicht von der Schaumschlacke ein gehüllt. Dadurch sinkt die Energieeffizienz des Lichtbogen ofens.
Bei der Einstellung der Elektrodenspannung über die Span nungsstufen des Ofentransformators muss die Positionierung der Elektroden laufend nachgeregelt werden. Die Nachregelung kann beispielsweise derart erfolgen, dass auf eine bestimmte Impedanz oder eine bestimmte Leistung geregelt wird. Da die Dynamik der Positioniereinrichtung jedoch im Vergleich zu den Veränderungen im elektrischen System des Lichtbogens relativ niedrig ist, verbleiben gewisse Schwankungen, die nicht aus- geregelt werden können. Die Schwankungen werden durch Wellen bewegungen und Strömungen der Stahlschmelze noch vergrößert. Dadurch ist die Energieeinbringung in die Stahlschmelze nicht optimal .
Aus den Dokumenten des Standes der Technik, insbesondere aus der WO 2015/176899 Al und der EP 3124 903 Al und in be grenztem Umfang auch aus der EP 1026 921 Al, sind Vorgehens weisen bekannt, bei denen die Elektrodenspannungen kontinu ierlich eingestellt werden können. Diese Ausgestaltungen bie ten gegenüber einer Einstellung der Elektrodenspannung über Spannungsstufen des Ofentransformators erhebliche Vorteile. Zum einen können die Elektrodenspannungen nicht nur stufen weise, sondern kontinuierlich variiert werden. Zum anderen kann der Ofentransformator einfacher ausgebildet sein, weil er nicht mehrere Spannungsstufen zur Verfügung stellen muss. Weiterhin werden durch diese Ausgestaltungen weitere Arten der Regelung ermöglicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mög lichkeiten zu schaffen, mittels derer in der Flachbadphase auf einfache und zuverlässige Art und Weise eine schnelle und qualitativ hochwertige Regelung der Lichtbögen möglich ist.
Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkma len des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs ge nannten Art dadurch ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung während der Flachbadphase die zweiten Ansteuerwerte entweder völlig unabhängig von den elektrischen Kenngrößen ermittelt oder nur dann in Abhängigkeit von den elektrischen Kenngrößen ermittelt, wenn die Steuereinrichtung aufgrund der elektri schen Kenngrößen die Gefahr eines Lichtbogenabrisses und/oder eines Kurzschlusses erkennt. Die ersten Ansteuerwerte werden von der Steuereinrichtung während der Flachbadphase also - so wie im Stand der Technik auch - derart ermittelt, dass die elektrischen Kenngrößen den korrespondierenden Sollgrößen so weit wie möglich angenähert werden. Die zweiten Ansteuerwerte hingegen werden - außer bei Gefahr von besonderen Betriebszuständen, die unbedingt ver mieden werden müssen - unabhängig von den elektrischen Kenn größen ermittelt. Im Ergebnis erfolgt somit das Nachführen der Elektrodenspannungen und der Elektrodenströme ausschließ lich durch Anpassung der Ansteuerung der Energieversorgungs einrichtung .
Die elektrischen Kenngrößen der elektrischen Energie, die den Elektroden zugeführt wird, können nach Bedarf bestimmt sein. Beispielsweise können die elektrischen Kenngrößen die Elekt rodenströme sein. Als Elektrodenströme kommen insbesondere die Wirkströme in Frage. Im Einzelfall können die elektri schen Kenngrößen aber auch die Blindströme und/oder die Scheinströme sein. Alternativ können die elektrischen Kenn größen die elektrischen Leistungen sein. Als Leistungen kom men insbesondere die Wirkleistungen in Frage. Im Einzelfall können die elektrischen Kenngrößen aber auch die Blindleis tungen und/oder die Scheinleistungen sein.
Die an die Elektroden angelegten Spannungen und damit auch die den Elektroden zugeführten Ströme sind in aller Regel Wechselgrößen, also Wechselspannungen und Wechselströme. Wechselgrößen können durch ihre Amplitude, ihre Frequenz und ihren Verlauf während einer Periode (beispielsweise sinusför mig, dreieckförmig, sägezahnförmig, rechteckförmig usw.) cha rakterisiert werden. Der zeitliche Verlauf ist vorzugsweise sinusförmig .
Die Amplitude muss stets geeignet eingestellt werden. Die Frequenz kann in manchen Fällen konstant gehalten werden. In anderen Fällen ist es aber vorzuziehen, dass die Steuerein richtung während der Flachbadphase die ersten Ansteuerwerte derart ermittelt, dass zum Annähern der elektrischen Kenngrö- ßen an die korrespondierenden Sollgrößen auch eine Frequenz von den Elektroden zugeführten Elektrodenströmen und/oder von an die Elektroden angelegten Elektrodenspannungen variiert wird. Diese Vorgehensweise bietet eine größere Flexibilität bei der Optimierung des Betriebs des Lichtbogenofens.
Vorzugsweise ist die Frequenz der den Elektroden zugeführten Elektrodenströme und/oder der an die Elektroden angelegten Elektrodenspannungen in der Flachbadphase kleiner als eine Basisfrequenz des Versorgungsnetzes. Diese Vorgehensweise hat sich in Versuchen als besonders vorteilhaft erwiesen.
Zu Beginn der Flachbadphase sind die Elektroden von der Ober fläche der Stahlschmelze beabstandet. Demzufolge weisen die Lichtbögen zu Beginn der Flachbadphase eine Basislänge auf.
In manchen Situationen ist es vorteilhaft, dass die Steuer einrichtung die Elektroden während der Flachbadphase auf die Stahlschmelze zu verfährt, so dass die Lichtbögen nach dem Verfahren auf die Stahlschmelze zu nur noch eine Restlänge aufweisen, die kleiner als die Basislänge ist. Um die Gefahr eines Kurzschluss zu vermeiden, sollte eine gewisse Mindest länge aber nicht unterschritten werden. Aus diesem Grund be trägt die Restlänge vorzugsweise mindestens 20 % der Basis länge.
Die Basislänge kann anhand der elektrischen Kenngrößen, wie sie zu Beginn der Flachbadphase vorliegen, ermittelt bzw. zu mindest abgeschätzt werden. Es ist möglich, dass diese Er mittlung/Abschätzung intellektuell durch eine Person erfolgt. Vorzugsweise aber erfolgt sie durch die Steuereinrichtung.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung, dass die Steuereinrichtung einen Lichtbogenofen gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt. Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Steuerpro gramm programmiert, so dass die Steuereinrichtung den Licht bogenofen gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren be treibt.
Die Aufgabe wird weiterhin durch einen Lichtbogenofen mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung als erfindungsgemäße Steuereinrichtung aus gebildet .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
FIG 1 ein Blockschaltbild eines Lichtbogenofens,
FIG 2 ein Ofengefäß während einer Schmelzphase,
FIG 3 ein Ablaufdiagramm,
FIG 4 die Wirkungsweise einer Steuereinrichtung in der
Schmelzphase,
FIG 5 das Ofengefäß während einer Flachbadphase,
FIG 6 die Wirkungsweise der Steuereinrichtung in der
Flachbadphase,
FIG 7 eine Modifikation von FIG 6,
FIG 8 ein Ablaufdiagramm,
FIG 9 einen Ermittlungsblock,
FIG 10 einen Ermittlungsblock und einen Ergänzungsblock,
FIG 11 ein Zeitdiagramm,
FIG 12 eine Modifikation von FIG 5,
FIG 13 ein Zeitdiagramm und
FIG 14 ein Ablaufdiagramm. Beschreibung der Ausführungsformen
Gemäß FIG 1 weist ein Lichtbogenofen ein Ofengefäß 1 auf. Dem Ofengefäß 1 kann - siehe FIG 2 - stahlhaltiges Material 2 zu geführt werden. Das stahlhaltige Material 2 wird dem Ofenge fäß 1 in festem Aggregatszustand zugeführt. Es kann sich bei dem stahlhaltigen Material 2 beispielsweise um Schrott han deln.
Der Lichtbogenofen weist weiterhin eine Energieversorgungs einrichtung 3 auf. Die Energieversorgungseinrichtung 3 ist eingangsseitig mit einem Versorgungsnetz 4 verbunden. Das Versorgungsnetz 4 ist in der Regel ein Mittelspannungsnetz, das eine Nennspannung im 2-stelligen kV-Bereich aufweist und mit einer Basisfrequenz fO (siehe FIG 11) betrieben wird. Die Basisfrequenz fO liegt in der Regel bei 50 Hz oder 60 Hz. Das Versorgungsnetz 4 ist entsprechend der Darstellung in FIG 1 in der Regel ein Drehstromnetz.
Der Lichtbogenofen weist weiterhin einen Ofentransformator 5 und Elektroden 6 auf. Die Energieversorgungseinrichtung 3 ist ausgangsseitig über den Ofentransformator 5 mit den Elektro den 6 verbunden. In der Regel sind entsprechend der Darstel lung in FIG 1 mehrere Elektroden 6 vorhanden und ist weiter hin der Ofentransformator 5 als Drehstromtransformator ausge bildet. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen möglich, insbesondere eine einphasige Ausgestaltung. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung liegen an die Elektroden 6 ange legte Elektrodenspannungen U jedoch deutlich unterhalb der Nennspannung des Versorgungsnetzes 4. Die Elektrodenspannung U ist in FIG 1 nur für eine der Elektroden 6 dargestellt. Meist liegen die Elektrodenspannungen U im Bereich von mehre ren 100 V. Im Einzelfall sind auch Spannungen oberhalb von 1 kV möglich. 2 kV werden in aller Regel aber nicht überschrit ten.
In der Regel sind weiterhin Schalteinrichtungen vorhanden, mittels derer die Energieversorgungseinrichtung 3 vom Versor- gungsnetz 4 getrennt werden kann. Weiterhin können Schaltein richtungen vorhanden sein, mittels derer die Energieversor gungseinrichtung 3 vom Ofentransformator 5 und/oder der Ofen transformator 5 von den Elektroden 6 getrennt werden kann.
Die Schalteinrichtungen führen rein binäre Schaltvorgänge durch, aber keinerlei Einstellung von Spannungen und Strömen. Weiterhin können primärseitig oder sekundärseitig des Ofen transformators 5 aktive oder passive Filtereinrichtungen an geordnet sein. Die Schalteinrichtungen und auch die Filter einrichtungen sind für die erfindungsgemäße Funktionsweise untergeordneter Bedeutung und daher in FIG 1 (und auch den anderen FIG) der Übersichtlichkeit halber nicht mit darge stellt.
Die Energieversorgungseinrichtung 3 kann aus dem Versorgungs netz 4 elektrische Energie beziehen und die bezogene elektri sche Energie über den Ofentransformator 5 den Elektroden 6 zuführen. Die Energieversorgungseinrichtung 3 weist zu diesem Zweck in der Regel viele Halbleiterschalter auf. Mögliche Ausgestaltungen der Energieversorgungseinrichtung 3 sind in der WO 2015/176899 Al („Goldstandard") beschrieben. Alterna tiv können beispielsweise auch die Ausgestaltungen gemäß der EP 3124 903 Al oder der EP 1026 921 Al verwendet werden. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Energieversor gungseinrichtung 3 ist die Energieversorgungseinrichtung 3 jedoch in der Lage, ausgangsseitig - also zum Ofentransforma tor 5 hin - eine quasi-kontinuierliche Abstufung der an die Elektroden 6 angelegten Elektrodenspannungen U und/oder der den Elektroden 6 zugeführten Elektrodenströme I vorzunehmen. Analog zu der Darstellung für die Elektrodenspannungen U ist der Elektrodenstrom I in FIG 1 ebenfalls nur für eine der Elektroden 6 dargestellt.
Weiterhin weist der Lichtbogenofen eine Positioniereinrich tung 7 auf. Mittels der Positioniereinrichtung 7 können die Elektroden 6, wie in FIG 1 durch einen Doppelpfeil 8 neben einer der Elektroden 6 angedeutet ist, positioniert werden.
Im einfachsten Fall erfolgt eine gemeinsame Positionierung der Elektroden 6. Es kann aber auch eine individuelle Positi onierung der Elektroden 6 erfolgen. Die Bewegungsrichtung, in welcher die Elektroden 6 positioniert werden, kann vertikal sein. Alternativ kann die Bewegungsrichtung auch gegenüber der Vertikalen leicht geneigt sein. Auch in diesem Fall aber ist die Komponente in Vertikalrichtung die dominierende Kom ponente der Bewegung. Die Positioniereinrichtung 7 kann bei spielsweise eine oder mehrere Hydraulikzylindereinheiten auf weisen.
Schließlich weist der Lichtbogenofen eine Steuereinrichtung 9 auf. Von der Steuereinrichtung 9 werden (zumindest) die Ener gieversorgungseinrichtung 3 und die Positioniereinrichtung 7 gesteuert. Die Steuereinrichtung 9 generiert also erste An steuerwerte Al, mit denen sie die Energieversorgungseinrich tung 3 ansteuert, und zweite Ansteuerwerte A2, mit denen sie die Positioniereinrichtung 7 ansteuert. Entsprechend den je weiligen Ansteuerwerten Al, A2 werden die Energieversorgungs einrichtung 3 und die Positioniereinrichtung 7 betrieben.
Die Steuereinrichtung 9 ist als softwareprogrammierbare Steu ereinrichtung ausgebildet. Dies ist in FIG 1 durch die Angabe ,,mR" (für mikroprozessorgesteuert) angedeutet. Die Wirkung- und Betriebsweise der Steuereinrichtung 9 wird also durch ein Steuerprogramm 10 bestimmt, mit dem die Steuereinrichtung 9 programmiert ist. Das Steuerprogramm 10 umfasst Maschinencode 11, der von der Steuereinrichtung 9 abarbeitbar ist. Die Ab arbeitung des Maschinencodes 11 durch die Steuereinrichtung 9 bewirkt, dass die Steuereinrichtung 9 den Lichtbogenofen ge mäß einem Betriebsverfahren betreibt, wie es nachstehend in Verbindung mit den weiteren FIG näher erläutert wird.
Zunächst wird das Ofengefäß 1 gemäß FIG 3 in einem Schritt S1 mit dem stahlhaltigen Material 2 beschickt. Dieser Vorgang kann, nicht aber muss, unter Steuerung durch die Steuerein richtung 9 erfolgen. Der Schritt S1 ist daher in FIG 3 nur gestrichelt dargestellt. An das Beschicken mit dem stahlhaltigen Material 2 schließt sich eine Schmelzphase des Lichtbogenofens an. Die Schmelzphase umfasst Schritte S2 bis S4. An die Schmelzphase schließt sich eine Flachbadphase an. Die Flachbadphase um fasst Schritte S5 bis S7.
In der Schmelzphase ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S2 die ersten Ansteuerwerte Al für die Energieversor gungseinrichtung 3 und die zweiten Ansteuerwerte A2 für die Positioniereinrichtung 7. Die Ermittlung erfolgt gemäß FIG 4 in entsprechenden Ermittlungsblöcken 12 und 13. Im Schritt S3 steuert die Steuereinrichtung 9 die Energieversorgungsein richtung 3 und die Positioniereinrichtung 7 entsprechend den ermittelten Ansteuerwerten Al, A2 an.
Die Ermittlung der ersten Ansteuerwerte Al erfolgt derart, dass die Energieversorgungseinrichtung 3 aufgrund der ent sprechenden Ansteuerung elektrische Energie aus dem Versor gungsnetz 4 bezieht und über den Ofentransformator 5 den Elektroden 6 zuführt. Die Ermittlung der zweiten Ansteuerwer te A2 erfolgt derart, dass die Positioniereinrichtung 7 die Elektroden 6 relativ zu in dem stahlhaltigem Material 2 posi tioniert. Die Ermittlung der ersten Ansteuerwerte Al und der zweiten Ansteuerwerte A2 durch die Steuereinrichtung 9 ist derart aufeinander abgestimmt, dass sich zwischen den Elekt roden 6 und dem stahlhaltigen Material 2 Lichtbögen 14 (siehe FIG 2) ausbilden. Durch die Lichtbögen 14 wird das stahlhal tige Material 2 geschmolzen und so nach und nach eine Stahl schmelze 15 (FIG 5) erzeugt.
Zur Ermittlung der ersten Ansteuerwerte Al und der zweiten Ansteuerwerte A2 werden der Steuereinrichtung 9 gemäß FIG 4 Kenngrößen U, I, P der den Elektroden 6 zugeführten elektri schen Energie zugeführt. Die Kenngrößen U, I, P können bei spielsweise die Elektrodenspannungen U und/oder die Elektro denströme I und/oder daraus abgeleitete Werte sein. Ein abge leiteter Wert ist beispielsweise die momentane Leistung P (= das Produkt von Elektrodenspannung U und Elektrodenstrom I). Ein weiterer abgeleiteter Wert kann sich aus dem zeitlichen Verlauf von Elektrodenspannungen U und Elektrodenströmen I ergeben. Derartige Werte sind beispielsweise der Wirkstrom, die Wirkleistung, die Scheinleistung, Blindstrom und die Blindleistung. Die Kenngrößen können alternativ für die Ge samtheit der Elektroden 6 oder individuell für die jeweilige Elektrode 6 gegeben sein oder abgeleitet werden. Zur Ermitt lung der ersten Ansteuerwerte Al und der zweiten Ansteuerwer te A2 werden der Steuereinrichtung 9 weiterhin Sollgrößen U*, I*, P* für die Kenngrößen U, I, P zugeführt, beispielsweise Sollgrößen U*, I* für die Elektrodenspannungen U und/oder die Elektrodenströme I oder andere geeignete Sollgrößen (bei spielsweise eine Sollgröße P* für die Leistung P). Sowohl die Kenngrößen U, I, P als auch die Sollgrößen U*, I*, P* werden in der Schmelzphase beiden Ermittlungsblöcken 12, 13 zuge führt.
Anhand der Kenngrößen U, I, P und der zugehörigen Sollgrößen U*, I*, P* ermittelt die Steuereinrichtung 9 die ersten An steuerwerte Al und die zweiten Ansteuerwerte A2. Die Ermitt lung erfolgt in beiden Ermittlungsblöcken 12, 13 derart, dass die elektrischen Kenngrößen U, I, P den korrespondierenden Sollgrößen U*, I*, P* so weit wie möglich angenähert werden. Diese Vorgehensweise und damit die Implementierung des Schrittes S2 ist Fachleuten allgemein bekannt. Sie muss daher nicht näher erläutert werden.
Im Schritt S4 prüft die Steuereinrichtung 9, ob die Schmelzphase beendet ist. Beendet ist die Schmelzphase, wenn die Stahlschmelze 15 entsprechend der Darstellung in FIG 5 vollständig oder zumindest im wesentlichen eine durchgehende horizontale Oberfläche gebildet hat. Es ist also entweder das stahlhaltige Material 2 vollständig geschmolzen oder die noch nicht geschmolzenen Elemente des stahlhaltigen Materials 2 befinden sich vollständig unter der Oberfläche der Stahl schmelze 15 oder die noch nicht geschmolzenen Elemente des stahlhaltigen Materials 2 ragen nur noch unwesentlich über die Oberfläche der Stahlschmelze 15 hinaus. Weiterhin kann sich auf der Oberfläche der Stahlschmelze 15 eine Schlacken schicht 16 gebildet haben.
Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 9 im Rahmen der Prüfung, ob die Schmelzphase beendet ist, messtechnisch er fasste Istgrößen des Lichtbogenofens auswertet. Beispielswei se ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 9 die Elektro denströme I und/oder die Elektrodenspannungen U auswertet, insbesondere deren Schwankungen. Auch kann die Steuereinrich tung 9 akustische Größen des Lichtbogenofens auswerten, bei spielsweise den Geräuschpegel oder das akustische Spektrum des erzeugten Geräuschs. Alternativ ist es möglich, dass der Steuereinrichtung 9 von einer Bedienperson (nicht darge stellt) vorgegeben wird, dass die Schmelzphase beendet ist.
Wenn die Schmelzphase noch nicht beendet ist, geht die Steu ereinrichtung 9 zum Schritt S2 zurück. Wenn die Schmelzphase hingegen beendet ist, geht die Steuereinrichtung 9 zur Flach badphase und damit zum Schritt S5 über.
In der Flachbadphase ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S5 die ersten Ansteuerwerte Al für die Energieversor gungseinrichtung 3 und die zweiten Ansteuerwerte A2 für die Positioniereinrichtung 7. Im Schritt S6 steuert die Steuer einrichtung 9 die Energieversorgungseinrichtung 3 und die Po sitioniereinrichtung 7 entsprechend den ermittelten Ansteuer werten Al, A2 an.
Die Ermittlung der ersten Ansteuerwerte Al erfolgt derart, dass die Energieversorgungseinrichtung 3 aufgrund der ent sprechenden Ansteuerung elektrische Energie aus dem Versor gungsnetz 4 bezieht und über den Ofentransformator 5 den Elektroden 6 zuführt. Die Ermittlung der zweiten Ansteuerwer te A2 erfolgt derart, dass die Positioniereinrichtung 7 die Elektroden 6 relativ zu der Stahlschmelze 15 positioniert. Insoweit stimmt die Vorgehensweise der Schritte S5 und S6 mit der Vorgehensweise der Schritte S2 und S3 überein. Die Vorgehensweise der Schritte S5 und S6 stimmt auch inso weit mit der Vorgehensweise der Schritte S2 und S3 überein, dass die ersten Ansteuerwerte Al und die zweiten Ansteuerwer te A2 derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich Lichtbö gen 14 ausbilden. Die Lichtbögen 14 bilden sich in der Flach badphase jedoch entsprechend der Darstellung in FIG 5 zwi schen den Elektroden 6 und der Stahlschmelze 15 aus. Durch die Lichtbögen 14 wird die Stahlschmelze 15 weiter aufge heizt.
Der Steuereinrichtung 6 werden gemäß FIG 6 auch weiterhin die Kenngrößen U, I, P der den Elektroden 6 zugeführten elektri schen Energie und die zugehörigen Sollgrößen U*, I*, P* zuge führt. Die Kenngrößen U, I, P und die zugehörigen Sollgrößen U*, I*, P* werden innerhalb der Steuereinrichtung 9 jedoch nur dem Ermittlungsblock 12 zugeführt. Somit ermittelt die Steuereinrichtung 9 weiterhin die ersten Ansteuerwerte Al derart, dass die elektrischen Kenngrößen U, I, P den korres pondierenden Sollgrößen U*, I*, P* so weit wie möglich ange nähert werden.
Der Ermittlungsblock 13 ist in der Flachbadphase hingegen de aktiviert. Stattdessen ist gemäß FIG 6 ein Ermittlungsblock 17 aktiviert. Mittels des Ermittlungsblocks 17 ermittelt die Steuereinrichtung 9 in der Flachbadphase die zweiten Ansteu erwerte A2. Insbesondere ist es möglich, dass die Steuerein richtung 9 die zweiten Ansteuerwerte A2 entsprechend der Dar stellung in FIG 3 völlig unabhängig von den elektrischen Kenngrößen U, I, P ermittelt. In diesem Fall ist es möglich, dass dem Ermittlungsblock 17 entsprechend der Darstellung in FIG 6 die elektrischen Kenngrößen U, I, P überhaupt nicht zu geführt werden. Stattdessen kann die Steuereinrichtung 9 die zweiten Ansteuerwerte A2 aufgrund einer anderweitigen inter nen Ermittlung oder aufgrund externer Vorgaben V (beispiels weise von Vorgaben, die von einer Bedienperson stammen) er mitteln. Im Schritt S7 prüft die Steuereinrichtung 9, ob die Flach badphase beendet ist. Es ist möglich, dass die Steuereinrich tung 9 im Rahmen der Prüfung, ob die Flachbadphase beendet ist, messtechnisch erfasste Istgrößen des Lichtbogenofens auswertet. Alternativ ist es möglich, dass der Steuereinrich tung 9 von der Bedienperson vorgegeben wird, dass die Flach badphase beendet ist.
Wenn die Flachbadphase noch nicht beendet ist, geht die Steu ereinrichtung 9 zum Schritt S5 zurück. Wenn die Flachbadphase hingegen beendet ist, geht die Steuereinrichtung 9 zu einem Schritt S8 über. Im Schritt S8 wird die erzeugte Stahlschmel ze 15 aus dem Ofengefäß 1 entnommen, beispielsweise in eine Pfanne (nicht dargestellt) gegossen. Dieser Vorgang kann, nicht aber muss, unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 9 erfolgen. Der Schritt S8 ist daher in FIG 3 - analog zum Schritt S1 - nur gestrichelt dargestellt.
Mit der Ausführung des Schrittes S8 ist ein vollständiger Zyklus im Betrieb des Lichtbogenofens abgeschlossen. Es kann daher, beginnend mit dem Schritt Sl, ein neuer Zyklus begon nen werden.
In der einfachsten Ausgestaltung erfolgt die Ermittlung der zweiten Ansteuerwerte, wie bereits erwähnt, unabhängig von den elektrischen Kenngrößen U, I, P. Alternativ ist es mög lich, dass die zweiten Ansteuerwerte A2 von dem Ermittlungs block 17 zwar im Regelfall unabhängig von den elektrischen Kenngrößen U, I, P ermittelt werden, unter besonderen Umstän den aber doch berücksichtigt werden. In diesem Fall werden dem Ermittlungsblock 17 entsprechend der Darstellung in FIG 7 die entsprechenden elektrischen Kenngrößen U, I, P zugeführt. Ein Zuführen auch der korrespondierenden Sollgrößen U*, I*,
P* ist hingegen nicht erforderlich.
Der Ermittlungsblock 17 (und, weil der Ermittlungsblock 17 Bestandteil der Steuereinrichtung 9 ist, im Ergebnis damit die Steuereinrichtung 9) prüft in diesem Fall, ob die elektrischen Kenngrößen U, I, P vorbestimmte Bedingungen er füllen oder nicht. Insbesondere prüft der Ermittlungsblock 17 in diesem Fall, ob er anhand der elektrischen Kenngrößen U,
I, P die Gefahr eines Lichtbogenabrisses und/oder eines Kurz schlusses erkennt. Nur dann berücksichtigt der Ermittlungs block 17 bei der Ermittlung der zweiten Ansteuerwerte A2 die elektrischen Kenngrößen U, I, P. Auch in diesem Fall erfolgt die Berücksichtigung aber nur so lange, wie die Gefahr eines Lichtbogenabrisses und/oder eines Kurzschlusses besteht. Be steht die Gefahr nicht mehr, erfolgt auch die Ermittlung der zweiten Ansteuerwerte A2 wieder unabhängig von den elektri schen Kenngrößen U, I, P. Dies wird nachstehend in Verbindung mit FIG 8 näher erläutert.
FIG 8 zeigt die Vorgehensweise in der Flachbadphase. Die Vor gehensweise in der Schmelzphase kann unverändert sein.
Gemäß FIG 8 geht die Steuereinrichtung 9 vom Schritt S4 aus zunächst zu einem Schritt Sil über. Im Schritt Sil prüft die Steuereinrichtung 9, ob sie die Gefahr eines Lichtbogenabris ses erkennt. Im Rahmen der Prüfung des Schrittes Sil wertet die Steuereinrichtung 9 die elektrischen Kenngrößen U, I, P aus. Erkennt die Steuereinrichtung 9 die Gefahr eines Licht bogenabrisses, geht sie zu einem Schritt S12 über. Im Schritt S12 ermittelt die Steuereinrichtung 9 die ersten Ansteuerwer te Al und die zweiten Ansteuerwerte A2 dahingehend, dass der Gefahr des Lichtbogenabrisses entgegengewirkt wird. Bei spielsweise kann die Steuereinrichtung 9 die ersten Ansteuer werte Al dahingehend variieren, dass die Elektrodenspannungen U erhöht werden, und die zweiten Ansteuerwerte A2 dahingehend variieren, dass die Elektroden 6 in Richtung auf die Stahl schmelze 15 zu abgesenkt werden.
Erkennt die Steuereinrichtung 9 im Schritt Sil nicht die Ge fahr eines Lichtbogenabrisses, geht die Steuereinrichtung 9 zu einem Schritt S13 über. Im Schritt S13 prüft die Steuer einrichtung 9, ob sie die Gefahr eines Kurzschlusses erkennt. Im Rahmen der Prüfung des Schrittes S13 wertet die Steuerein- richtung 9 ebenfalls die elektrischen Kenngrößen U, I, P aus. Erkennt die Steuereinrichtung 9 die Gefahr eines Kurzschlus ses, geht sie zu einem Schritt S14 über. Im Schritt S14 er mittelt die Steuereinrichtung 9 die ersten Ansteuerwerte Al und die zweiten Ansteuerwerte A2 dahingehend, dass der Gefahr des Kurzschlusses entgegengewirkt wird. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 9 die ersten Ansteuerwerte Al dahinge hend variieren, dass die Elektrodenspannungen U verringert werden, und insbesondere die zweiten Ansteuerwerte A2 dahin gehend variieren, dass die Elektroden 6 in Richtung von der Stahlschmelze 15 weg angehoben werden.
Erkennt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S13 nicht die Ge fahr eines Kurzschlusses, geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt S5 über. Im Schritt S5 erfolgt die Ermittlung der ersten Ansteuerwerte Al und der zweiten Ansteuerwerte A2 so, wie dies bereits in Verbindung mit FIG 6 erläutert wurde.
Unabhängig davon, ob die Steuereinrichtung 9 den Schritt S12, den Schritt S14 oder den Schritt S5 ausgeführt hat, geht die Steuereinrichtung 9 als nächstes zum Schritt S6 über, in dem sie die Energieversorgungseinrichtung 3 und die Positionier einrichtung 4 entsprechend den ermittelten ersten und zweiten Ansteuerwerten Al, A2 ansteuert. Sodann geht die Steuerein richtung zum Schritt S7 über. Von dort aus wird entweder zum Schritt S8 übergegangen oder die Steuereinrichtung 9 geht zum Schritt Sil zurück.
Die Kenngrößen U, I, P können auf verschiedene Art und Weise gewählt werden. Beispielsweise ist es gemäß der Darstellung in FIG 9 möglich, dass - zumindest während der Flachbadphase - die elektrischen Kenngrößen U, I, P die Elektrodenströme I sind. Alternativ ist es gemäß der Darstellung in FIG 10 mög lich, dass - zumindest während der Flachbadphase - die elektrischen Kenngrößen U, I, P die elektrischen Leistungen P sind. In diesem Fall kann beispielsweise dem Ermittlungsblock 12 ein Ergänzungsblock 18 vorgeordnet sein. Dem Ergänzungs block 18 können in diesem Fall beispielsweise die Elektroden- Spannungen U und die Elektrodenströme I zugeführt werden. Der Ergänzungsblock 18 ermittelt in diesem Fall beispielsweise instantan die momentane Leistung oder über eine Periode der Elektrodenspannungen U die mittlere elektrische Leistung und gibt den ermittelten Wert als elektrische Kenngröße P an den Ermittlungsblock 12 aus.
Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 9 während der Flachbadphase die ersten Ansteuerwerte Al derart ermittelt, dass eine Frequenz f der Elektrodenspannungen U (bzw. hiermit korrespondierend eine Frequenz f der Elektrodenströme I) va riiert wird. Dies ist in FIG 11 dadurch angedeutet, dass eine korrespondierende Periodendauer T variiert wird. Das Variie ren der Periodendauer T und hiermit korrespondierend der Fre quenz f ist in FIG 11 durch einen Doppelpfeil 19 angedeutet. Es erfolgt zu dem Zweck, die elektrischen Kenngrößen U, I, P an die korrespondierenden Sollgrößen U*, I*, P* anzunähern.
Das Variieren der Frequenz f erfolgt vorzugsweise in einem Bereich, der zwischen 70 % und 90 % der Basisfrequenz fO liegt, insbesondere zwischen 75 % und 85 % der Basisfrequenz fO.
Zu Beginn der Flachbadphase, wenn also die Steuereinrichtung 9 vom Schritt S4 zum Schritt S5 übergeht (bzw. im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 8 zum Schritt Sil übergeht), weisen die Lichtbögen 14 gemäß der Darstellung in FIG 5 eine Basis länge L0 auf. In manchen Fällen ist es von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung 9 die Elektroden 6 während der Flachbadpha se auf die Stahlschmelze 15 zu verfährt. Nach dem Verfahren auf die Stahlschmelze 15 zu weisen die Lichtbögen 14 gemäß FIG 12 nur noch eine Restlänge LR auf. Die Restlänge LR ist kleiner als die Basislänge L0. Sie sollte aber entsprechend der Darstellung in FIG 13 mindestens 20 % der Basislänge L0 betragen .
Die Basislänge L0 kann der Steuereinrichtung 9 auf verschie dene Art und Weise bekannt werden. Beispielsweise kann die Basislänge L0 der Steuereinrichtung 9 von der Bedienperson vorgegeben werden. Alternativ ist es möglich, dass die Steu ereinrichtung 9 entsprechend der Darstellung in FIG 14 unmit telbar nach dem Schritt S4 zunächst einen Schritt S21 aus führt. In diesem Fall ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S21 die Basislänge L0 anhand der elektrischen Kenn größen U, I, P, wie sie zu Beginn der Flachbadphase vorlie gen. Entsprechende Vorgehensweisen sind Fachleuten bekannt. Der Schritt S21 wird, falls er vorhanden ist, nur einmal aus geführt. Er ist also nicht in die Schleife der Schritte S5 bis S7 mit eingebunden. Dies gilt in analoger Weise auch, wenn die Schritte Sil bis S14 vorhanden sind.
Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 9 die Restlänge LR anhand der Basislänge L0 ermittelt. Alternativ ist es mög lich, dass die Steuereinrichtung 9 nur einen minimal zulässi gen Wert für die Restlänge LR ermittelt oder der Steuerein richtung 9 ein entsprechender minimal zulässiger Wert für die Restlänge LR vorgegeben ist. In diesem Fall ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 9 das Verfahren der Elektroden 6 beibehält, bis die Steuereinrichtung 9 aufgrund einer Auswer tung der Kenngrößen U, I, P einen optimierten Betrieb des Lichtbogenofens erkennt oder die Restlänge RL den minimal zu lässigen Wert erreicht. Unabhängig von der konkret ergriffe nen Vorgehensweise ist der Schritt S5 in diesem Fall derart implementiert, dass die ersten Ansteuerwerte Al so wie be reits erläutert ermittelt werden, die zweiten Ansteuerwerte A2 aber derart ermittelt werden, dass die Länge der Lichtbö gen 14, ausgehend von der Basislänge L0, reduziert wird.
Durch das Verringern der Länge der Lichtbögen 14 auf die Restlänge LR kann in manchen Betriebszuständen des Lichtbo genofens die Energieeffizienz des Lichtbogenofens verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson dere aber kann die mechanische Belastung der Positionierein richtung 7 reduziert werden und kann weiterhin die Energieef fizienz beim Betrieb des Lichtbogenofens verbessert werden. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus ab- geleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu ver lassen.
Bezugszeichenliste
1 Ofengefäß
2 stahlhaltiges Material
3 EnergieVersorgungseinrichtung
4 Versorgungsnetz
5 Ofentransformator
6 Elektroden 7 Positioniereinrichtung
8, 19 Doppelpfeile
9 Steuereinrichtung
10 Steuerprogramm 11 Maschinencode
12, 13, 17 Ermittlungsblöcke
14 Lichtbögen
15 Stahlschmelze
16 Schlackenschicht 18 Ergänzungsblock
Al, A2 Ansteuerwerte f Frequenz fO Basisfrequenz
I Elektrodenströme
L0 Basislänge
LR Restlänge
P elektrische Leistungen
S1 bis S21 Schritte
T Periodendauer
U Elektrodenspannungen
U, I, P Kenngrößen U*, I*, P* Sollgrößen V Vorgaben

Claims

Ansprüche
1. Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen,
- wobei eine Steuereinrichtung (9) des Lichtbogenofens zu nächst in einer Schmelzphase und sodann in einer sich an die Schmelzphase anschließenden Flachbadphase eine Energie versorgungseinrichtung (3) des Lichtbogenofens mit ersten Ansteuerwerten (Al) ansteuert, so dass die Energieversor gungseinrichtung (3) elektrische Energie aus einem Versor gungsnetz (4) bezieht und über einen Ofentransformator (5) Elektroden (6) des Lichtbogenofens zuführt, und weiterhin eine Positioniereinrichtung (7) des Lichtbogenofens mit zweiten Ansteuerwerten (A2) ansteuert, so dass die Positio niereinrichtung (7) die Elektroden (6) in der Schmelzphase relativ zu in einem Ofengefäß (1) des Lichtbogenofens be findlichem stahlhaltigem Material (2) in festem Aggregats zustand positioniert, so dass sich in der Schmelzphase zwi schen den Elektroden (6) und dem stahlhaltigen Material (2) Lichtbögen (14) ausbilden, durch welche das stahlhaltige Material (2) zu einer Stahlschmelze (15) geschmolzen wird, und in der Flachbadphase relativ zu der Stahlschmelze (15) positioniert, so dass sich in der Flachbadphase zwischen den Elektroden (6) und der Stahlschmelze (15) Lichtbögen (14) ausbilden, durch welche die Stahlschmelze (15) weiter aufgeheizt wird,
- wobei die Steuereinrichtung (9) während der Schmelzphase sowohl die ersten Ansteuerwerte (Al) als auch die zweiten Ansteuerwerte (A2) derart ermittelt, dass elektrische Kenn größen (U, I, P) der den Elektroden (6) zugeführten elektrischen Energie korrespondierenden Sollgrößen (U*, I*,
P*) so weit wie möglich angenähert werden,
- wobei die Steuereinrichtung (9) während der Flachbadphase die ersten Ansteuerwerte (Al) weiterhin derart ermittelt, dass die elektrischen Kenngrößen (U, I, P) den korrespon dierenden Sollgrößen (U*, I*, P*) so weit wie möglich ange nähert werden, die zweiten Ansteuerwerte (A2) jedoch entwe der völlig unabhängig von den elektrischen Kenngrößen (U,
I, P) ermittelt oder nur dann in Abhängigkeit von den elektrischen Kenngrößen (U, I, P) ermittelt, wenn die Steu ereinrichtung (9) aufgrund der elektrischen Kenngrößen (U,
I, P) die Gefahr eines Lichtbogenabrisses und/oder eines Kurzschlusses erkennt.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest während der Flachbadphase die elektrischen Kenngrößen (U, I, P) die Elektrodenströme (I) sind.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest während der Flachbadphase die elektrischen Kenngrößen (U, I, P) die elektrischen Leistungen (P) sind.
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (9) während der Flachbadphase die ersten Ansteuerwerte (Al) derart ermittelt, dass zum Annähern der elektrischen Kenngrößen (U, I, P) an die korrespondieren den Sollgrößen (U*, I*, P*) eine Frequenz (f) von den Elekt roden (6) zugeführten Elektrodenströmen (I) und/oder von an die Elektroden (6) angelegten Elektrodenspannungen (U) vari iert wird.
5. Betriebsverfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Frequenz (f) der den Elektroden (6) zugeführten
Elektrodenströme (I) und/oder der an die Elektroden (6) ange legten Elektrodenspannungen (6) in der Flachbadphase kleiner als eine Basisfrequenz (fO) des Versorgungsnetzes (4) ist.
6. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lichtbögen (14) zu Beginn der Flachbadphase eine Ba sislänge (L0) aufweisen und dass die Steuereinrichtung (9) die Elektroden (6) während der Flachbadphase auf die Stahl schmelze (15) zu verfährt, so dass die Lichtbögen (14) nach dem Verfahren auf die Stahlschmelze (15) zu nur noch eine Restlänge (LR) aufweisen, die kleiner als die Basislänge (L0) ist.
7. Betriebsverfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Restlänge (LR) mindestens 20 % der Basislänge (L0) beträgt.
8. Betriebsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (9) die Basislänge (L0) anhand der elektrischen Kenngrößen (U, I, P), wie sie zu Beginn der Flachbadphase vorliegen, ermittelt.
9. Steuerprogramm für eine Steuereinrichtung (9) eines Licht bogenofens, wobei das Steuerprogramm Maschinencode (11) um fasst, der von der Steuereinrichtung (9) abarbeitbar ist, wo bei die Abarbeitung des Maschinencodes (11) durch die Steuer einrichtung (9) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (9) einen Lichtbogenofen gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche betreibt.
10. Steuereinrichtung eines Lichtbogenofens, wobei die Steu ereinrichtung mit einem Steuerprogramm (10) nach Anspruch 9 programmiert ist, so dass die Steuereinrichtung den Lichtbo genofen gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprü che 1 bis 8 betreibt.
11. Lichtbogenofen,
- wobei der Lichtbogenofen ein Ofengefäß (1) aufweist, dem stahlhaltiges Material (2) in festem Aggregatszustand zu- führbar ist,
- wobei der Lichtbogenofen eine Energieversorgungseinrichtung (3) und Elektroden (6) sowie einen Ofentransformator (5) aufweist,
- wobei die Energieversorgungseinrichtung (3) eingangsseitig mit einem Versorgungsnetz (4) verbunden ist und ausgangs- seitig über den Ofentransformator (5) mit den Elektroden (6) verbunden ist,
- wobei der Lichtbogenofen eine Positioniereinrichtung (7) aufweist, mittels derer die Elektroden (6) in einer Schmelzphase relativ zum stahlhaltigen Material (2) und in einer sich an die Schmelzphase anschließenden Flachbadphase relativ zu einer durch Schmelzen des stahlhaltigen Materi als (2) erzeugten Stahlschmelze (15) positionierbar sind,
- wobei der Lichtbogenofen eine Steuereinrichtung (9) auf- weist, von der sowohl in der Schmelzphase als auch in der
Flachbadphase die Energieversorgungseinrichtung (3) mit ersten Ansteuerwerten (Al) ansteuerbar ist und die Positio niereinrichtung (7) mit zweiten Ansteuerwerten (A2) ansteu erbar ist, - wobei die Steuereinrichtung (9) gemäß Anspruch 10 ausgebil det ist.
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