KR20150064133A - 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 제어하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20150064133A
KR20150064133A KR1020157011003A KR20157011003A KR20150064133A KR 20150064133 A KR20150064133 A KR 20150064133A KR 1020157011003 A KR1020157011003 A KR 1020157011003A KR 20157011003 A KR20157011003 A KR 20157011003A KR 20150064133 A KR20150064133 A KR 20150064133A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electric arc
soll
transformer
current
line
Prior art date
Application number
KR1020157011003A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102131059B1 (ko
Inventor
클라우스 크루거
디에터 도날
카르스텐 비에렉
알렉세이 바비츠키
Original Assignee
마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하
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 마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하 filed Critical 마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하
Publication of KR20150064133A publication Critical patent/KR20150064133A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102131059B1 publication Critical patent/KR102131059B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • H05B7/02—Details
    • 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
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로(10)를 조정하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 현재 전압을 측정하기 위한 센서(16) 및 현재 흐르고 있는 전류를 측정하기 위한 센서(15)가 전기 아크로(10)의 각각의 라인(7)에 제공된다. 제어 및 조정 유닛(30)에 의해 시간에 좌우되어 실제 임피던스(Zist)가 계산된다. 반도체 탭 절환기로서 구현되는 부하시 탭 절환기(20)가 1차측(6P) 및 2차측(6S)을 갖는 전기로용 변압기(6)에 할당된다. 반도체 탭 절환기(20)는 수 밀리초의 사이클 시간을 실현한다.

Description

제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 제어하기 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING AN ELECTRIC ARC FURNACE IN THE INITIAL PHASE OF A MELTING PROCESS}
본 발명은 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로(electric arc furnace)를 조정하기 위한 장치에 관한 것이다. 이러한 용도를 위해, 본 장치는 구체적으로 3개의 라인을 제공하며, 각각의 라인이 에너지 공급을 위한 하나의 전극 및 하나의 할당된 상도체(phase conductor)를 갖는다. 현재 전압을 측정하기 위한 센서 및 현재 흐르고 있는 전류를 측정하기 위한 센서가 각각의 라인에 제공된다. 제어 및 조정 유닛을 통해 각각의 라인에 대해 시간-의존성 전기적 실제값(time-dependent electrical actual value)이 계산된다. 더욱이, 1차측 및 2차측을 갖는 하나 이상의 전기로용 변압기(furnace transformer)가 제공된다. 부하시 탭 절환기(on-load tap changer)가 1차측의 권선 탭을 스위칭하며, 3개의 전극이 하나 이상의 전기로용 변압기의 2차측과 전기 접속된다.
본 발명은 또한 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 조정하기 위한 방법에 관한 것이다.
독일 특허 명세서 DE 35 12 189 C1은 전기 아크로를 조정하기 위한 방법 및 장치를 개시하고 있다. 상기 특허 출원의 목적은 커다란 수고 없이 경계적으로 및 기술적으로 실현 가능한 방식으로 전기 아크 전압 및 전극 높이의 정밀한 조절(adjustment)을 가능하게 하는 것이다. 변압기 전압을 위한 액추에이터는 항상 전류 조정 루프에 의해 제어되며, 파워 조정의 상황에서는 파워 조정 루프가 중첩된다. 전류 조정기 상에 중첩된 파워 조정기는 전류 조정기를 위한 기준 변수를 제공한다. 모든 경우에, 전압 조정기만이 전극 조절에 직접 작용한다. 변압기를 위해 사용된 탭 절환기 드라이브에 대하여, 이것은 경우에 따라 설정점 사양(setpoint specification)을 통해 직접 변압기 전압을 공급하거나 또는 파워 조정기에 의해 중첩되는 전술한 전류 조정기를 통해 탭 절환기를 경유하여 조절하는 것을 가능하게 한다. 전류 조정기를 통해 리프트 드라이브(lift drive)가 작동되며, 각자의 제어 전압이 전류 조정기로부터 또는 웨어 조정기(wear regulator)로부터 공급되거나 또는 지정된 타겟값으로서 직접 공급된다.
유럽 특허 출원 EP 2 362 710 A1은 전기 아크로 및 전기 아크로를 동작시키는 방법을 개시하고 있다. 하나 이상의 전극에 할당된 전기 아크는, 조절된 제1 세트의 동작 파라미터에 기초하여 발생하는 제1 방사속(radiant power)을 갖는다. 전기 아크로는 예상된 프로세스 시퀀스를 기반으로 하는 지정된 작동 프로그램에 따라 작동된다. 실제 프로세스 시퀀스와 예상 프로세스 시퀀스 간에 원하지 않은 어긋남이 있는지에 관하여 모니터링이 행해진다. 어긋남이 있으면, 수정된 제2 방사속이 지정된다. 제2 방사속을 통해, 수정된 제2 세트의 동작 파라미터가 결정된다. 이 방법은 특히 전기 아크로 냉각 시스템과 같은 동작 수단을 보호하면서 제련 지속기간(smelting duration)을 가능한 한 짧게 하는 것을 가능하게 한다.
독일 특허 출원 DE 35 43 773 A1은 인입 전기 에너지 소비(drawn electrical energy consumption)의 최소값에서 원자재를 제련하기 위해 이 원자재를 요동시킬 수 있도록 전기 아크로를 동작시키는 방법을 개시하고 있다. 전기로용 변압기는 부하 스위치가 제공되며, 이로써 변압기의 2차측에서의 출력 전압을 조절하는 것이 가능하게 된다. 제어는 전기로용 변압기의 탭을 수정하거나 또는 전기 아크로의 전극 리프팅 장치를 통해 아크 전극을 리프트 및 하강시켜서 전기 아크의 길이를 변화시킴으로써 수행된다. 이와 동시에, 전기로용 변압기의 2차측으로부터 아크 전극으로 흐르는 전기 전류가 측정된다. 이 방식으로 제어되는 전기 전류로 전기 아크로가 동작되면, 제련 공정에서 전기 에너지 소비가 낮아지게 되고, 인입 전기 에너지 소비가 최소로 유지될 수 있다.
독일 특허 출원 DE 10 2009 017 196 A1은, 탭부착 변압기(tapped transformer)의 권선 탭과 전기 접속되는 고정된 탭 절환기 컨택들 간의 끊김없는 스위칭을 위한 반도체 스위칭 부품을 갖는 탭 절환기를 개시하고 있다. 이 문헌에서, 각각의 고정 탭 절환기 컨택은 부하 소비부(load dissipation)와 직접 연결 가능하거나, 또는, 스위치오버 동안, 상호 연결된 반도체 스위칭 부품을 통해 연결할 수 있다. 부하 소비부는 반도체 스위칭 부품이 정지 동작(stationary operation) 동안 변압기 권선으로부터 갈바닉 절연된다(galvanically isolated). 그러나, 반도체 스위칭 부품을 갖는 탭 절환기는 여러 단점이 있다. 임펄스 전압을 약하게 함에 의한 전력 전자부품에 미치는 스트레인(strain) 및 동작 전압의 영구적인 인가는 커다른 절연 거리를 필요로 하며, 이것은 바람직하지 않다.
종래 기술로 알려진 바와 같이, 전기 아크로의 동작을 제어하거나 조정하기 위한 전기 부품은 전기로용 변압기, 초크 코일, 및 전극 지지 암 시스템이다. 교류 전기 아크로를 위한 에너지 공급은 통합된 탭 절환기를 갖는 전기로용 변압기를 통해 수행된다. 대응하는 에너지 입력은 변압기 스테이지를 통해 조절될 수 있다.
부하 하에서 스위칭 가능하고 변압기의 상류에 연결되는 초크 코일은 전류 회로의 리액턴스를 조정하기 위해 작용하고, 그러므로 단락 회로 전류를 제한할 뿐만 아니라 노를 안정한 전기 아크로 동작시키는 것(operating the furnace with stable electric arc)을 가능하게 한다. 프로세스 진척에 좌우되어 변압기 및 직렬 접속된 초크 둘 모두에 대해 적합한 스테이지가 선택된다. 이것은 노 조작자로부터의 수동 개입에 의해, 통합 제어에 의해, 또는 조정에 의해 이루어질 수 있다.
수동 제어에서, 능숙한 노 조작자는 현재의 에너지 입력을 노 챔버의 색상을 통해 및 노 챔버의 내용물에 의해 평가할 수 있다. 이것은 노 상태 및 제련 공정의 주관적인 관측에 의해 가능하다. 변압기 스테이지는 임계 상황(예컨대, 내화물에 대한 손상)에서 조정된다.
자동 제어에서, 변압기 스테이지 및 초크 스테이지는, 경우에 따라서, 현재의 에너지 입력에 좌우되어 적합화된다. 전기 아크를 가능한 한 안정하게 유지하기 위해서는, 초기 "드릴링 단계(drilling phase)"(OLTC 초크 == 가장 높은 스테이지)에서 일반적으로 높은 인덕턴스가 요구된다. 직렬 접속된 초크는 무효 전력(reactive power)을 감소시키기 위해 최종 단계 "리퀴드 배쓰(liquid bath)"에서 스위치 오프된다.
노 뚜껑뿐만 아니라 노의 내화성 라이닝(refractory lining)(내화물)을 보호하기 위해 드릴링 단계 동안에는 더 낮은 전압 스텝(짧은 전기 아크)이 선택된다. 전기 아크가 포밍 슬래그(foaming slag)로 덮여진 후, 용융물 내로의 가장 높은 에너지 입력을 달성하기 위해 가장 높은 전압 스텝이 선택된다. 최종 단계 동안 높은 에너지 입력을 보장하기 위해, 최대 전류 설정을 이용하면서, 약간 더 낮은 스텝 전압이 선택된다.
특히, 수동 및 자동 제어 프로세스에서, 전술한 사양은 실제 프로세스 상태를 매우 부적절하게 측정한다. 가장 최신의 조정조차도 역시 시스템에서의 신속한 변화에 대해 적절한 시상수로(예컨대, 밀리초의 범위로) 반응할 수 없다.
전기로용 변압기의 탭 절환기와 초크 코일에 관하여 그리고 고객의 다양한 스위칭 전략에 좌우되어, 높은 스위칭 주파수는 기술적인 스트레스 요인으로서 간주된다. 이것은 주로 접촉 부식(contact erosion) 및 탭 절환기의 기계 부품의 마모로 인한 것이다.
탭 절환기에 대한 유지 작업은 일반적으로 많은 수고와 무엇보다도 비용이 많이 드는 생산 유휴시간(downtime)을 야기하여, 탭 절환기에 대한 유지 수고(maintenance effort)를 가능한 한 많이 감소시키기 위해 조작자를 위해서는 유지 간격을 늘리는 것이 바람직하다는 것은 분명하다.
본 발명의 목적은 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 조정하기 위한 장치를 제공하는 것이며, 이 장치는 과전류의 상황을 방지하기 위해 신속한 전압 조절을 가능하게 한다.
본 발명의 이 목적은 청구항 1의 특징부를 포함하는 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 조정하기 위한 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 목적은 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 조정하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 과전류의 상황을 방지하기 위해 신속한 전압 조절을 가능하게 한다.
본 발명의 이 목적은 청구항 3의 특징부를 포함하는 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 조정하기 위한 방법에 의해 달성된다.
제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 조정하기 위한 본 발명에 따른 장치는 부하시 탭 전환기가 수 밀리초의 사이클 시간을 실현하는 반도체 탭 절환기인 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 제련 공정의 초기 단계에서, 스크랩 힙의 붕괴(collapsing of the scrap heap)는 전극 주위에 단락 회로를 야기하여 과전류를 초래할 수 있다. 본 장치의 목적은 전극에 전기 에너지를 공급하는 것을 지속적으로 조절하는 것을 통해 이러한 과전류를 방지하거나 또는 이러한 과전류를 전기 아크로 또는 내화물에 대해 손상이 야기되지 않게 하는 정도로 감소시키는 것이다.
일실시예에 따라, 제어 및 조정 유닛은 조정 알고리즘을 포함하며, 이를 통해 반도체 탭 절환기의 타겟 위치가 계산 가능하게 된다. 반도체 탭 절환기의 타겟 위치는 전류 한계값을 설정하는 것을 가능하게 하며, 각자의 전류 한계값은 각각의 라인의 센서의 측정량 및 각자의 결과의 전기적 실제값(electrical actual value)에 좌우되어 계산 가능하다. 반도체 탭 절환기를 통해, 타겟 권선 탭에 대응하는 타겟 위치로 스위칭하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법은,
ㆍ 전기로용 변압기의 2차측의 3개의 라인의 각각에 대한 전류 측정 및 전압 측정이 수행되며,
ㆍ 적합한 타겟 상전압(phase voltage) 및 전기로용 변압기의 1차측의 각각의 할당된 타겟 권선 탭이, 전류 상한치가 지켜지도록, 조정 알고리즘으로 그리고 제어 및 조정 유닛에서 지정된 동작 파라미터에 기초하여 계산되며,
ㆍ 조절되고 전기로용 변압기의 1차측 상에 있는 타겟 권선 탭의 조절이 전기 아크로의 모든 라인에 대해 대칭적으로(symetrically) 수행되고, 반도체 탭 절환기가 대응하는 타겟 위치로 스위치하는 것을 특징으로 한다.
전기 아크로의 지정된 동작 파라미터는 예컨대 라인에서의 전압, 전류 및 임피던스와 같은 전기량과, 또한 전기 아크로의 시동 동안의 전기로용 변압기의 권선 탭의 스위칭을 의미하는 것으로 이해된다.
전기적 실제값은 라인들 중으로부터 전기적 실제값에 대한 극단값(extreme value)을 갖는 적절한 라인을 선택함으로써 계산된다. 그러므로, 전기적 실제값에 대한 극단값이 전기적 실제값에 대한 한계값 아래인지에 대한 비교가 시행된다. 전기적 실제값은 임피던스 또는 어드미턴스일 수 있다. 또 다른 특징적인 전기적 실제값도 가능하다. 본 발명은 임피던스 또는 어드미턴스를 이용하는 것으로 한정되지 않는다.
통상적으로, 반도체 탭 절환기의 타겟 위치 및 전기로용 변압기에서의 타겟 권선 탭으로의 대응하는 스위칭을 결정하기 위한 사이클 시간은 20 밀리초의 범위에 있다.
전기적 값을 결정하기 위해, 동적 제어(control dynamic)로 조절되는 저역 통과 필터링이 수행된다. 전기로용 변압기의 2차측 상의 상전압의 조절은 또한 비대칭적으로(asymmetrically) 수행될 수도 있다.
전기적 실제값이 임피던스인 경우, 임피던스 한계값은 전기로용 변압기의 1차측의 가장 작은 가능한 권선 탭으로 스위치하는 반도체 탭 절환기를 통해 제거된다. 이러한 방식으로, 전기로용 변압기의 2차측 상의 전압이 감소된다. 전기로용 변압기의 2차측 상의 전압을 감소시키는 것은 구체적으로 각각의 개별 라인에서 시행된다.
다양한 개시 실시예의 이러한 특징 및 장점과 기타 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 도면을 참조하여 보다 완전하게 이해될 것이며, 도면 전반에 걸쳐 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타내고 있다.
도 1은 전기 아크로를 통해 금속을 제련하는 시스템의 개략적인 예시도이다.
도 2는 제련 공정의 초기 단계에서의 전기 아크로의 조정을 전기 아크로의 전체적인 조정에 통합하는 것에 대한 개략적인 예시도이다.
도 3은 제련 공정의 초기 단계에서의 전기 아크로의 조정의 흐름도의 개략도이다.
도 4는 결정된 임피던스의 차이에 관련하여 권선 탭들의 차이를 보여주는 그래픽이다.
도 1은 전기 아크노(10)를 통해 금속을 제련하기 위한 시스템(1)의 개략적인 예시를 보여주고 있다. 전기 아크로(10)는 노 베젤(11)을 포함하며, 노 베젤에서는 스틸 스크랩(steel scrap)이 제련되고, 스틸 스크랩으로부터 용융물(3)이 발생된다. 노 베젤(11)은 이에 부가하여 도시되지 않은 뚜껑이 제공되어 있다. 벽부(12) 및 뚜껑은 수냉 시스템이 제공된다. 전기 아크로(10)의 동작 모드에 따라서는, 노는 하나 또는 3개의 전극(4)을 갖는다. 직류 전기 아크로에서는 하나의 전극(4)이 이용된다. 교류 전류 전기 아크로(10)에서는 3개의 전극(4)이 이용된다. 이하의 설명에서는 교류 전류 전기 아크로를 예로 하여 본 발명의 원리를 예시한다. 도시하지 않은 내화성 재료가 전기 아크로(10)의 내벽(13)을 라이닝한다.
전극(4)은 예시되지 않은 지지 암 상에 배치되며, 이들 전극은 필요에 따라 노 베젤(11)에 삽입될 수 있다. 각각의 전극(4)은 전기로용 변압기(6)의 2차측(6S)과 연결되는 상도체(5)가 구비된다. 상도체(5) 및 전극(4)은 교류 전류 회로의 라인(7) 또는 상을 형성한다. 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)은 요구되는 고전압이 전력 공급 네트워크(9)로부터 제공된다. 반도체 탭 절환기로서 구성되는 부하시 탭 절환기(20)는 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)과 연결된다.
제어 및 조정 유닛(30)은 반도체 탭 절환기(20)와 함께 동작하여 1차측(6P) 상의 전기로용 변압기(6)의 권선 탭(TS1...TSN)을 스위치하며, 이로써 사전 결정된 전기적 실제값(Eist)이 라인(7)에 만연하도록 대응하는 전압 및 대응하는 전류가 권선 탭에 공급된다. 전기적 실제값(Eist)은 예컨대 임피던스 Z 또는 어디미턴스 Y일 수 있다. 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)은 반도체 탭 절환기(20)의 반도체 스위칭 부품(S1...SN)에 의해 스위칭되는 복수의 권선 탭(TS1...TSN)을 갖는다. 제어 및 조정 유닛(30)은 전기 아크로(10)의 라인(7)에 할당되는 전류 센서(15) 및 전압 센서(16)로부터 입력을 수신한다. 입력 데이터로부터, 제어 및 조정 유닛(30)은 라인(7)들 또는 경우에 따라서는 하나의 특정 라인(7)에서의 전류가 제한되도록 반도체 탭 절환기(20)의 스위칭 시퀀스 및 전기로용 변압기(6)의 1차측(6A)의 권선 탭(TS1...TSN)의 요구된 스위칭을 결정한다. 전류 센서(15) 및 전압 센서(16)는 또한 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)에 대한 공급 라인(8)에 제공될 수 있다.
전기 아크로(10)에서의 제련 공정의 초기 단계 동안 전류 또는 전압의 강력한 변동(fluctuation)이 발생한다. 단락 회로 및 커다란 과잉 전류가 일반적으로 빈번하게 발생한다. 이것은 스크랩 힙의 국부적 붕괴로 인한 것이다. 이 상황은 본 발명에 따른 고속 반도체 탭 절환기를 통해 크게 완화될 수 있다. 가장 극단적인 경우에, 반도체 탭 절환기(20)는 가장 작은 가능한 권선 탭(TS1)(또는 각각 변압기 스테이지)으로 스위칭하며, 이로써 전기로용 변압기(6)의 가장 낮은 전압을 발생한다. 이 과정은 또한 비대칭적으로, 즉 각각의 라인(7)에 특정되게, 수행될 수 있다. 반도체 탭 절환기(20)는 더욱이 중간 권선 탭의 시퀀스를 거쳐 스위칭하지 않고서도 가장 작은 가능한 권선 탭(TS1)으로 직접 스위칭할 가능성을 제공한다.
제어 및 조정 유닛(30)에서는 반도체 탭 절환기(20)의 타겟 위치(SSOLL)를 계산하는 조정 알고리즘이 실행된다. 그러므로, 전류 한계값(IGrenz)을 설정하는 것이 가능하며, 여기서 반도체 탭 절환기(20)의 각자의 전류 한계값(IGrenz)은 각각의 라인(7)의 센서(15, 16)의 측정량 및 각자의 결과의 전기적 실제값(Eist)에 기초하여 계산 가능하다. 반도체 탭 절환기(20)를 통해, 타겟 권선 탭(TSOLL)에 대응하는 타겟 위치(SSOLL)로 스위칭된다.
도 2는 전기 아크로(10)의 전체적인 조정(22)에 제련 공정의 초기 단계에서의 전기 아크로(10)의 조정을 통합한 것을 개략적으로 예시하고 있다. 전기 아크로(10)의 전체적인 조정(22)은 궁극적으로는 반도체 탭 절환기(20)를 통해 실현된다. 열 기반 파워 조정(thermally based power regulation)(24)은 1초의 범위의 주파수로 작동한다. 과전류 조정(26)은 20 ms 범위의 주파수로 작동한다. 플리커 조정(flicker regulation)(28)은 10 ms의 범위의 주파수로 작동한다. 각각의 조정을 위한 주파수는 대응하는 조정들의 반복률(repetition rate)에 대응한다. 측정의 결과, 전기 아크로(10)의 요구된 조정을 수행하기 위해 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P) 상의 적절한 권선 탭(TS1...TSN)으로 스위치 오버하는 것이 반도체 탭 절환기(20)를 통해 가능하며, 이러한 방식으로 과전류가 최소화되거나 차단된다. 발생하는 과전류에 관하여, 전기 아크로(10)의 파워의 조정은 반도체 스위치(20)를 통해 대칭적으로 또는 비대칭적으로 수행될 수 있다. 제련 공정의 초기 단계에서의 전기 아크로(10)의 비대칭적 조정은 상도체(5)에서의 조정된 전압의 비연계 수정(non-coupled modification)을 의미하는 것으로 이해된다. 전술한 바와 같이, 이러한 맥락에서의 주파수는 20 ms의 범위에 있다.
도 3은 제련 공정의 초기 단계에서의 전기 아크로(6)의 조정의 흐름도를 개략적으로 도시하고 있다. 이 조정은 과전류 조정(26)이며, 이에 의해 제련 공정의 초기 단계에서의 신속한 전류 변화에 반응하는 것이 가능하다. 이하의 설명은 임피던스 Z를 전기량으로 한다. 이것은 본 발명을 결코 이러한 것으로 한정하려는 것은 아니다. 도 4에 예시된 바와 같이, 반도체 탭 절환기(20)를 통해 권선 탭(TS1...TSN)을 스위칭함으로써 각각의 전류 변화에 반응하도록 하는 것만으로 의도되지는 않는다. 반도체 탭 절환기(20)를 통한 개입은 측정된 임피던스(Zist)가 특정한 시간 간격 동안 임피던스 한계값(ZGrenz) 아래인 경우에 요구된다. 과전류는 가장 작은 가능한 권선 탭 TS1으로 또는 TSOLL으로 스위칭하는 반도체 탭 절환기(20)에 의해 제거된다.
도 3에 제공된 과정에서, 전류 측정 및 라인 전압 측정이 수행되며, 현재 전류(Iist) 및 현재 전압(Uist)이 제1 단계(31)에서 결정된다. 이러한 목적을 위해, 도 1에 도시된 바와 같이 대응하는 전류 센서 및 전압 센서(15, 16)가 각각의 라인(7)에 제공된다. 제2 단계(32)에서, 각각의 라인(7)에 대해 현재 임피던스(Zist)가 계산된다. 제3 단계(33)에서는 라인(7)으로부터 최저 임피던스(Zmin)를 갖는 적절한 라인이 선택된다. 최저 임피던스(Zmin)를 갖는 라인(7)을 결정하기 위해 모든 라인(7)에 대해 최저 임피던스(Zmin)의 값의 저역 통과 필터링(34)이 시행된다. 비교 단계(35)에서는, 최저 임피던스(Zmin)가 임피던스 한계값(ZGrenz) 아래인지가 검사된다.
최종 단계(36)에서, 최고 전류 또는 최저 임피던스(Zmin)를 계산하는 것이 가능하다. 특성치 조정기(characteristics regulator)를 통해, 한계 임피던스(ZGrenz) 및 측정된 최소 임피던스(Zmin)에 좌우되어 권선 탭의 요구된 차이(ΔTs)를 계산하는 것이 가능하다. 이 ΔTs는 현재 활성 상태의 권선 탭 TA(변압기 스테이지)로부터 감산된다. 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P) 상의 조정될 스테이지 Ts는 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P) 상의 현재 활성 상태의 권선 탭 TA와 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P) 상의 권선 탭들의 차이 ΔTs 간의 차로부터 발생된다. 반도체 탭 절환기(20)를 통해, 1차측(6P) 상의 조절될 권선 탭 TS에 대한 전기로용 변압기(6)의 파워 조정은 전기 아크로(10)의 모든 라인(7)에 대해 대칭적으로 수행된다. 이러한 맥락에서의 주파수는 20 ms의 범위에 있다.
현재 임피던스(Zist)는 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)의 가장 작은 가능한 권선 탭으로 스위칭하는 반도체 탭 절환기(20)에 의해 임피던스 한계값(ZGrenz) 아래로 된다. 그러므로, 전기로용 변압기(6)의 2차측(6S) 상의 전압은 감소된다. 전기로용 변압기(6)의 2차측(6S) 상의 전압을 감소시키는 것은 각각의 개별 라인(7)에서 특정하게 수행될 수 있다.
본 발명을 2개의 실시예를 참조하여 설명하였다. 당업자는 이하의 청구항들의 보호 범위에서 벗어나지 않고서도 본 발명의 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
1 : 장치
3 : 용융물
4 : 전극
5 : 상도체
6 : 전기로용 변압기
6P : 1차측
6S : 2차측
7 : 라인, 상
9 : 전력 공급 네트워크
10 : 전기 아크로
11 : 노 베젤
12 : 외벽
13 : 내벽
15 : 전류 센서
16 : 전압 센서
20 : 부하시 탭 절환기, 반도체 탭 절환기
22 : 전체 조정
24 : 열 기반 파워 조정
26 : 과전류 조정
28 : 플리커 조정
30 : 제어 및 조정 유닛
31 : 제1 단계
32 : 제2 단계
33 : 제3 단계
34 : 저역 통과 필터링
35 : 비교 단계
36 : 최종 단계
TS1...TSN : 권선 탭, 변압기 스테이지
TA : 현재 활성 상태의 권선 탭
TSOLL : 타겟 권선 탭
ΔTs : 권선 탭들의 차이
S1...SN : 반도체 스위칭 부품
SSOLL : 타겟 위치
Eist : 전기적 실제값
EEXTREM : 전기적 실제값의 극단값
EGrenz : 전기적 실제값의 한계값
IMAX : 전류 상한값
IGrenz : 전류 한계값
UASOLL : 타겟 상전압
Y : 어드미턴스
Z : 임피던스
ZGrenz : 임피던스 한계값
ZMin : 최소 임피던스
Zist : 현재 활성 상태의 임피던스

Claims (8)

  1. 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로(10)를 조정하기 위한 장치로서, 각각의 라인이(7) 전기 에너지 공급을 위한 하나의 전극(4) 및 할당된 상도체(phase conductor)(5)를 갖고, 각각의 라인(7)에 현재 전압을 측정하기 위한 센서(16) 및 현재 흐르고 있는 전류를 측정하기 위한 센서(15)가 제공되는 3개의 라인(7)과, 각각의 상기 라인(7)에 대해 시간에 좌우되어 전기적 실제값(electrical actual value)(Eist)을 계산할 수 있는 제어 및 조정 유닛(30)과, 1차측(6P) 및 2차측(6S)을 갖는 하나 이상의 전기로용 변압기(6)와, 상기 1차측(6P)의 권선 탭(TS1...TSN)을 스위치하는 하나 이상의 부하시 탭 절환기(20)를 포함하며, 상기 3개의 전극(4)이 상기 하나 이상의 전기로용 변압기(6)의 2차측(6S)과 전기 접속되며, 상기 부하시 탭 절환기는 수 밀리초의 사이클 시간을 실현하는 반도체 탭 절환기(20)인 것을 특징으로 하는, 전기 아크로를 조정하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 및 조정 유닛(30)은 조정 알고리즘을 포함하며, 상기 조정 알고리즘으로 상기 반도체 탭 절환기(20)의 타겟 위치(SSOLL)가 계산 가능하며, 그 타겟 위치를 통해 전류 한계값(IGrenz)이 조정 가능하며, 각자의 전류 한계값(IGrenz)이 각각의 라인(7)의 상기 센서(15, 16)의 측정량 및 각자의 결과의 전기적 실제값(Eist)에 좌우되어 계산 가능하며, 이로써 상기 반도체 탭 절환기(20)를 통해, 타겟 권선 탭(TSOLL)에 대응하는 타겟 위치(SSOLL)로 스위치하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는, 전기 아크로를 조정하기 위한 장치.
  3. 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로(10)를 조정하기 위한 방법으로서,
    ㆍ 전기로용 변압기(6)의 2차측(6S)의 3개의 라인(7)의 각각에 대해 전류 측정 및 라인 전압 측정이 수행되며,
    ㆍ 적합한 타겟 상전압(phase voltage)(UASOLL) 및 상기 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P)의 각각 할당된 타겟 권선 탭(TSOLL)이, 전류 상한치(IMAX)가 지켜지도록, 조정 알고리즘으로 그리고 제어 및 조정 유닛(20)에서 지정된 동작 파라미터에 기초하여 계산되며,
    ㆍ 조절되고 상기 전기로용 변압기(6)의 1차측(6P) 상에 있는 타겟 권선 탭(TSOLL)의 조절이 상기 전기 아크로(10)의 모든 라인(7)에 대해 대칭적으로(symetrically) 수행되고, 반도체 탭 절환기(20)가 대응하는 타겟 위치(SSOLL)로 스위치하는,
    것을 특징으로 하는 전기 아크로를 조정하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 라인(7)에 대해 전기적 실제값(Eist)이 계산되며, 상기 라인(7) 중에서 전기적 실제값에 대한 극단값(extreme value)(EEXTREM)을 갖는 적절한 라인을 선택하며, 이에 후속하여, 전기적 실제값에 대한 극단값(EEXTREM)이 전기적 실제값에 대한 한계값(EGrenz) 아래인지에 대한 비교가 시행되는 것을 특징으로 하는, 전기 아크로를 조정하기 위한 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    전기적 실제값(Eist)은 임피던스(Z) 또는 어드미턴스(Y)인 것을 특징으로 하는, 전기 아크로를 조정하기 위한 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 탭 절환기(20)의 타겟 위치(SSOLL) 및 상기 전기로용 변압기(6)에서의 타겟 권선 탭(TSOLL)으로의 대응하는 스위칭을 결정하기 위한 사이클 시간은 20 밀리초의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 전기 아크로를 조정하기 위한 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    전기적 값(electrical value)을 결정하기 위해, 동적 제어(control dynamic)로 조절되는 저역 통과 필터링이 수행되는 것을 특징으로 하는, 전기 아크로를 조정하기 위한 방법.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기로용 변압기(6)의 2차측(6S) 상의 상전압의 조절은 비대칭적으로(asymmetrically) 수행되는 것을 특징으로 하는, 전기 아크로를 조정하기 위한 방법.
KR1020157011003A 2012-10-16 2013-10-09 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 제어하기 위한 장치 및 방법 KR102131059B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012109844.1 2012-10-16
DE102012109844.1A DE102012109844B4 (de) 2012-10-16 2012-10-16 Vorrichtung und Verfahren zur Regelung eines Lichtbogenofens in der Anfangsphase eines Schmelzprozesses
PCT/EP2013/071043 WO2014060262A1 (de) 2012-10-16 2013-10-09 Vorrichtung und verfahren zur regelung eines lichtbogenofens in der anfangsphase eines schmelzprozesses

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150064133A true KR20150064133A (ko) 2015-06-10
KR102131059B1 KR102131059B1 (ko) 2020-07-08

Family

ID=49354647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157011003A KR102131059B1 (ko) 2012-10-16 2013-10-09 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 제어하기 위한 장치 및 방법

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20150215998A1 (ko)
EP (1) EP2910086B1 (ko)
KR (1) KR102131059B1 (ko)
CN (1) CN104813739B (ko)
BR (1) BR112015006989B1 (ko)
DE (1) DE102012109844B4 (ko)
HK (1) HK1214070A1 (ko)
RU (1) RU2654520C2 (ko)
TR (1) TR201802879T4 (ko)
UA (1) UA115884C2 (ko)
WO (1) WO2014060262A1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6058134A (en) * 1992-02-25 2000-05-02 Toivonen; Lassi Method for measuring the electric quantities of an AC electric-arc furnace
JP2004526281A (ja) * 2001-02-08 2004-08-26 ハッチ リミテッド Ａｃアーク炉用の電力制御システム
KR20120005435A (ko) * 2009-04-09 2012-01-16 마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하 반도체 스위칭 소자를 포함하는 부하시 탭 전환기

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3943407A (en) * 1973-08-01 1976-03-09 Scientific Enterprises, Inc. Method and apparatus for producing increased quantities of ions and higher energy ions
US4463432A (en) * 1981-08-26 1984-07-31 Westinghouse Electric Corp. Power controller using dual deadbands for reducing oscillatory load manipulations
US4677643A (en) * 1984-03-09 1987-06-30 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh Device for feeding one or a plurality of electrodes in an electrothermal furnace
JPH07118382B2 (ja) * 1984-12-13 1995-12-18 大同特殊鋼株式会社 ア−ク炉の運転方法
DE3512189C2 (de) * 1985-04-03 1996-09-05 Mannesmann Ag Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Lichtbogenöfen
DE102006050624A1 (de) * 2006-10-26 2008-04-30 Siemens Ag Reaktanzvorschalteinrichtung
DE102009053169A1 (de) * 2009-09-28 2011-04-21 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Kontrolle eines Schmelzvorganges in einem Lichtbogenofen sowie Signalverarbeitungseinrichtung, Programmcode und Speichermedium zur Durchführung dieses Verfahrens
EP2362710A1 (de) * 2010-02-23 2011-08-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogenofens, Steuer- und/oder Regeleinrichtung für einen Lichtbogenofen und Lichtbogenofen
EP2364058B1 (de) * 2010-03-05 2013-10-23 AEG Power Solutions B.V. Stromversorgungsanordnung
DE202011110289U1 (de) * 2011-02-05 2013-05-28 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Stufenschalter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6058134A (en) * 1992-02-25 2000-05-02 Toivonen; Lassi Method for measuring the electric quantities of an AC electric-arc furnace
JP2004526281A (ja) * 2001-02-08 2004-08-26 ハッチ リミテッド Ａｃアーク炉用の電力制御システム
KR20120005435A (ko) * 2009-04-09 2012-01-16 마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하 반도체 스위칭 소자를 포함하는 부하시 탭 전환기

Also Published As

Publication number Publication date
US20150215998A1 (en) 2015-07-30
BR112015006989B1 (pt) 2021-09-28
UA115884C2 (uk) 2018-01-10
CN104813739A (zh) 2015-07-29
RU2015118353A (ru) 2016-12-10
CN104813739B (zh) 2017-10-13
TR201802879T4 (tr) 2018-03-21
DE102012109844A1 (de) 2014-04-17
BR112015006989A2 (pt) 2018-04-24
HK1214070A1 (zh) 2016-07-15
RU2654520C2 (ru) 2018-05-21
EP2910086A1 (de) 2015-08-26
EP2910086B1 (de) 2017-12-13
DE102012109844B4 (de) 2016-05-25
KR102131059B1 (ko) 2020-07-08
WO2014060262A1 (de) 2014-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2006297088B2 (en) Control device for AC reduction furnaces
JP2008522132A5 (ko)
KR102131058B1 (ko) 전기 아크로의 프로세스 기반 파워 제어를 위한 장치 및 방법
CA2583481C (en) Electronic circuit and method for feeding electric power to a alternating-current electric-arc furnace
KR102131059B1 (ko) 제련 공정의 초기 단계에서 전기 아크로를 제어하기 위한 장치 및 방법
KR102131315B1 (ko) 전기 아크로의 작동 동안에 네트워크 리액션을 감소시키는 장치 및 방법
US11953265B2 (en) Method for operating an electric arc furnace

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant