KR20210003174A - 전기 아크로 및 대응하는 장치의 전력 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 메인 주파수(fr)와 별개로, 전극의 전원 전압(Ua) 및 전원 전류(Ia)의 전원 주파수(fa)를 조절하도록 제공된 전기 아크로(11)의 전력 방법이 개시되어 있다.

Description

전기 아크로 및 대응하는 장치의 전력 방법

본 발명은 전기 아크로(electric arc furnaces)용 전력 방법 및 대응하는 제어 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 금속 재료를 용융시키는 데 사용되는 전기로 분야에 적용된다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 비제한적이나, 3상 전기 아크로를 위한 것이다.

아크로의 용융 사이클은 일반적으로 하기의:

-금속 재료, 일반적으로 스크랩을 위에서 하역하는 바스켓에 의해 또는 스크랩 및/또는 직접 환원 철(DRI)이 공급되는 연속 적재 운송 장치에 의해 아크로에 적재하는 단계;

-전기 아크를 발생시키는 단계;

-발생된 전기 아크에 의해 금속 재료층을 천공하는 단계;

-용융 금속조를 형성하는 단계;

-상기 금속조의 온도와 강철의 탄소 함량을 조절하기 위해 용융된 재료를 정제하는 단계 및/또는 화학성분을 추가하여 강철의 원하는 조성물을 정의하는 단계;

-발생 가능한 디슬래깅(deslagging) 후, 전기로에 있는 용융 재료를 탭핑하는 단계를 제공하고,

전기 아크를 발생시키는 동안 전극이 전극의 단부와 피용융 재료 사이에 발생되는 용융 전기 아크를 유발할 때까지 전극이 금속 재료를 향해 하강되며, 천공하는 단계 동안 스크랩의 실제 용융이 시작되어 전극이 완전히 융합된다.

적재, 전기 아크 생성 및 천공 작업은 한 번의 용융 사이클 동안 여러 번 반복될 수 있다. 예를 들어, 융용 재료의 정제를 진행하기 전에 전기로에서 금속 재료의 1차 장입 및 장입의 용융 후, 용융 재료의 추가 장입 및 후속 용융의 도입이 제공될 수 있다.

연속 장입 용융 공정의 경우, 위에서 설명한 용융 사이클은 다르며 일반적으로 제 1 바스켓을 전기로에 적재, 충분한 리퀴드 힐(liquid heel) 수준을 생성하기 위한 후속 용융, 및 탭하려는 수량에 도달하기 위해 피용융 재료의 연이은 후속 도입이 제공된다.

천공 단계 동안, 전극과 금속 재료의 장입 사이의 전기 아크가 매우 불안정한 거동을 나타내며, 이는 용융이 진행됨에 따라 점차 개선된다. 그 동안, 이로 인해 메인 전원 공급망에 또한 부정적인 영향을 미치는 예기치 않은 갑작스런 변화가 흡수된 전력에 야기되고 상기 전력 공급망에 의해 공급되는 사용자 장치에도 손상을 줄 수 있다.

천공 및 용융 중에, 실제로, 수집되었지만 아직 용융되지 않은 스크랩으로 인해 전극에 붕괴가 발생해 용융 작업에 유용한 유효 전력이 상당히 감소하는 것에 해당고 메인 전력망에 의해 흡수된 전류가 급격히 증가하는 단락 상태가 발생될 수 있다.

용융이 진행됨에 따라, 즉, 아크가 고체 재료 또는 거품 액체(슬래그)로부터 적절하게 차폐되면, 전기 아크의 거동이 점점 더 안정적이 되어, 이런 식으로 아크 길이를 늘릴 수 있어, 이에 따라 피용융 재료에 전달되는 열 출력이 증가한다. 아크의 전압과 길이는 용융 공정의 함수로 조절되므로 내화물의 과도한 마모를 방지한다.

전력망에 바람직하지 않은 영향을 제한하기 위해, 적어도 전극의 위치와 상기 전극에 부과된 전압 및 전류 파라미터를 지속적으로 조절하여 전기로에 공급되는 전력을 빠르게 조절하는 것이 알려져 있다.

특히, 전압 및 전류 파라미터와 전극의 위치는 공정의 각 단계에서 적절하게 조절된다.

피용융 재료에 대한 전극의 위치가 전기 아크의 길이를 결정한다; 더욱이, 아크의 길이는 전류-전압-임피던스 간의 상호 의존성의 함수이므로, 아크를 지원하고 아크가 꺼지는 것을 방지하기 위해 인가 전압을 증가시켜 무효 전력에 유리하게 역률을 낮추고 이에 따라 성능을 낮춤으로써 천공 단계에서 유효 전력을 희생해야 하는 것이 필요하다. 반대로, 아크가 짧아지면, 전류가 증가해 아크에 의해 공급되는 전력이 제어되지 않고 증가하여 전기로 또는 볼트(vault)가 손상될 수 있다.

도 1은 3개의 바스켓으로 용융 사이클의 공급 동안 전극에 적용될 전기 파라미터의 기준값 또는 설정값을 개략적으로 도시한다. 즉, 3개의 바스켓은 용광로에 제 1 금속 재료 바스켓을 적재해 녹이고, 또한 제 2 금속 재료 바스켓을 적재해 또한 녹이며, 제 3 금속 재료 바스켓을 적재해 녹이고 연이어 획득된 전체 액체 재료를 정제하도록 제공된다.

전류, 전압 및 전력의 전기 파라미터가 변하는 반면, 전극의 전원 주파수는 용융 사이클 동안 변경되지 않고 전원 주파수와 동일하게 유지된다는 점을 알 수 있다.

제 1 가정으로, 전류가 같은 아크 전압은 전극과 용융될 질량 사이의 거리에 비례한다. 아크의 기준 전류에 도달하도록 제공하는 주어진 기능 조건에 대해, 전극과 용융될 질량 사이의 거리를 특성 전원 전압 곡선과 관련해 조절함으로써 안정된 아크 조건, 즉 시간에 따른 정전류 조건이 달성된다.

공지된 유형의 전력 장치는 일반적으로 멀티탭 변압기, 즉 필요한 전력과 관련하여 선택적으로 설정될 수 있는 복수의 변압비가 제공되는 변압기를 포함한다. 변압기는 일반적으로 중간 전압에서 전력망이 공급하는 전압을 전극에 전력을 공급하기에 적합한 전압으로 변환한다.

변압기의 탭과 전극 높이의 지속적인 조절을 통해, 원하는 임피던스/어드미턴스 지점을 따르고 이에 따라 아크 전압과 아크 길이를 조절하여 용융 전력을 결정할 수 있다.

그러나, 이러한 공지된 유형의 전력 장치는 또한 전력망으로부터 취해지고 넓고 특히 해당 아크 길이가 0인 단계의 단락을 유발하는 고철의 붕괴로 인해 천공 동안 발생하는 변화의 폭이 넓다는 것과 관련된 단점이 있다.

천공 동안, 전기로에 의한 전력 흡수의 가변성을 가정하면, 메인 전압 변동이 발생하여 소위 명멸 현상이 발생한다. 용융 공정은 전류 변동 측면에서 크게 달라질 수 있으므로, 따라서 전압 강하 측면에서 동일한 주파수를 가정하면, 상기 명멸 효과를 제한하기 위해 전기 아크를 가능한 한 안정적으로 유지하는 것이 중요하다.

안정적인 아크에 필요한 조건을 갖기 위해, 시스템은 회로가 네트워크의 전원 주파수를 결정하기 위해 가져야 하는 유도 리액턴스 값을 적절하게 선택하여 크기 조정된다. 설계 단계에서 적절한 크기의 전체 리액턴스는 도체, 변압기 및 가능한 추가 리액터의 리액턴스의 합으로 얻어진다.

전기 아크로의 전력 시스템에서 추가 리액터는 도달할 리액턴스 값의 함수로 결정된다. 추가 리액터는 유효 전력과 관련하여 무효 전력 관리에 개입할 수 있고(실제로, 리액턴스는 회로의 전류와 전압 간에 위상차를 발생하여, 역률을 조절할 수 있고), 따라서 아크의 안정성에 영향을 미칠 수 있다.

최신 기술은 참조문헌 DE 30 35 508을 포함한다. 이 참조문헌은 일반적으로 컨버터 유닛에 의해 전기 아크로의 전원 주파수를 변경하기 위해 제공되는 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 한 가지 목적은 용융 공정의 효율을 증가시키는 전기 아크로용 전력 방법을 개선하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전기로의 전력 변동에 의해 발생하는 부정적 영향을 감소시키고 심지어 제거하는 전기 아크로용 전력 방법을 개선하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 또한 각 용융 사이클의 시간을 감소시킬 수 있는 전기 아크로용 전력 방법을 개선하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 효율적이고 경제적인 전기 아크로용 전력장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 효율적이고 각 용융 사이클을 줄이는 전기 아크로용 전력장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제한된 부피를 가지면서도 플랜트가 적절하게 기능할 수 있는 리액턴스 값에 도달할 수 있는 전기 아크로용 전력 장치를 제공하는 것이다.

본 출원인은 최신 기술의 단점을 극복하고 이러한 목적 및 다른 목적과 이점을 얻기 위해 본 발명을 고안하고 테스트하여 구현했다.

본 발명은 독립 청구항에 기술되고 특징으로 하는 한편, 종속 청구항은 본 발명의 다른 특징 또는 주요 발명의 아이디어에 대한 변형을 기술한다.

상기 목적에 따라, 본 발명에 따른 전기 아크로용 전력 방법은:

-메인 전력망을 통해, 미리 정의된 메인 주파수로 메인 교류 전압과 메인 전류를 공급하는 단계;

-상기 메인 전압, 전류 및 주파수를 교류 베이스 전압, 전류 및 주파수로 변환하는 단계;

-직류 전압 및 전류를 얻기 위해 복수의 정류기로 상기 베이스 전압 및 전류를 정류하는 단계;

-복수의 컨버터에 의해, 상기 직류 전압과 전류를 상기 컨버터에 연결된 제어 및 명령 유닛에 의해 선택적으로 설정 가능한 교류 전압 및 전류로 변환하는 단계; 및

-상기 전원 전압 및 전류를 전기로의 복수의 전극에 공급하는 단계를 포함하고,

상기 베이스 전압 및 전류는 선택적으로 설정 가능하며, 상기 베이스 주파수는 상기 메인 주파수와 실질적으로 동일하다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 상기 전기로의 용융 사이클의 각 단계 동안, 제어 및 명령 유닛에는 전기로의 전력 장치의 리액턴스의 조절을 가능하게는 또한 순간적으로 얻으며 상기 메인 주파수와 별개로 전극의 상기 전원 전압 및 전류의 전원 주파수를 조절하는 조절 장치가 제공된다.

전기로의 전원 주파수를 조절할 수 있으므로:

-아크 안정성과 시간이 지남에 따라 에너지의 전달을 개선한다.

-전력망에서 명멸 양을 줄인다.

전원 주파수의 조절은 리액턴스의 값에 직접적인 영향을 미치며 따라서 전기로 전력이 공급되는 역률에도 영향을 미친다; 아크 안정성 및 이에 따라 피용융 재료로의 전력 전달도 이 파라미터와 강하게 연결된다.

실제로, 유도 리액턴스는 다음 관계에 의해 결정될 수 있다:

Xr = 2 * π * f * L

여기서:

Xr은 유도 리액턴스[Ohm]의 값이다.

f는 전원 주파수[Hz]이다.

L은 일반적으로 유도 소자의 크기 및 구조 형상과 관련된 인덕턴스[H]의 값이다.

이 관계로부터, 동일한 유도 리액턴스가 주어지면, 전원 주파수의 증가로 인덕턴스 값이 감소하고 따라서 유도 소자의 물리적 치수가 감소한다는 것을 알 수 있다. 인덕턴스 값은 자기 코어의 재료, 형상, 코일의 배치 및 나선형 수와 같은 다양한 요인에 따라 달라지는 물리적 파라미터이다. 따라서, 형상과 재료가 고정되면, 동일한 리액턴스 값이 주어진 경우, 주파수가 증가하므로 이에 따라 인덕턴스가 감소해 공간이 또한 줄어들 수 있다. 따라서, 이는 전력 장치의 설치 부피를 줄일 수 있다.

본 발명의 실시예는 또한:

-사전 정의된 메인 주파수를 갖는 메인 교류 전압 및 전류를 공급하기 위해 메인 전력망에 연결되고, 상기 메인 교류 전압 및 전류를 메인 주파수와 같은 베이스 주파수를 갖는 교류 베이스 전압 및 전류로 각각 변환하도록 구성된 변압기;

-상기 변압기에 연결되고 상기 베이스 전압 및 전류를 직류 전압 및 전류로 변환하도록 구성된 복수의 정류기; 및

-상기 정류기에 연결되고 직류 전압 및 전류를 교류 전압 및 전류로 변환하도록 구성된 복수의 컨버터를 포함하고,

상기 컨버터는 융융로의 전극 및 상기 컨버터의 기능을 제어 및 명령하고 시간에 따라 전원 전압 및 전류를 조절하도록 구성된 제어 및 명령 유닛에 연결되는 전기 아크로용 전력 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 제어 및 명령 유닛에는 상기 전기로의 용융 사이클의 각 단계 동안, 메인 주파수와 독립적으로 전원 장치의 전원 주파수를 조절하고 따라서 상기 전원 장치의 리액턴스의 결과적인 변화를 얻도록 구성된 조절 장치가 제공된다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명의 이들 및 다른 특징은 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 예로서 주어진 몇몇 실시예에 대한 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
-도 1은 최신 기술에 따른 용융 사이클 동안 전극에 적용되는 전기적 파라미터의 시간에 따른 변화를 보여주는 다이어그램이다.
-도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 아크로의 전력 장치의 개략도이다.
-도 3은 본 발명의 실시예에 따라 바스켓이 적재되는 용융 사이클 동안 전극에 적용되는 전기 파라미터의 시간에 따른 변화를 보여주는 다이어그램이다.
-도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스크랩의 연속 적재와 함께 용융 사이클 동안 전극에 적용되는 전기 파라미터의 시간에 따른 변화를 보여주는 다이어그램이다.
-도 5는 본 발명의 실시예에 따라 DRI라고도 하는 직접 환원 철의 연속 적재와 함께 용융 사이클 동안 전극에 적용된 전기 파라미터의 시간에 따른 변화를 보여주는 다이어그램이다.
이해를 돕기 위해, 가능하다면, 도면에서 동일한 공통요소를 식별하기 위해 동일한 참조번호를 사용했다. 일 실시예의 요소 및 특성은 추가 설명없이 편리하게 다른 것에 통합될 수 있음이 이해된다.

본 발명의 실시예는 전체적으로 참조번호 10(도 2)으로 표시되고 전기 아크로(11)에 전력을 공급하도록 구성된 전력 장치에 관한 것이다.

전기로(11)는 용기(12) 또는 쉘을 포함하고, 그 안에 금속 재료(M)가 도입되어 연이어 용융된다.

금속 재료(M)의 적재는 도 3을 참조로 기술된 바와 같이 불연속 모드로 또는 도 4 및 도 5를 참조로 기술된 바와 같이 연속 모드로 바스켓을 사용하여 발생할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 경우에서, 스크랩을 포함하는 금속 재료(M)를 적재하도록 제공된다. 도 5에 도시된 방안에서는, DRI 형태로 금속 재료(M)를 적재하도록 제공된다.

전기로(11)에는 또한 복수의 전극(13)이 제공되며, 이 경우에는 금속 재료(M)를 통해 전기 아크를 발생시키고 이를 용융시키도록 구성된 3개의 전극(13)이 도시되어 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 금속 재료(M)를 향해/멀리 전극(13)을 선택적으로 이동시키도록 구성된 이동 장치(14)에 전극(13)이 설치된다.

이동 장치(14)는 기계 액추에이터, 전기 액추에이터, 공압 액추에이터, 유압 액추에이터, 관절식 메커니즘, 기계적 키네마틱, 유사 및 필적할만한 부재 또는 이들의 가능한 조합 중 적어도 하나를 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다.

본 발명의 가능한 방안에 따르면, 3개의 전극(13)이 있는 경우, 각 하나는 전력 장치(10)의 각각의 전력 위상에 연결된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전력 장치(10)는 메인 교류 전압 및 전류를 공급하기 위해 전력망(16)에 연결되고 메인 전력 교류 전압 및 전류를 교류 베이스 전압 및 전류로 변환하도록 구성된 적어도 하나의 변압기(15)를 포함한다.

본 발명의 가능한 방안에 따르면, 메인 전력망(16)은 3상일 수 있다.

본 발명의 방안에 따르면, 전력망 전압 "Ur" 및 전력망 전류 "Ir"는 미리 정의된 메인 주파수 "fr"를 갖는다.

가능한 방안에 따르면, 메인 전원 주파수 "fr"는 50Hz 내지 60Hz 사이, 즉 전기로가 설치된 국가의 전력망 주파수에 따라 선택된다.

본 발명의 가능한 방안에 따르면, 변압기(15)는 적어도 하나의 2차 변압기(18)에 자기적으로 결합된 1차 변압기(17)를 포함할 수 있다.

본 발명의 가능한 방안에 따르면, 변압기(15)는 1차 변압기(17)에 자기적으로 결합된 복수의 2차 변압기(18)를 포함할 수 있다. 이 방안은 전력망 측에 방해 영향, 즉, 고조파 성분 및 변압기(15)와 정류기(19)의 조합에 의해 전력망에서 교환되는 무효 전력(reactive power)을 감소시키게 한다.

변압기(15)에 의해 공급된 베이스 전압 및 전류는 변압기(15) 자체의 설계 특성에 의해 미리 정의되고 설정된 베이스 전압 "Ub", 베이스 전류 "Ib" 및 베이스 주파수 "fb"를 갖는다.

특히, 베이스 주파수 "fb"는 위에서 식별된 상기 메인 주파수 "fr"과 실질적으로 동일하다.

베이스 전압 "Ub" 및 베이스 전류 "Ib"는 그 대신에 변압기(15) 자체의 변압비에 의해 메인 전원 전압 "Ur" 및 메인 전원 전류 "Ir"에 각각 상관된다.

예를 들어, 멀티탭 유형의 변압기(15)에는 특정 요건과 관련하여 변압기(15)의 전기적 변압비를 선택적으로 조절하기 위해 제공된 조절 장치(미도시)가 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 장치(10)는 또한 변압기(15)에 연결되고 교류 베이스 전압(Ub) 및 전류(Ib)를 직류 전압 및 전류로 변환하도록 구성된 복수의 정류기(19)를 포함한다.

구체적으로, 정류기(19)는 교류 베이스 전압(Ub) 및 전류(Ib)를 각각의 직류 전압 및 전류로 정류할 수 있게 한다.

정류기(19)는 다이오드 브리지 및 사이리스터 브리지(thyristor bridge)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.

가능한 방안에 따르면, 정류기(19)는 예를 들어 다이오드, SCR(Silicon Controlled Rectifier), GTO(Gate Turn-Off thyristor), IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor), MCT(Metal-Oxide Semiconductor Controlled Thyristor), BJT(Bipolar Junction Transistor), MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 및 IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 장치(10)는 정류기(19)에 연결되고 직류 전압 및 전류를 전극(13)에 전력을 공급하는 교류 전원 전압 및 전류로 변환하도록 구성된 복수의 컨버터(20)를 포함한다.

가능한 방안에 따르면, 컨버터(20)는 예를 들어 SCR(Silicon Controlled Rectifier), GTO(Gate Turn-Off thyristor), IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor), MCT(Metal -Oxide Semiconductor Controlled Thyristor), BJT(Bipolar Junction Transistor), MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor), 및 IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)를 포함하는 그룹에서 선택된 장치를 포함한다.

컨버터(20)는 용융로(11)의 전극(13) 및 컨버터(20)의 기능을 제어 및 명령하고 시간에 따라 전극(13)의 교류 전원을 조절하도록 구성된 제어 및 명령 유닛(21)에 연결된다.

구체적으로, 제어 및 명령 유닛(21)은 상기 교류 전원 전압 및 전류의 파라미터를 선택적으로 설정하도록 상기 컨버터(20)를 제어한다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 제어 및 명령 유닛(21)에는 교류 전원 전압 및 전류의 전원 주파수 "fa"를 조절하고 전극의 전원 회로의 리액턴스 값에서 동시 변화를 획득하도록 구성된 조절 장치(22)가 제공된다.

구체적으로, 전원 전압 및 전류는 수반된 용융 전력과 관련하여 선택적으로 조절되는 전원 전압(Ua) 및 전원 전류(Ia)를 갖는다.

본 발명의 가능한 방안에 따르면, 조절 장치(22)는 단지 예로써 히스테리시스 모듈레이터, 또는 펄스폭변조(PWM) 모듈레이터를 포함할 수 있다.

이러한 유형의 모듈레이터는 정류기(19) 및 컨버터(20)의 반도체 장치에 명령을 내리는 데 사용될 수 있다. 적절히 제어된 모듈레이터는 전극(13)을 작동시키기 위해 전압 또는 전류값을 생성한다. 특히, 모듈레이터는 전압 및 전류값을 처리하고 정류기(19) 및 컨버터(20) 중 적어도 하나에 구동 명령을 내려 생성해 제어에 필요한 전압 및 전류의 양이 전극(13)의 연결 클램프에 보내지게 한다. 작동될 전압 및 전류는 프로세스에 의해 판독된 양 및 프로세스 모델을 기반으로 제어 및 명령 유닛에 의해 수행된 동작의 결과이다.

본 발명에 따르면, 정류기(19)는 직류로 작동하는 적어도 하나의 중간 회로(23)에 의해 컨버터(20)에 연결될 수 있다.

중간 회로(23)는 전기 에너지를 연속적으로 저장하고 전극(13)과 정류기(19) 사이에, 이에 따라 전력망(16)과 분리를 생성하도록 구성된다.

특히, 프로세스로부터 유도된 급격한 전력 변동은 전력망(16)에 미치는 영향을 감소시키는 중간 회로(23)를 통해 부분적으로 필터링된다.

제어 및 명령 유닛(21)은 또한 컨버터(20)에 의해 발생되고 전극(13)에 공급되는 전원 전압(Ua) 및 전원 전류(Ia)의 파라미터를 조절하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예의 방안은 제어 및 명령 유닛(21)이 이동 장치(14)에 또한 차례로 연결되어 용융 공정의 상이한 단계와 관련하여 전극(13)의 위치를 조절할 수 있다.

특히, 전극(13)은 재료의 위치를 따라가고 이에 따라 아크의 길이를 수정하기 위해 이동 장치(14)에 의해 이동된다.

이러한 방식으로, 제어 및 명령 유닛(21)은 공정의 특정 단계와 관련하여 적어도 다음 파라미터: 전원 전압(Ua), 전원 전류(Ia), 전원 주파수("fa") 및 전극(13)의 위치를 관리하고 명령할 수 있다. 다양한 파라미터를 제어할 수 있는 높은 가능성으로 인해 공정에 에너지 전달을 최적화하고 동시에 전기로 측 전력의 급격한 변화로 인한 전력망(16)에 대한 영향을 감소시킬 수 있다.

가능한 방안에 따르면, 변압기(15), 상기 변압기(15)에 연결된 정류기(19) 및 컨버터(20)가 함께 전력 모듈(24)을 정의한다.

본 발명의 가능한 실시예에 따르면, 장치(10)에는 서로 병렬로 연결되고 전력망(16) 및 전기로(11)에 연결된 복수의 전력 모듈(24)이 제공될 수 있다.

여러 전력 모듈(24)의 조합으로 전력이 공급될 전기로(11)의 특정 크기에 따라 크기가 확장 가능한 장치(10)를 얻을 수 있다.

가능한 방안에 따르면, 제어 및 명령 유닛(21)은 모든 전력 모듈(24)에 연결되어 적어도 각각의 컨버터(20)를 제어하여 각 모듈이 동일한 전압(Ua), 전류(Ia) 및 전원 주파수("fa") 값을 전극(11)에 공급하도록 한다. 이러한 방식으로, 전체 시스템의 오작동을 방지할 수 있다.

가능한 방안에 따르면, 장치(10)의 다른 변압기는 장치의 원하는 전체 리액턴스를 얻도록 구성된 인덕터를 포함할 수 있다.

인덕터(25)는 컨버터(20)의 하류에 연결될 수 있고 등가의 원하는 총 리액턴스에 도달하도록 크기가 결정된다. 이러한 방식으로, 인덕터(25)의 기여 및 시스템을 전기로에 연결하는 도체에 의해 도입된 리액턴스에 의해 제공되는 전체 리액턴스를 얻을 수 있다.

일반적으로, 인덕턴스는 부품이 제조되면 수정할 수 없는 (설계) 파라미터이다.

(예를 들어, 메인 전원 50Hz와 관련하여) 주파수를 수정함으로써, 동일한 인덕턴스가 주어지면, 회로의 부품이 가정하는 리액턴스 값을 변경하여 이에 따라 등가의 원하는 총 리액턴스 값에 도달할 수 있다.

가능한 방안(도 3-5)에 따르면, 용융 사이클은 금속 재료를 천공하는 단계 및 용융 단계 중 적어도 하나를 포함한다.

가능한 실시예(도 3 및 4)에 따라, 용융 사이클은 용융된 재료를 정제하는 단계를 또한 포함할 수 있다.

특히, 천공 단계 동안 전극(13)은 전기 아크를 유발하고 금속 재료(M)의 용융을 시작하기 위해 적재된 고체 금속 재료(M)에 더 가까워진다. 금속 재료(M)가 점차 전극을 용융함에 따라, 전극(13)은 여전히 금속 재료(M)의 고체 부분을 관통하여 점진적으로 녹인다. 전극(13)이 용기(12) 내부의 위치에 도달하면, 전극(13)을 둘러싸고 있는 나머지 금속 재료(M)의 실제 용융이 시작된다.

가능한 방안(도 3)에 따르면, 천공 단계 및 용융 단계는 정제 단계 전에 여러 번 반복될 수 있으며, 그 사이에 추가 금속 재료(M)를 전기로(11)에 적재하는 단계가 제공된다.

예를 들어 도 3을 참조하면, 금속 재료를 적재하고, 전극으로 금속 장입을 천공하고 금속을 녹이는 것이 제공된다. 이 작동 순서는 금속 재료(M)가 적재 될 때마다 세 번 반복된다.

도 4 및 도 5에 도시된 방안에 따르면, 천공 단계 이전에 시작되고 전기로가 완전히 채워질 때까지 그리고 금속 재료를 용융하는 단계 동안 실질적으로 연속적인 적재가 제공된다.

본 발명의 가능한 방안에 따르면, 전원 주파수 "fa"는 용융 공정 동안 변경되어 천공 단계에서 전원 주파수 "fa"가 적어도 하나의 제 1 값(f1)을 가지며, 용융 단계에서 적어도 제 1 값(f1)보다 낮은 적어도 하나의 제 2 값(f2)을 갖는다.

가능한 방안에 따르면, 정제 단계(도 3 및 4)에서, 전원 주파수 "fa"는 제 2 값(f2)보다 낮은 적어도 하나의 제 3 값(f3)을 갖는다.

특히, "적어도 하나의 값"이라는 표현은, 전원 주파수가 각 경우에 가정하는 값이 어떤 경우에도 항상 이전 단계에서 가정한 값보다 낮거나 높아야 함을 의미한다. 가능한 방안에 따르면, 제 1 값(f1)은 메인 전원 주파수 "fr"보다 높은 값이다.

가능한 실시예에 따르면, 천공 단계 동안, 전원 주파수는 시간이 지남에 따라 항상 메인 주파수 "fr"보다 높은 복수의 제 1 값(f1)을 가정할 수 있다.

가능한 방안에 따르면, 용융 단계는 전원 주파수 "fa"가 상기 제 1 값(f1)보다 낮은 복수의 상기 제 2 값(f2)를 가정할 수 있도록 제공할 수 있다.

가능한 방안에 따르면, 정제 단계는 전원 주파수 "fa"가 상기 제 2 값(f2)보다 낮은 복수의 상기 제 3 값(f3)을 가정하도록 제공할 수 있다.

특히, 가해진 제어로 인해, 상기 제 1 값(f1), 제 2 값(f2) 및 제 3 값(f3)은 예를 들어 피드백 제어에 의해 시간이 지남에 따라 연속적으로 가변될 수 있음을 제공할 수 있다.

가능한 방안에 따르면, 상기 제 1 값(f1)은 메인 주파수 "fr"보다 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10% 더 크다.

주파수를 조절하고 예를 들어 메인 주파수(fr)에 대해 주파수를 증가시킬 수 있으므로 총 등가 리액턴스를 증가시키고 천공 단계에서 아크의 안정성을 향상시킬 수 있다.

주파수를 조절하고 주파수를 줄일 수 있으므로 예를 들어 표피 효과로 인해 도체에 유도되는 손실을 줄여 따라서 시스템의 효율성을 높일 수 있다.

본 발명의 또 다른 방안에 따르면, 용융 단계 동안 전원 주파수 "fa"의 제 2 값(f2)은 메인 주파수 "fr"의 0.9배 내지 1.1배 사이에서 가변적이다.

실제로, 용융 단계 동안, 전극(13)에 공급되는 전력이 증가한다. 아크가 이제 커버되고 전기로의 볼트에서 멀리 떨어져 있는 것으로 추정고 이에 따라 전기로에 손상 위험이 방지되므로, 제어 및 명령 유닛(21)에 의해, 전원 전압(Ua) 및 전류(Ia) 기준이 유효 전력을 증가시키기 위해 수정된다. 이 단계에서, 아크는 스크랩이나 슬래그로 보호되기 때문에 더 안정적이다.

본 발명의 또 다른 방안에 따르면, 정제 단계 동안 전원 주파수 "fa"의 제 3 값(f3)은 전원 주파수(fr)의 0.3배 내지 0.5배 사이로 구성된다. 실제로, 정제 단계에서, 공정이 훨씬 더 안정적이며 전력 소모도 또한 적다. 따라서, 전체 등가 리액턴스가 감소하더라도 충분한 안정성을 보장하며 주파수를 낮출 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 작업자가 전력, 전압, 전류 및 역률 측면에서 전기로(11)의 작업 지점을 결정하면, 제어 및 명령 유닛(21)은 지속적으로 전원 주파수 "fa"에 의해 수행되는 조절을 통해 또한 작업 지점을 따르려고 시도한다.

따라서, 본 발명을 사용하면, 공정의 다른 단계 동안 주파수를 조절함으로써, 각 단계에서 전기 파라미터를 최적화할 수 있다. 우선, 인덕턴스의 크기(및 비용)를 포함할 수 있으며, 정제 단계에서 가능한 최상의 방법으로 이를 사용한다.

컨버터에 채택된 전기 토폴로지를 통해, 용융 공정(플리커 감소, 고조파, 역률 등)으로 인한 장애로부터 전력망을 보존하는 동시에 모든 단계에서 아크의 안정성을 또한 보장할 수 있다.

더욱이, 메인 주파수와 관련하여 전극의 전원 주파수를 수정할 수 있으므로 제한된 공간/비용 조건에서 유도성 소자의 크기를 보다 쉽게 조정할 수 있으며, 도체 사용을 개선하고 저항을 줄여 따라서 시스템의 손실을 줄일 수 있다.

동일한 아크 임피던스가 주어지면, 주파수를 높임으로써 유도 리액턴스가 증가하고 부하에 대한 등가 역률이 감소하여(예를 들어 스크랩이 아직 녹지 않고 아크가 보호되지 않는 경우) 아크 안정성이 향상되어 셧다운을 방지한다.

본 발명의 분야 및 범위를 벗어남이 없이 상술한 바와 같은 전기 아크로(11)용 전력 방법 및 대응 장치(10)에 대해 변형 및/또는 부품 추가를 할 수 있다는 것이 명백하다.

몇몇 특정 예를 참조로 본 발명을 설명하였으나, 당업자는 나타낸 바와 같은 특성을 갖는 전기 아크로(11)용 전력 방법 및 대응하는 장치(10)의 다른 많은 등가 형태를 확실히 달성할 수 있고 따라서 모두가 이에 의해 정의된 보호 분야에 속하는 것임이 또한 분명하다.

하기 청구범위에서, 참조번호를 괄호로 묶은 유일한 목적은 읽기를 용이하기 위한 것이다: 이들을 특정 청구범위에서 청구된 보호 분야와 관련하여 제한적 요소로 간주해서는 안된다.

Claims (12)

1. -전력망(16)을 사용하여, 미리 정의된 메인 주파수(fr)를 갖는 메인 전압(Ur)과 메인 전류(Ir)를 공급하는 단계;
   -상기 메인 전압(Ur) 및 메인 전류(Ir)의 변압기(15)를 사용하여, 선택적으로 설정 가능하고 상기 메인 주파수(fr)와 동일한 베이스 전압(Ub) 및 베이스 전류(Ib)로 변환하는 단계;
   -직류 전압 및 전류를 얻기 위해 복수의 정류기(19)로 상기 베이스 전압(Ub) 및 베이스 전류(Ib)를 정류하는 단계;
   -복수의 컨버터(20)에 의해, 상기 직류 전압과 전류를 상기 컨버터(20)에 연결된 제어 및 명령 유닛(21)에 의해 선택적으로 설정 가능한 교류 전원 전압(Ua) 및 전원 전류(Ia)로 변환하는 단계; 및
   -상기 전원 전압(Ua) 및 전원 전류(Ia)를 전기로(11)의 복수의 전극(13)에 공급하는 단계를 포함하는 전기 아크로(11)의 전력 방법으로서,
   상기 전기로(11)의 용융 사이클의 각 단계 동안, 조절 장치(22)가 전기로(11)의 전력 장치(10)의 리액턴스에 대한 조절을 가능하게는 또한 순간적으로 획득하며 상기 메인 주파수(fr)와 별개로 상기 전원 전압(Ua) 및 전원 전류(Ia)의 전원 주파수(fa)를 조절하고, 정류기(19)가 직류로 작동하는 적어도 하나의 중간 회로(23)에 의해 컨버터(20)에 그리고 이에 따라 전력망(16)과 함께 연결되며, 상기 중간 회로(23)는 지속적으로 전기를 공급하고 전극(13)과 정류기(19) 사이에 분리를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 용융 사이클은 금속 재료(M)를 천공하는 단계 및 용융 단계 중 적어도 하나를 포함하고, 천공 단계에서 전원 주파수(fa)는 적어도 하나의 제 1 값(f1)을 가지며, 용융 단계에서는 상기 제 1 값(f1)보다 낮은 적어도 하나의 제 2 값(f2)을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 값(f1)은 메인 주파수(fr)에 대해 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10% 더 큰 것을 특징으로 하는 전력 방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   전원 주파수(fa)의 상기 제 2 값(f2)은 메인 주파수(fr)의 0.9배 내지 1.1배 사이에서 변하는 것을 특징으로 하는 전력 방법.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용융 사이클은 용융된 재료를 정제하는 단계를 포함하고, 정제 단계에서 상기 전원 주파수(fa)는 제 2 값(f2)보다 작은 제 3 값(f3)을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   전원 주파수(fa)의 상기 제 3 값(f3)은 메인 주파수(fr)의 0.3배 내지 0.5배 사이에 포함되는 것을 특징으로 하는 전력 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 조절 장치(22)는 히스테리시스 모듈레이터 또는 펄스폭변조(PWM) 모듈레이터로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전력 방법.
8. -사전 정의된 전원 주파수(fr)를 갖는 메인 전압(Ur) 및 메인 전류(Ir)를 공급하기 위해 전력망(16)에 연결되고, 상기 메인 전압(Ur) 및 상기 메인 전류(Ir)를 교류 베이스 전압(Ub) 및 베이스 전류(Ib)로 각각 변환하도록 구성된 변압기(15);
   -상기 변압기(15)에 연결되고 상기 베이스 전압(Ub) 및 상기 베이스 전류(Ib)를 직류 전압 및 전류로 변환하도록 구성된 복수의 정류기(19); 및
   -상기 정류기(19)에 연결되고 직류 전압 및 전류를 교류 전압 및 전류로 변환하도록 구성된 복수의 컨버터(20)를 포함하고,
   상기 컨버터(20)는 상기 전기로(11)의 전극(13) 및 상기 컨버터(20)의 기능을 제어 및 명령하고 시간에 따라 상기 전원 전압(Ua) 및 전원 전류(Ia)를 조절하도록 구성된 제어 및 명령 유닛(21)에 연결된 전기 아크로(11)용 전력 장치로서,
   상기 제어 및 명령 유닛(21)에는, 상기 전기로(11)의 용융 사이클의 각 단계 동안, 메인 주파수(fr)와 별개로 상기 전원 전압(Ua) 및 전원 전류(Ia)의 전원 주파수(fa)를 조절하고 상기 전력 장치(10)의 리액턴스의 조절을 획득하도록 구성된 조절 장치(22)가 제공되며, 상기 장치는 정류기(19)를 컨버터(20)에 그리고 이에 따라 전력망(16)에 연결하고 직류로 작동하는 적어도 하나의 중간 회로(23)를 더 포함하며, 상기 중간 회로(23)는 전기 에너지를 지속적으로 저장하고 전극(13)과 정류기(19) 사이에 분리를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 변압기(15), 상기 변압기(15)에 연결된 상기 정류기(19), 및 상기 컨버터(20)가 전체적으로 전력 모듈(24)을 정의하고, 상기 장치(10)에는 서로 병렬로 연결되고 상기 전력망(16) 및 상기 전기로(11)에 연결된 복수의 전력 모듈(24)이 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는 전력 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어 및 명령 유닛(21)은 모든 전력 모듈(24)에 연결되어 적어도 각각의 컨버터(20)를 제어하여 각각의 모듈이 동일한 값의 전압(Ua), 전류(Ia) 및 전기 주파수(fa)를 상기 전극(13)에 전력을 공급을 공급하도록 하는 것을 특징으로 하는 전력 장치.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극(13)은 상기 전극(13)을 금속 재료(M)를 향해/멀리 선택적으로 이동 시키도록 구성된 이동 장치(14) 상에 설치되고, 상기 제어 및 명령 유닛(21)은 상기 이동 장치(14)에도 또한 차례로 연결되어 용융 공정의 상이한 단계와 관련하여 상기 전극(13)의 위치를 조절할 수 있도록 하는 전력 장치.
12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절 장치(22)는 히스테리시스 모듈레이터 또는 펄스폭변조(PWM) 모듈레이터로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전력 장치.

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