DE19801295A1 - Einrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens - Google Patents
Einrichtung zur Regelung eines LichtbogenofensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung eines
Lichtbogenofens mit zumindest einer, insbesondere höhenver
stellbaren, Elektrode, mittels der ein Lichtbogen im Lichtbo
genofen erzeugt wird, wobei dem Lichtbogenofen Kohlenstoff
bzw. ein Kohlenstoffgemisch zugeführt wird, so daß sowohl ei
ne mindestens teilweise Einhüllung des Lichtbogens mit
Schaumschlacke erfolgt als auch eine überdosierte Zufuhr von
Kohlenstoff vermieden wird.
Schaumschlacke entsteht durch Aufschäumen der Schlacke in ei
nem Lichtbogenofen mit Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmon
oxid und dient zum Abschirmen der Strahlung des Lichtbogens
auf die Ofenwand. Ein derartiges Vorgehen ist z. B. aus der
DE 44 25 089 C1 oder der EP 0 637 834 bekannt. Gemäß der
DE 44 25 089 C1 wird die Schaumschlacke in Abhangigkeit von
einer gemessenen Schallemission im Bereich der zweifachen
Netz-/Versorgungsfrequenz, des Lichtbogenofens geregelt. Da
bei wird bei einem Überschreiten eines durch eine Steuerein
heit vorgebbaren Schaltpegel die Kohlenstoffzufuhr erhöht und
bei einem Unterschreiten die Kohlenstoffzufuhr vermindert.
Gemäß der EP 0 637 834 wird die Schaumschlacke in Abhängig
keit von einer gemessenen Schallemission sowie in Abhängig
keit elektrischer Größen geregelt.
Bei dem Verfahren gemäß der DE 44 25 089 C1 bzw. gemäß der
EP 0 637 834 ist nachteilig, daß die gewünschte Schaumschlacke
nur sehr langsam geregelt werden kann, und daß es für un
verhältnismaßig lange Zeitabschnitte zu Zuständen kommen
kann, in denen die Schaumschlacke zu gering ist. In diesen
Fallen ist die Leistung des Lichtbogens zurückzufahren, was
die Dauer des Schmelzprozesses erhöht. Bei einem industriel
len Großschmelzprozeß, wie er in einem Lichtbogenofen ab
läuft, ist selbst eine kurzzeitige Verlängerung des Schmelz
prozesses mit hohen Kosten verbunden. Entsprechend ist es
Aufgabe der Erfindung, den Schmelzprozeß in einem Lichtbo
genofen zu verkürzen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung gemäß
Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Rege
lung des Lichtbogenofens mit zumindest einer, insbesondere
höhenverstellbaren, Elektrode, mittels der ein Lichtbogen im
Lichtbogenofen erzeugt wird, wobei dem Lichtbogenofen Kohlen
stoff zugeführt wird, so daß sowohl eine Einhüllung des
Lichtbogens mit Schaumschlacke erfolgt als auch eine überdo
sierte Zufuhr von Kohlenstoff vermieden wird, weist einen
neuronalen Regler auf, der die Höhe der Elektrode, die Zufuhr
elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen versorgt
wird, und/oder die Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbo
genofen zugeführt wird, in Abhängigkeit zumindest einer der
Größen
- - Schallemission des Lichtbogenofens,
- - Körperschallemission des Lichtbogenofens,
- - Strom durch die Elektrode,
- - Spannungsabfall an der Elektrode,
- - Betriebsparameter des Lichtbogenofens, wie der Menge zumin dest eines der Beschickungsmaterialien Schrott, Stahl, Le gierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlen stoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen,
- - den Ausgangswerten einer Infrarotmessung der Höhe von flüs sigem Metall im Lichtbogenofens,
- - der Vibration des Lichtbogenofens
ermittelnd ausgebildet ist. Legierungsmittel können z. B. Koh
lenstoff oder Metalle wie Mangan, Nickel usw. sein. Ein Zu
satzstoff ist z. B. Kalk. Die Erfindung ermöglicht eine beson
ders präzise Ermittlung des Schaumschlackepegels sowie ein
besonders schnelles Aufbauen eines gewünschten Schaumschlacke
pegels. Auf diese Weise kann unter besonders hoher Energie
zufuhr geschmolzen werden, wodurch sich die notwendige Zeit
für das Schmelzen des Metalls im Lichtbogenofen verringert.
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 einen Drehstromlichtbogenofen und
Fig. 2 ein neuronales Netz.
Fig. 1 zeigt einen Drehstromlichtbogenofen 5. Im Lichtbo
genofen 5 wird mit drei Elektroden 1, 2, 3, die über einen
stellbaren Transformator an ein dreiphasiges Energieversor
gungsnetz 8 angeschlossen sind, Schrott geschmolzen, so daß
sich flüssiges Metall 6 im unteren Teil des Lichtbogenofens 5
ansammelt. Zwischen den Elektroden 1, 2, 3 und dem Schrott
bzw. dem flüssigen Metall 6 bilden sich Lichtbögen 9 aus. Die
Lichtbögen werden von Schaumschlacke 4 eingehüllt, um die
Wände des Lichtbogenofens 5 vor der Energieabstrahlung der
Lichtbögen 9 zu schützen. Zum Aufbau eines gewünschten Pegels
von Schaumschlacke 4 ist eine Einrichtung zur Regelung der
Schaumschlacke vorgesehen. Diese weist in beispielhafter Aus
gestaltung eine Blaseinrichtung 10 sowie eine Recheneinrich
tung 11 auf. Mittels der Blaseinrichtung 10 wird Kohlenstoff,
insbesondere mit Luft gemischter Kohlenstoff, in den Lichtbo
genofen 5, insbesondere in die Schlacke oberhalb des flüssige
Metalls 6, geblasen. In der Schlacke wandelt sich der Kohlen
stoff in Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmonoxid um, so daß
Schaumschlacke 4 entsteht. Der Zeitpunkt und die Menge des
einzublasenden Kohlenstoffs wird durch die Recheneinrichtung
11 in Abhängigkeit der dem Lichtbogenofen 5 zugeführten elek
trischen Energie bzw. der eingeprägten Spannung, in Abhängig
keit der Schallemission des Lichtbogenofens in Abhängigkeit
der Menge der Beschickungsmaterialien in den Lichtbogenofen 5
ermittelt. Beschickungsmaterialien sind im wesentlichen
Schrott, Legierungsmittel und Zusatzstoffe. Ferner kann es
vorgesehen werden, den Lichtbogenofen 5 auch mit Stahl zu be
schicken. Ein wichtiger Zusatzstoff ist z. B. Kalk, der einen
wichtigen Bestandteil der Schaumschlacke 4 bildet.
Einzelheiten einer beispielhaften Regelung der Energiezufuhr
im Zusammenhang mit der Erfindung können der DE 197 11 453,
der EP 0 036 122 und der DE 44 15 727 entnommen werden. Die
Energiezufuhr, insbesondere die Höhe der Elektroden 1, 2 und
3, wird in Abhängigkeit der Höhe des Pegels der Schaumschlacke
4 im Lichtbogenofen 5 eingestellt. Dazu ermittelt die Re
cheneinrichtung 11 in besonders vorteilhafter Weise neben dem
Sollwert für die Zufuhr von Kohlenstoff die aktuelle Höhe des
Pegels der Schaumschlacke 4 im Lichtbogenofen 5. Die Regelung
des Transformators 7 sowie die Regelung der Höhe der Elektro
den 1, 2, 3 sind auf der Recheneinrichtung 11 implementiert
worden.
Zur Messung der Schallabstrahlung des Lichtbogenofens ist zu
mindest eine Schallmeßeinrichtung 13 vorgesehen. Dabei kann
die Schallmeßeinrichtung 13 als Schallmeßeinrichtung gemäß
der DE 44 25 089 C1 als Meßeinrichtung zur Messung des Kör
perschalls des Lichtbogenofens 5 oder als Meßeinrichtung zur
Messung der Vibration des Lichtbogenofens 5 ausgebildet sein.
Es kann ferner die Verwendung sowohl einer Schallmeßeinrich
tung gemäß der DE 44 25 089 C1 und einer Einrichtung zur Mes
sung des Körperschalls des Lichtbogenofens 5 vorgesehen wer
den.
Zur Regelung der elektrischen Größen wie Strom und/oder Span
nung mittels des einstellbaren Transformators 7 ist eine
Spannungs/Strommeßeinrichtung 12 vorgesehen, mittels der der
sekundärseitige Strom, d. h. der Strom durch die Elektroden 1, 2, 3,
oder die sekundärseitige Spannung, d. h. der Spannungs
abfall an den Elektroden 1, 2, 3, des einstellbaren Transfor
mators 7 gemessen wird. Es kann ferner vorgesehen werden, so
wohl eine Meßeinrichtung zur Messung der sekundärseitigen
Spannung des einstellbaren Transformators 7 sowie der sekun
därseitigen Ströme des einstellbaren Transformators 7 vorzu
sehen.
Auf der Recheneinrichtung 11 ist ein neuronaler Regler imple
mentiert. Mittels des neuronalen Reglers wird die Kohlen
stoffzufuhr, die Höhe der Elektroden 1, 2 und 3 und/oder die
Schaltstufen des einstellbaren Transformators 7 in Abhängig
keit zumindest einer der Größen sekundärseitiger Strom, se
kundärseitige Spannung, Energiezufuhr zu den einzelnen Elek
troden 1, 2 und 3, Kohlenstoffzufuhr, Schallabstrahlung des
Lichtbogenofens 5 und/oder Körperschall des Lichtbogenofens 5
geregelt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der neuro
nale Regler ein neuronales Netz auf, das die Höhe der Schaum
schlacke im Lichtbogenofen in Abhängigkeit zumindest einer
der Größen
- - Schallemission des Lichtbogenofens 5,
- - Körperschallemission des Lichtbogenofens 5,
- - Strom durch die Elektrode 1, 2, 3,
- - Spannungsabfall an der Elektrode 1, 2, 3,
- - Betriebsparameter des Lichtbogenofens 5, wie der Menge zu mindest eines der Beschickungsmaterialien 27 Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen 5,
- - den Ausgangswerten einer Infrarotmessung der Höhe von flüs sigem Metall im Lichtbogenofens 5,
- - der Vibration des Lichtbogenofens 5
ermittelnd ausgebildet ist.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein neuronales Netz.
Das neuronale Netz weist drei Eingangsknoten 31, 32, 33 auf,
wobei dem neuronalen Netz über den Eingangsknoten 31 Informa
tion über die Ströme durch die Elektroden 1, 2, 3 bzw. das
Frequenzspektrum der Ströme, über den Eingangsknoten 32 In
formation über die Schallemission des Lichtbogenofens 5 bzw.
eine Frequenzanalyse der Schallemission und über den Ein
gangsknoten 33 Information über die Betriebsparameter zuge
führt werden. Das neuronale Netz weist eine Ebene mit ver
deckten Neuronen 34, 35 und 36 sowie einen Ausgangsknoten 37
auf, über den ein Istwert über die Höhe der Schaumschlacke 4
im Lichtbogenofen 5 ausgegeben wird.
Claims (8)
1. Einrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens (5) mit zu
mindest einer, insbesondere höhenverstellbaren, Elektrode
(1, 2, 3) mittels der ein Lichtbogen (9) im Lichtbogenofen (5)
erzeugt wird, wobei dem Lichtbogenofen (5) Kohlenstoff zuge
führt wird, so daß sowohl eine mindestens teilweise Einhül
lung des Lichtbogens (9) mit Schaumschlacke (4) erfolgt als
auch eine überdosierte Zufuhr von Kohlenstoff vermieden wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Regelung des Lichtbogenofens (5) ei
nen neuronalen Regler aufweist, der die Höhe der Elektrode
(1, 2, 3), die Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Licht
bogenofen (5) versorgt wird, und/oder die Menge des Kohlen
stoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, regelnd ausge
bildet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der neuronale Regler die Höhe der Elektrode (1, 2, 3), die
Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen (5)
versorgt wird, und/oder die Menge des Kohlenstoffs, der dem
Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit zumindest ei
ner der Größen
- - Schallemission des Lichtbogenofens (5),
- - Körperschallemission des Lichtbogenofens (5),
- - Strom durch die Elektrode (1, 2, 3),
- - Spannungsabfall an der Elektrode (1, 2, 3),
- - Betriebsparameter des Lichtbogenofens (5), wie der Menge zu mindest eines der Beschickungsmaterialien (27) Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen (5),
- - den Ausgangswerten einer Infrarotmessung der Höhe von flüs sigem Metall im Lichtbogenofens (5),
- - der Vibration des Lichtbogenofens (5) regelnd ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der neuronale Regler ein neuronales Netz aufweist, das
die Höhe der Schaumschlacke im Lichtbogenofen in Abhängigkeit
zumindest einer der Größen
- - Schallemission des Lichtbogenofens (5),
- - Körperschallemission des Lichtbogenofens (5),
- - Strom durch die Elektrode (1, 2, 3),
- - Spannungsabfall an der Elektrode (1, 2, 3),
- - Betriebsparameter des Lichtbogenofens (5), wie der Menge zu mindest eines der Beschickungsmaterialien (27) Schrott, Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der Energiezufuhr in den Lichtbogenofen (5),
- - den Ausgangswerten einer Infrarotmessung der Höhe von flüs sigem Metall im Lichtbogenofens (5),
- - der Vibration des Lichtbogenofens (5)
4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das neuronale Netz ein mit einem Wert über die Höhe der
Schaumschlacke im Ende des Schmelzprozesses trainiertes neu
ronales Netz ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der neuronale Regler die Höhe der Elektrode (1, 2, 3), die
Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen (5)
versorgt wird, und/oder die Menge des Kohlenstoffs, der dem
Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit einer Fre
quenzanalyse der Schallemission des Lichtbogenofens (5) und
einer Frequenzanalyse des Stroms durch die Elektrode (1, 2, 3)
regelnd ausgebildet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der neuronale Regler die Menge des Kohlenstoffs, der dem
Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit der Frequenz
analyse der Schallemission des Lichtbogenofens (5) und der
Frequenzanalyse des Stroms durch die Elektrode (1, 2, 3) re
gelnd ausgebildet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der neuronale Regler die Höhe der Elektrode (1, 2, 3), die
Zufuhr elektrischer Energie, mit der der Lichtbogenofen (5)
versorgt wird, und/oder die Menge des Kohlenstoffs, der dem
Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit einer Fre
quenzanalyse des Stroms durch die Elektrode (1, 2, 3) und den
Betriebsparametern des Lichtbogenofens (5), wie der Menge zu
mindest eines der Beschickungsmaterialien (27) Schrott,
Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des
Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der
Energiezufuhr in den Lichtbogenofen (5), regelnd ausgebildet
ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der neuronale Regler die Menge des Kohlenstoffs, der dem
Lichtbogenofen zugeführt wird, in Abhängigkeit der Frequenz
analyse des Stroms durch die Elektrode (1, 2, 3) und den Be
triebsparametern des Lichtbogenofens (5), wie der Menge zu
mindest eines der Beschickungsmaterialien (27) Schrott,
Stahl, Legierungsmittel oder Zusatzstoffe, wie der Menge des
Kohlenstoffs, der dem Lichtbogenofen zugeführt wird, wie der
Energiezufuhr in den Lichtbogenofen (5), regelnd ausgebildet
ist.
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