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Title:
AUTOMATIC ELECTRODE REGULATOR BASED ON DIRECT POWER FACTOR REGULATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/028146
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrode control system for an electric arc furnace comprising a furnace transformer. Said electrode control system comprises a current transformer for measuring the operating current of the electrode, and a voltage transformer for measuring the operating voltage of the electrode. An active power converter is connected to the current transformer and the voltage transformer for calculating the active power of the electrode from the measured operating current and the operating voltage, as a first output signal. A reactive power converter is connected to the current transformer and the voltage transformer for calculating the reactive power of the electrode from the measured operating current and the operating voltage, as a second output signal. A programmable control unit is connected to the active power converter and the reactive converter for receiving the first and the second receiver signals. The control unit is configured in such a way that it calculates the actual power factor of the electrode from the first and second output signals and compares the actual power factor with a pre-programmed power factor nominal value. The control unit is also configured in such a way that it produces a control signal which indicates the difference between the actual power factor and the power factor nominal value. An electrode arrangement mechanism is provided for controlling the movement of the electrodes. Said electrode arrangement mechanism is connected to the control unit for receiving the control signal and is configured in such a way that it adjusts the vertical height of the electrode in order to bring the actual power factor closer to the power factor nominal value. The invention also relates to a method for controlling the arrangement of the electrodes in an electric arc furnace.

Inventors:
SCHREITER TILL A
EIERMANN JOERG
Application Number:
PCT/EP2000/010543
Publication Date:
April 04, 2002
Filing Date:
October 26, 2000
Export Citation:
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Assignee:
SMS DEMAG AG (DE)
International Classes:
H05B7/148; (IPC1-7): H05B7/148
Foreign References:
US4096344A1978-06-20
US4620308A1986-10-28
US3662075A1972-05-09
US3435121A1969-03-25
US5255285A1993-10-19
Attorney, Agent or Firm:
Ekkehard, Valentin (Valentin Gihske, Große Hammerstrasse 2 Siegen, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrodenkontrollsystem für einen Elektrolichtbogenofen, der einen Ofen transformator aufweist, umfassend : einen Stromtransformator zur Messung des Betriebsstroms der Elektrode ; einen Spannungstransformator zur Messung der Betriebsspannung der Elektrode ; einen aktiven Leistungsumformer, der mit dem Stromtransformator und dem Spannungstransformator für die Berechnung der Aktiven Leistung der Elektrode vom gemessenen Betriebsstrom und von der gemessenen Be triebsspannung als ein erstes Ausgabesignal verbunden ist ; einen wattlosen Leistungsumformer, der mit dem Stromtransformator und dem Spannungstransformator für die Berechnung der wattlosen Leistung der Elektrode vom gemessenen Betriebsstrom und von der gemessenen Betriebsspannung als ein zweites Ausgabesignal verbunden ist ; eine programmierbare Kontrolleinheit, die mit dem aktiven Leistungsum former und dem wattlosen Leistungsumformer für den Empfang des ersten und des zweiten Ausgabesignals verbunden ist, wobei die Kontrolleinheit so konfiguriert ist, daß sie den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektrode vom ersten und vom zweiten Ausgabesignal berechnet und den tatsächli chen Leistungsfaktor mit einem vorprogrammierten Leistungsfaktorsollwert vergleicht, und wobei die Kontrolleinheit so konfiguriert ist, daß sie ein Kontrollsignal erzeugt, das einen Unterschied zwischen dem tatsächlichen Leistungsfaktor und dem Leistungsfaktorsollwert angibt ; und einen Elektrodenanordnungsmechanismus zur Kontrolle der Bewegung der Elektrode, wobei der Elektrodenanordnungsmechanismus mit der Kontrolleinheit für den Empfang des Kontrollsignals verbunden ist und so konfiguriert ist, daß er die senkrechte Höhe der Elektrode einstellt, so daß sich der tatsächliche Leistungsfaktor dem Leistungsfaktorsollwert annä hert.
2. Elektrodenkontrollsystem nach Anspruch 1, wobei die Kontrolleinheit wei ter eine Leistungsfaktorberechnungseinheit umfaßt, die mit dem aktiven und dem wattlosen Leistungsumformer für den Empfang des ersten und des zweiten Ausgabesignals verbunden ist, und wobei die Leistungsfak torberechnungseinheit so konfiguriert ist, daß sie den tatsächlichen Lei stungsfaktor der Elektrode berechnet und ein drittes Ausgabesignal er zeugt, das den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektrode angibt.
3. Elektrodenkontrollsystem nach Anspruch 2, wobei die Kontrolleinheit wei ter ein Steuergerät umfaßt, das mit der Leistungsfaktorberechnungseinheit für den Empfang des dritten Ausgabesignals verbunden ist, und wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, daß es das dritte Ausgabesignal mit dem Leistungsfaktorsollwert vergleicht und das Kontrollsignal für den Elektro denanordnungsmechanismus erzeugt.
4. Elektrodenkontrollsystem nach Anspruch 1, wobei der Elektrodenanord nungsmechanismus die senkrechte Höhe der Elektrode bezüglich eines Stands des geschmolzenen Metalls kontrolliert, das im Elektrolichtbo genofen enthalten ist.
5. Elektrodenkontrollsystem nach Anspruch 1, wobei der Elektrodenanord nungsmechanismus eine elektromechanische Vorrichtung ist, die operativ mit der Elektrode zur Einstellung der senkrechten Höhe der Elektrode be züglich eines Stands des geschmolzenen Metalls verbunden ist, das im Elektrolichtbogenofen enthalten ist.
6. Elektrodenkontrollsystem nach Anspruch 1, wobei der Ofentransformator eine zweite Seite umfaßt, und wobei der Stromtransformator und der Spannungstransformator an der zweiten Seite mit dem Ofentransformator verbunden sind, um den Betriebsstrom und die Betriebsspannung der Elektrode zu messen.
7. Elektrodenkontrollsystem nach Anspruch 1, wobei die programmierbare Kontrolliereinheit ein programmierbarer Computer ist.
8. Verfahren zur Kontrolle der Anordnung einer Elektrode in einem Elektro lichtbogenofen, der einen Ofentransformator und einen Elektrodenanord nungsmechanismus aufweist und die folgenden Schritte umfaßt : Bestimmung der aktiven Leistung der Elektrode vom Betriebsstrom und von der Betriebsspannung der Elektrode ; Bestimmung der wattlosen Leistung der Elektrode vom Betriebsstrom und von der Betriebsspannung der Elektrode ; Berechnung des tatsächlichen Leistungsfaktors der Elektrode von der ak tiven Leistung und der wattlosen Leistung der Elektrode ; Vergleich des tatsächlichen Leistungsfaktors mit dem vorgewähiten Lei stungsfaktorsollwert der Elektrode ; Bereitstellung eines Kontrollsignals, das einen Unterschied zwischen dem tatsächlichen Leistungsfaktor und dem vorgewähiten Leistungsfaktorkon trollwert zum Elektrodenanordnungsmechanismus angibt ; und Kontrolle einer senkrechten Höhe der Elektrode bezüglich eines Stands des geschmolzenen Metalls im Elektrolichtbogenofen, wobei der Elektro denanordnungsmechanismus auf dem Kontrollsignal basiert, so daß der tatsächliche Leistungsfaktor der Elektrode sich dem Leistungsfaktorsoll wert annähert.
9. Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend den Schritt der Messung des Betriebsstroms an einer zweiten Seite des Ofentransformators.
10. Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend den Schritt der Messung der Betriebsspannung an einer zweiten Seite des Ofentransformators.
11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt der Berechnung des tat sächlichen Leistungsfaktors der Elektrode in einer programmierbaren Kontrolleinheit stattfindet.
12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Vergleichs des tatsäch lichen Leistungsfaktors mit dem vorgewählten Leistungsfaktorsollwert in einer programmierbaren Kontrolleinheit stattfindet.
13. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Kontrollsignal kontinuierlich ist, so daß der Elektrodenanordnungsmechanismus ständig die senkrechte Höhe der Elektrode bezüglich dem Stand des geschmolzenen Metalls im Elek trolichtbogenofen einstellt, um den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elek trode ungefähr auf dem Leistungsfaktorsollwert beizubehalten.
14. Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend den Schritt der Erzeugung eines ersten Ausgabesignals, das die aktive Leistung der Elektrode angibt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, weiter umfassend den Schritt der Erzeugung eines zweiten Ausgabesignals, das die wattlose Leistung der Elektrode angibt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, weiter umfassend den Schritt des Empfangs des ersten und des zweiten Ausgabesignals in einer programmierbaren Kontrolleinheit für die Berechnung des tatsächlichen Leistungsfaktors der Elektrode.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Kontrolleinheit eine Leistungsfak torberechnungseinheit für den Empfang des ersten und des zweiten Aus gabesignals umfaßt, und wobei der Schritt der Berechnung des tatsächli chen Leistungsfaktors der Elektrode in der Leistungsfaktor berechnungseinheit erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, weiter umfassend den Schritt der Erzeugung eines dritten Ausgabesignals, das den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektrode in der Leistungsfaktorberechnungseinheit angibt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Kontrolleinheit weiter ein Steuer gerät umfaßt, die mit der Leistungsfaktorkontrolleinheit für den Empfang des dritten Ausgabesignals verbunden ist, und wobei der Schritt des Ver gleichs des tatsächlichen Leistungsfaktors mit dem vorgewählten Lei stungsfaktorsollwert für die Elektrode im Steuergerät stattfindet, das dann das Kontrollsignal erzeugt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Kontrollsignal kontinuierlich ist, so daß der Elektrodenanordnungsmechanismus ständig die senkrechte Höhe der Elektrode bezüglich des Stands des geschmolzenen Metalls im Elek trolichtbogenofen einstellt, um den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elek trode ungefähr auf dem vorgewählten Leistungsfaktorsollwert beizubehal ten.
21. Elektrodenkontrollsystem, das sowohl zu einer Regulierung, die auf der Impedanz basiert, als auch zu einer Regulierung, die auf dem Leistungs faktor basiert in einem Elektrolichtbogenofen in der Lage ist, der einen Ofentransformator aufweist, umfassend : einen Stromtransformator zur Messung des Betriebsstroms der Elektrode ; einen Spannungstransformator zur Messung der Betriebsspannung der Elektrode ; einen aktiven Leistungsumformer, der mit dem Stromtransformator und dem Spannungstransformator für die Berechnung der aktiven Leistung der Elektrode vom Betriebsstrom und von der Betriebsspannung verbunden ist ; einen wattlosen Leistungsumformer, der mit dem Stromtransformator und dem Spannungstransformator für die Berechnung der wattlosen Leistung der Elektrode vom Betriebsstrom und von der Betriebsspannung verbun den ist ; eine Elektrodenimpedanzberechnungseinheit, die mit dem Stromtransfor mator über einen Stromumformer und dem Spannungstransformator über einen Spannungsumformer zur Berechnung der Elektrodenimpedanz vom Betriebsstrom und von der Betriebsspannung verbunden ist ; eine programmierbare Kontrolleinheit, die mit dem aktiven Leistungsum former und dem wattlosen Leistungsumformer und weiter mit der Elektro denimpedanzberechnungseinheit verbunden ist, wobei die Kontrolleinheit so konfiguriert ist, daß sie den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektrode vom aktiven und vom wattlosen Ausgabesignal der Elektrode berechnet und den tatsächlichen Leistungsfaktor mit einem vorprogrammierten Lei stungsfaktorsollwert vergleicht, und wobei die Kontrolleinheit so konfigu riert ist, daß sie die Elektrodenimpedanz mit einem vorprogrammierten Impedanzsollwert vergleicht, und die Kontrolleinheit weiter so konfiguriert ist, daß sie ein Kontrollsignal erzeugt, das einen der Unterschiede zwi schen dem tatsächlichen Leistungsfaktor und dem Leistungsfaktorsollwert und den Unterschied zwischen der Elektrodenimpedanz und dem Impe danzsollwert angibt ; und einen Elektrodenanordnungsmechanismus zur Kontrolle der Bewegung der Elektrode, wobei der Elektrodenanordnungsmechanismus mit der Kontrolleinheit für den Empfang des Kontrollsignals verbunden ist und so konfiguriert ist, daß er die senkrechte Höhe der Elektrode ständig einstellt, so daß einer der sich der tatsächlichen Leistungsfaktoren dem Leistungs faktorsollwert annähert und die Elektrodenimpedanz sich dem Impedanz sollwert annähert.
22. Verfahren zur Kontrolle der Anordnung einer Elektrode in einem Elektro lichtbogenofen, der einen Ofentransformator und einen Elektrodenanord nungsmechanismus aufweist und die folgenden Schritte umfaßt : Bestimmung der aktiven Leistung der Elektrode vom Betriebsstrom und der Betriebsspannung der Elektrode ; Bestimmung der wattlosen Leistung der Elektrode vom Betriebsstrom und der Betriebsspannung der Elektrode ; Berechnung des tatsächlichen Leistungsfaktors der Elektrode von der ak tiven Leistung und der wattlosen Leistung der Elektrode ; Bestimmung der Elektrodenimpedanz vom Betriebsstrom und der Be triebsspannung der Elektrode ; Bereitstellung eines Kontrollsignals an den Elektrodenanordnungsmecha nismus, das einen der Unterschiede zwischen dem tatsächlichen Lei stungsfaktor und einem vorgewählten Leistungsfaktorkontrollwert und den Unterschied zwischen der Elektrodenimpedanz und einem vorgewählten Impedanzsollwert angibt ; und Kontrolle einer senkrechten Höhe der Elektrode bezüglich eines Stands des geschmolzenen Metalls im Elektrolichtbogenofen, wobei der Elektro denanordnungsmechanismus auf dem Kontrollsignal basiert, so daß einer der tatsächlichen Leistungsfaktoren der Elektrode sich dem Leistungsfak torsollwert annähert und die Elektrodenimpedanz sich dem Impedanzsoll wert annähert.
23. Verfahren nach Anspruch 22, weiter umfassend den Schritt der Messung des Betriebsstroms und der Betriebsspannung an einer zweiten Seite des Ofentransformators.
24. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Kontrollsignal kontinuierlich ist, so daß der Elektrodenanordnungsmechanismus ständig die senkrechte Höhe der Elektrode bezüglich dem Stand des geschmolzenen Metalls im Elek trolichtbogenofen einstellt, um einen der tatsächlichen Leistungsfaktoren ungefähr auf dem Leistungsfaktorsollwert und die Elektrodenimpedanz ungefähr auf dem Impedanzsollwert beizubehalten.
Description:
Automatischer Elektrodenregler auf der Grundlage der direkten Leistungsfaktorregulierung und des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft Elektrolichtbogenöfen und besonders ein Kontrollsystem und ein Verfahren zur Kontrolle der Elektroden in Elektrolichtbo- genöfen auf der Grundlage der direkten Leistungsfaktorregulierung.

Beschreibung des Stands der Technik Typischerweise wird der elektrische Lichtbogen und daher die Leistungsauf- nahme von einem Elektrolichtbogenofen entweder durch die manuelle oder die automatische Kontrolle der Anordnung der Elektroden im Elektrolichtbogenofen reguliert. Um jedoch einen ständigen Betrieb des Elektrolichtbogenofens bereit- zustellen, wird die automatische Regulierung der Elektroden bevorzugt. Beson- ders wird der elektrische Lichtbogen oder die Lichtbogenlänge der Elektrode durch die Kontrolle der Anordnung der Elektrode bezüglich dem Stand des ge- schmolzenen Metalls kontrolliert, das im Elektrolichtbogenofen enthalten ist.

Verschiedene Arten von Elektrodenregulierungssystemen sind in der Technik bekannt, wie z. B. Stromregulierungssysteme, Impedanzregulierungssysteme, Widerstandsregulierungssysteme und Leistungsregulierungssysteme. Impe- danzregulierungssysteme sind die in der Industrie am weitesten verbreiteten und am besten eingeführten Systeme. In Impedanzregulierungssystemen ist es üblich, den Strom und die Spannung der Elektroden an der dritten und zweiten Seite des Ofentransformators zu messen, um die Elektrodenimpedanz zu be- stimmen. Die Elektrodenimpedanz als eine Prozeßeingabe wird dann mit einem theoretischen Impedanzwert verglichen, um einen gleichbleibenden Lichtbogen oder eine gleichbleibende Lichtbogenlänge beizubehalten.

Ein hauptsächlicher Nachteil beim Impedanzregulierungssystem liegt darin, daß ein"bestmöglicher"Leistungsfaktor und somit bestmögliche Arbeits- /Betriebsbedingungen des Elektrolichtbogenofens in der Praxis schwer zu errei- chen und beizubehalten sind. Dies ist vor allem auf die inhärente Komplexität und auf die zeitraubenden Anstrengungen zurückzuführen, die zur Einstellung des theoretischen Impedanzwertes auf den erforderlichen"bestmöglichen"Lei- stungsfaktor der Elektrode erforderlich sind. Zusätzlich ist die theoretische Im- pedanz ein gleichbleibender Wert und berücksichtigt die sich häufig verändern- den Bedingungen im Elektrolichtbogenofen, die ständige Einstellungen der theoretischen Impedanz erfordern, nicht. Bestmögliche Arbeits- /Betriebsbedingungen werden in Elektrolichtbogenöfen, die Impedanzregulie- rungssysteme verwenden, typischerweise nie erreicht. Ein typisches Impedanz- regulierungssystem für Elektroden in einem elektrischen Ofen wird vom US- Patent 5,255,285 an Aberl et al. (nachfolgend"das Aberl-Patent") offenbart.

Das Aberl-Patent offenbart im allgemeinen ein Kontrollsystem für einen Elektro- lichtbogenofen auf der Grundlage der Impedanz, das einen Elektrodenaktuator, ein Steuergerät zur Kontrolle des Elektrodenaktuators auf der Grundlage der Elektrodenimpedanz und einen Impedanzsignalgeber umfaßt, in dem die Elek- trodenimpedanz berechnet wird. Das Steuergerät wird dazu verwendet, um die Elektrodenimpedanz mit dem gewünschten Impedanzwert zu vergleichen. Das Impedanzregulierungssystem, das vom Aberl-Patent offenbart wird, versucht, die inhärenten Schwächen mit Impedanzregulierungssystemen zu überwinden, indem dem Steuergerät ein Rückführungskreis oder ein"Korrektur"-Signal be- reitgestellt wird. Das"Korrektur"-Signal ist jedoch nichts anderes als ein indi- rektes Maß der Elektrodenimpedanz mit einer Toleranz für den Widerstand und die induktive Reaktanz einer elektrischen Leitung, die mit dem Ofentransfor- mator des Elektrolichtbogenofens verbunden ist, und trägt somit wenig dazu bei, um die Leistung des gesamten Kontrollsystems zu verbessern. Impedan- zartige Elektrodenregulierungssysteme sind gewöhnlich zeitraubende und inef- fiziente Verfahren zur Kontrolle von Elektroden in Elektrolichtbogenöfen.

Wie oben besprochen, können Elektrodenregulierungssysteme auf Kriterien wie Strom, Impedanz und Widerstand basieren. Diese Werte sind jedoch nur indi- rekte Messungen, die indirekte Information über die Leistungsaufnahme der einzelnen Elektroden bereitstellt. Der wichtigste Wert oder das wichtigste Kon- trollkriterium, das eine Überprüfung erfordert und gewöhnlich nach dem Stand der Technik nicht beachtet wird, ist der Elektrodenleistungsfaktor.

Fig. 1 zeigt, wie der Betriebs-oder"Zweit"-Strom, die Betriebs-oder Zweit- spannung, die Impedanz und die Leistungsaufnahme von Elektrolichtbogenöfen miteinander zusammenhängen. Fig. 1 ist ein Kreisdiagramm der Betriebs- spannung gegen den Betriebsstrom und zeigt die Leistungsfaktorwerte für fünf Leistungsfaktorsollwerte. Während der normalen Betriebsbedingungen sollte die Leistungsaufnahme maximiert und der Elektrodenverbrauch minimiert wer- den. Die Bogenlänge sollte stabil sein, und Überströme sollten vermieden wer- den. Das Kreisdiagramm von Fig. 1 zeigt, daß die maximal verfügbare Leistung bei einem Leistungsfaktor von cos u = 0,707 auftritt. Die maximale Leistungs- aufnahme führt jedoch nicht notwendigerweise zu einer maximalen Aufheizge- schwindigkeit oder zu einem bestmöglichen Betrieb des Ofens, wenn andere Faktoren wie z. B. der Elektrodenverbrauch oder die Kohlenstoffaufnahme be- rücksichtigt werden. Aus diesem Grund arbeiten die meisten Elektrolichtbo- genöfen bei leicht erhöhten Leistungsfaktoren, die sich zwischen cos u = 0,72 und 0,78 bewegen.

Nach dem Stand der Technik wurden Versuche unternommen, um den Lei- stungsfaktor in ein Kontrollsystem zur Kontrolle der Elektroden in Elektrolicht- bogenöfen einzubeziehen. Diese Versuche konzentrierten sich jedoch auf die Verwendung des Leistungsfaktors zur Kontrolle der Stromquelle für den Elek- trolichtbogenofen oder als ein Zweit-oder"Korrektur"-Signal in den sonst be- kannten Regulierungssystemen, die auf Strom oder Impedanz basieren. Be- stenfalls ist es diesen Versuchen lediglich gelungen, den Leistungsfaktor als eine indirekte oder zweite Prozeßeingabe zu verwenden, und sie sind daher keine wirklichen Regulierungssysteme, die auf dem Leistungsfaktor basieren.

Zum Beispiel offenbart das US-Patent 3,435,121 an Jackson ein Kontrollsy- stem, das auf die Lichtbogenleistung anspricht, für Öfen mit selbstverzehrenden Elektroden, das den Leistungsfaktor vielmehr als ein Kontrolikriterium oder als einen Wert zur Kontrolle einer Transformatorenleistungsquelle des Ofens ver- wendet, denn als ein Kontrolikriterium zur Kontrolle der Anordnung der Ofene- lektroden. Besonders umfaßt der Steuerkreis der Transformatorenlei- stungsquelle, die vom Jackson-Patent offenbart wird, einen Leistungsfakto- rumformer, der ein Lichtbogenstromsignal und ein Lichtbogenspannungssignal von der Transformatorenleistungsquelle erhält. Vom Leistungsfaktorumformer wird ein Signal, das den Phasenwinkel zwischen dem Lichtbogenstromsignal und dem Lichtbogenspannungssignal angibt, in einen Leistungsfaktorstands- detektor gespeist, der den tatsächlichen Leistungsfaktor mit einer gewünschten Leistungsfaktorspanne vergleicht. Wenn sich der tatsächliche Leistungsfaktor außerhalb der gewünschten Leistungsfaktorspanne befindet, stellt der Lei- stungsfaktorstandsdetektor ein Ausgabesignal bereit, das proportional zum Unterschied direkt zur Transformatorenleistungsquelle ist. Das Ausgabesignal, das der Transformatorenleistungsquelle bereitgestellt wird, identifiziert, welcher Transformatorentap auf der Transformatorenleistungsquelle verwendet werden soll. Das Ausgabesignale wird nicht als eine Prozeßeingabe an den Elektroden- kontrolikreis verwendet, der vom Jackson-Patent offenbart wird, das die Anord- nung der Elektroden im Ofen tatsächlich kontrolliert. Der Elektrodenkontroll- kreis, der vom Jackson-Patent offenbart wird, wird von einem Leistungsumfor- mer, der die Lichtbogenstrom-und die Lichtbogenspannungssignale von der Transformatorenleistungsquelle empfängt, einem Leistungsmittelwertbildungs- kreis, einem Leistungsvergleichskreis, einer Leistungsreferenzquelle, einer Am- plidyne und einem Elektrodenantriebsmotor definiert. Das Ausgabesignal, das vom Leistungsfaktorstandsdetektor erzeugt wird, wird nicht als eine Prozeßein- gabe an diese Kontrolleinheit bereitgestellt. Daher ist das Kontrollsystem, das vom Jackson-Patent offenbart wird, nicht dazu konfiguriert, die Anordnung der Elektroden in den Öfen, die direkt auf dem Leistungsfaktor als einer Prozeßein- gabe an den Elektrodenkontrollkreis basiert, zu ändern. Ein anderes System des Stands der Technik, das versucht, den Leistungsfaktor in ein Kontrollsystem zur Kontrolle der Elektroden in Elektrolichtbogenöfen ein- zubeziehen, wird im US-Patent 3,662,075 an Sakai et al. (nachfolgend"das Sa- kai-Patent") offenbart. Das Elektrodenkontrollsystem, das vom Sakai-Patent offenbart wird, umfaßt einen Elektrodenantriebsmechanismus, einen automati- schen Stromregler, der auf den Strom anspricht, der durch die Elektrode fließt, und eine Programmkontrolleinheit, die zwischen dem automatischen Stromreg- ler und dem Elektrodenantriebsmechanismus zur Übertragung der Elektroden- kontrollsignale an den Elektrodenantriebsmechanismus verbunden ist. Ein Lei- stungsfaktorregler, der auf den tatsächlichen Leistungsfaktor des Ofens an- spricht, ist mit der Programmkontrolleinheit verbunden, um der Programmkon- trolleinheit ein Fehlerkorrektursignal bereitzustellen. Die Programmkontrollein- heit überträgt Elektrodenkontrollsignale an den Elektrodenantriebsmecha- nismus, die auf dem Strom basieren, der durch die Elektrode fließt, um die Elektrode zu heben oder zu senken. Der tatsächliche Leistungsfaktor der Elek- trode wird vom Leistungsfaktorregler an die Programmkontrolleinheit übertragen um sicherzustellen, daß das Elektrodenkontrollsignal, das vom automatischen Stromregler an den Elektrodenantriebsmechanismus geschickt wird, die Elek- trode in die richtige Richtung im Elektrolichtbogenofen bewegt, d. h. auf-oder abwärts. Das Korrektursignal, das vom Leistungsfaktorregler erzeugt wird, wird wegen der Fehler bereitgestellt, die mit der Regulierung der Elektrode verbun- den sind, die auf dem Betriebsstrom basiert. Zum Beispiel kann bei gewissen Betriebsbedingungen der automatische Stromregler der Programmkontrollein- heit ein falsches"niedriges"Signal bereitstellen, das vom Korrektursignal, das vom Leistungsfaktorregler erzeugt und an die Programmkontrolleinheit ge- schickt wird,"korrigiert"wird. Daher erfordert die Programmkontrolleinheit, die vom Sakai-Patent offenbart wird, zwei Aufnahmesignale, ein erstes"Kontroll"- Signal vom automatischen Stromregler und ein Zweit-oder Korrektursignal vom Leistungsfaktorregler, und sie reguliert folglich nicht nur auf Grundlage des Lei- stungsfaktors. Das Kontrollsystem, das vom Sakai-Patent offenbart wird, ist zu- nächst ein Reguliersystem, das auf Strom basiert, das den Leistungsfaktor nur in zweiter Linie benutzt, um Fehler zu korrigieren.

Während nach dem Stand der Technik Systeme bekannt sind, die versuchen, den Leistungsfaktor in ein Kontrollsystem zur Kontrolle der Elektroden in Elek- trolichtbogenöfen einzubeziehen, verwenden diese Systeme nach dem Stand der Technik den Leistungsfaktor nur als ein Zweit-oder Korrektursignal oder dazu, die Stromquelle der Elektrolichtbogenöfen zu kontrollieren. Außerdem erzeugen diese Systeme des Stands der Technik nur ein Signal, das den Lei- stungsfaktor angibt, wenn der tatsächliche Leistungsfaktor der Elektrode sich außerhalb einer Leistungsfaktorspanne befindet. Folglich werden bestmögliche Arbeits-/Betriebsbedingungen der Elektrolichtbogenöfen nie erreicht, da diese Systeme des Stands der Technik einen vorgewähiten Leistungsfaktorsollwert nicht herstellen und aufrechterhalten können.

Angesichts des oben Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektrodenkontrollsystem und ein Verfahren zur Kontrolle der Anordnung der Elektroden in den Elektrolichtbogenöfen bereitzustellen, das auf einer di- rekten Leistungsfaktorregulierung basiert. Es ist ebenfalls eine Aufgabe der vor- liegenden Erfindung, ein Elektrodenkontrollsystem bereitzustellen, das sowohl zur Regulierung, die auf Impedanz basiert, als auch zur direkten Leistungsfak- torregulierung in der Lage ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Die obengenannten Aufgaben werden mit einem Elektrodenkontrollsystem für einen Elektrolichtbogenofen und einem Verfahren zur Kontrolle der Anordnung einer Elektrode in einem Elektrolichtbogenofen in Übereinstimmung mit der vor- liegenden Erfindung geschaffen. Besonders betrifft die vorliegende Erfindung eine automatische Elektrodenregulierung oder ein automatisches Kontrollsy- stem zur Regulierung des Lichtbogens oder der"Lichtbogenlänge"von Elektro- den in Elektrolichtbogenöfen für Schrottmetall und Elektrolichtbogenpfannen- öfen des Wechselstromtyps (AC). Das Elektrodenkontrollsystem der vorliegen- den Erfindung umfaßt einen Stromtransformator zur Messung des Betriebs- stroms der Elektrode und einen Spannungstransformator zur Messung der Be- triebsspannung der Elektrode. Ein aktiver Leistungsumformer wird mit dem Stromtransformator und dem Spannungstransformator zur Berechnung der ak- tiven Leistung der Elektrode vom gemessenen Betriebsstrom und von der ge- messenen Betriebsspannung als einem ersten Ausgabesignal verbunden. Ein wattloser Leistungsumformer wird mit dem Stromtransformator und den Span- nungstransformator zur Berechnung der wattlosen Leistung der Elektrode vom gemessenen Betriebsstrom und von der Betriebsspannung als ein zweites Aus- gangssignal verbunden. Eine programmierbare Kontrolleinheit wird mit dem aktiven Leistungsumformer und dem wattlosen Leistungsumformer zum Emp- fang des ersten und des zweiten Ausgabesignals verbunden. Die Kontrolleinheit wird so konfiguriert, daß sie den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektrode vom ersten und zweiten Ausgabesignal berechnet und den tatsächlichen Lei- stungsfaktor mit einem vorprogrammierten Leistungsfaktorsollwert vergleicht.

Die Kontrolleinheit wird weiter so konfiguriert, daß sie ein Kontrollsignal erzeugt, das den Unterschied zwischen dem tatsächlichen Leistungsfaktor und dem Lei- stungsfaktorsollwert angibt. Ein Elektrodenanordnungsmechanismus wird be- reitgestellt, um die Bewegung der Elektrode zu kontrollieren. Der Elektrodenan- ordnungsmechanismus wird mit der Kontrolleinheit zum Empfang des Kontroll- signals verbunden. Der Elektrodenanordnungsmechanismus wird so konfigu- riert, daß er eine senkrechte Höhe der Elektrode einstellt, so daß sich der tat- sächliche Leistungsfaktor dem Leistungsfaktorsollwert annähert.

Die Kontrolleinheit kann weiter eine Leistungsfaktorberechnungseinheit umfas- sen, die mit dem aktiven und dem wattlosen Leistungsumformer zum Empfang des ersten und des zweiten Ausgabesignals verbunden ist. Die Leistungsfak- torberechnungseinheit kann so konfiguriert werden, daß sie den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektrode berechnet und ein drittes Ausgabesignal erzeugt, das den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektrode angibt. Die Kontrolleinheit kann weiter ein Steuergerät umfassen, das mit der Leistungsfaktorberech- nungseinheit zum Empfang des dritten Ausgabesignals verbunden ist. Das Steuergerät kann so konfiguriert werden, daß es das dritte Ausgabesignal mit dem Leistungsfaktorsollwert vergleicht und ein Kontrollsignal für den Elektro- denanordnungsmechanismus erzeugt.

Der Elektrodenanordnungsmechanismus kontrolliert vorzugsweise die Höhe der Elektrode bezüglich eines Stands des geschmolzenen Metalls, das im Elektro- lichtbogenofen enthalten ist. Der Elektrodenanordnungsmechanismus kann ei- ne elektromechanische Vorrichtung sein, die operativ mit der Elektrode zur An- passung der senkrechten Höhe der Elektrode verbunden ist. Der Ofentransfor- mator kann eine zweite Seite umfassen. Der Stromtransformator und der Span- nungstransformator können an der zweiten Seite mit dem Ofentransformator verbunden sein, um den Betriebsstrom und die Betriebsspannung der Elektrode zu messen. Die programmierbare Kontrolleinheit kann ein programmierbarer Computer sein.

Die vorliegende Erfindung stelit auch ein Verfahren zur Kontrolle der Anordnung einer Elektrode in einem Elektrolichtbogenofen dar, der einen Ofentransforma- tor und einen Elektrodenanordnungsmechanismus umfaßt. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen : Bestimmung der aktiven Leistung der Elektro- de vom Betriebsstrom und von der Betriebsspannung der Elektrode ; Bestim- mung der wattlosen Leistung der Elektrode vom Betriebsstrom und von der Be- triebsspannung der Elektrode ; Berechnung des tatsächlichen Leistungsfaktors der Elektrode von der aktiven Leistung und der wattlosen Leistung der Elektro- de ; Vergleich des tatsächlichen Leistungsfaktors mit einem vorgewählten Lei- stungsfaktorsollwert für die Elektrode ; Bereitstellung eines Kontrollsignals, das einen Unterschied zwischen dem tatsächlichen Leistungsfaktor und dem vorge- wählten Leistungsfaktorsollwert an den Elektrodenanordnungsmechanismus übermittelt ; und Kontrolle einer senkrechten Höhe der Elektrode bezüglich eines Stands des geschmolzenen Metalls im Elektrolichtbogenofen, wobei der Elek- trodenanordnungsmechanismus auf dem Kontrollsignal basiert, so daß der tat- sächliche Leistungsfaktor der Elektrode sich dem Leistungsfaktorsollwert annä- hert.

Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Elektrodenkontrollsystem dar, das in einem Elektrolichtbogenofen sowohl zur Regulierung, die auf der Impe- danz basiert, als auch zur Regulierung, die auf dem Leistungsfaktor basiert, in der Lage ist. Dementsprechend kann das Elektrodenkontrollsystem, das oben besprochen wurde, weiter eine Elektrodenimpedanzberechnungseinheit umfas- sen, die mit dem Stromtransformator über einen Stromumformer und mit dem Spannungstransformator über den Spannungsumformer zur Berechnung der Elektrodenimpedanz vom gemessenen Betriebsstrom und der Betriebsspan- nung verbunden ist. Die programmierbare Kontrolleinheit kann mit dem aktiven Leistungsumformer, dem wattlosen Leistungsumformer und weiter mit der Elektrodenimpedanzberechnungseinheit verbunden werden. Die Kontrolleinheit kann so konfiguriert werden, daß sie den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektrode von der aktiven und der wattlosen Leistung der Elektrode berechnet und den tatsächlichen Leistungsfaktor mit einem vorprogrammierten Lei- stungsfaktorsollwert vergleicht. Die Kontrolleinheit kann so konfiguriert werden, daß sie die Elektrodenimpedanz mit einem vorprogrammierten Impedanzsoll- wert vergleicht. Die Kontrolleinheit kann auch so konfiguriert werden, daß sie ein Kontrollsignal erzeugt, daß einen Unterschied zwischen dem tatsächlichen Leistungsfaktor und dem Leistungsfaktorsollwert oder den Unterschied zwi- schen der Elektrodenimpedanz und dem Impedanzsollwert angibt. Der Elektro- denanordnungsmechanismus kann mit der Kontrolleinheit zum Erhalt des Kon- trollsignals verbunden werden und kann so konfiguriert werden, daß er ständig die senkrechte Höhe der Elektrode einstellt, so daß der tatsächliche Leistungs- faktor sich dem Leistungsfaktorsollwert annähert, oder daß die Elektrodenimpe- danz sich dem Impedanzsollwert annähert.

Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Kontrolle der An- ordnung einer Elektrode in einem Elektrolichtbogenofen auf der Grundlage der Impedanz-oder der Leistungsfaktorregulierung dar. Dementsprechend kann das oben besprochene Verfahren weiter die Schritte der Bestimmung der Elek- trodenimpedanz vom Betriebsstrom und von der Betriebsspannung der Elektro- de umfassen ; die Bereitstellung eines Kontrollsignals an den Elektrodenanord- nungsmechanismus, das einen Unterschied zwischen dem tatsächlichen Lei- stungsfaktor und einem vorgewählten Leistungsfaktorsollwert oder den Unter- schied zwischen der Elektrodenimpedanz und einem vorgewähiten Impedanz- sollwert angibt ; und die Kontrolle einer senkrechten Höhe der Elektrode bezüg- lich eines Stands des geschmolzenen Metalls im Elektrolichtbogenofen, wobei der Elektrodenanordnungsmechanismus auf dem Kontrollsignal basiert, so daß der tatsächliche Leistungsfaktor der Elektrode sich dem Leistungsfaktorsollwert annähert, oder daß sich die Elektrodenimpedanz dem Impedanzsollwert annä- hert.

Weitere Einzelheiten und Vorteile werden aus der folgenden ausführlichen Be- schreibung zusammen mit den Zeichnungen offenkundig.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Fig. 1 ist ein Kreisdiagramm der Betriebsspannung gegen den Be- triebsstrom für eine Elektrode in einem Elektrolichtbogenofen, die die Leistungsfaktorwerte für fünf Leistungsfaktorsollwerte zeigt.

Fig. 2 ist eine Aufrißseitenansicht eines Elektrolichtbogenofensystems nach dem Stand der Technik ; Fig. 3 ist ein schematischer Schaltplan eines Elektrodenkontrollsy- stems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ; und Fig. 4 ist ein schematischer Schaltplan eines zweiten Ausführungsbei- spiels des Elektrodenkontrollsystems der vorliegenden Erfin- dung.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS Fig. 2 zeigt einen Elektrolichtbogenofen nach dem Stand der Technik, der Elek- troden 12 umfaßt. Der Ofen 10, der in Fig. 2 gezeigt wird, ist ein Elektrolichtbo- genpfannenofen. Die Erfindung, die im folgenden beschreiben wird, kann je- doch in jeder Art von Elektrolichtbogenofen verwendet werden, wie z. B. einem Elektrolichtbogenofen für Schrottmetall, wie von den Fachleuten erkannt wer- den wird. Der Ofen 10 umfaßt im allgemeinen einen Pfannenübertragungswa- gen 14, auf dem eine Pfanne 16, ein Elektrodenanordnungsmechanismus 18 zur Hebung und zur Absenkung der entsprechenden Elektroden 12, ein Pfan- nendach 19 und außerdem die Elektroden 12 angebracht sind. Die Elektroden 12 werden von einer Stromquelle (nicht gezeigt) durch einen Ofentransformator 20 über wassergekühite Kupferkabel 21 und über einen Kupferbus mit elektri- schem Arm 21 a angetrieben.

Fig. 3 zeigt ein automatisches Elektrodenkontrollsystem 22 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung für den Ofen 10, das so konfiguriert ist, daß es die Elektroden 12 auf der Grundlage einer direkten Leistungsfaktorregulierung kontrolliert. Das System 22 umfaßt im allgemeinen den Ofentransformator 20, der mit jeder der Elektroden 12 über Verfahren und Vorrichtungen, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, verbunden ist, die mit den Referenznum- mern 12 (1), 12 (2) und 12 (3) in Fig. 3 getrennt gekennzeichnet sind. Ein Strom- transformator 24 ist mit der zweiten Seite, auch bekannt als die dritte Seite, des Transformators 20 jeder der Elektroden 12 verbunden, um den Betriebsstrom der Elektroden 12 zu messen. Die Stromtransformator 24 sind Standardausrü- stung und sind in der Technik gut bekannt. Die Stromtransformator 24 stellen Stromausgabesignale C1, C2, C3 bereit, die den Betriebsstrom der entspre- chenden Elektroden 12 angeben. Eine zweite Phase zum Grundspan- nungstransformator 26 ist ebenfalls mit der zweiten Seite des Umformers 20 für jede der Elektroden 12 verbunden. Die Spannungstransformator 26 sind Stan- dardausrüstung und sind in der Technik gut bekannt. Die Spannungstransfor- mator 26 stellen Spannungsausgabesignale Vi, V2, V3 bereit, die die Betriebs- spannung Entsprechenden Elektroden 12 angeben.

Das Elektrodenkontrollsystem 22 kann weiter Stromumformer 27 umfassen, die mit den Stromtransformatoren 26 für die Elektroden 12 verbunden sind. In der Betriebsart der direkten Leistungsfaktorregulierung der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 3 gezeigt wird, fließen die Stromausgabesignale Ci, C2, C3 für die Elektroden 12 durch die entsprechenden Stromumformer 27. Somit sind die Stromumformer 27 in der Betriebsart der direkten Leistungsfaktorregulierung, die in Fig. 3 gezeigt wird, nicht erforderlich, aber sie können enthalten sein, wenn das Elektrodenkontrollsystem 22 Teil eines Regulierungssystems mit zwei Betriebsarten ist, das auf dem Leistungsfaktor und der Impedanz basiert, wie es in Fig. 4 gezeigt und im Folgenden besprochen wird. Die Stromumformer 27 können weiter mit einem Anzeigebildschirm/Steuerpult (nicht gezeigt) für das Elektrodenkontrollsystem 22 verbunden sein, so daß ein Bediener den Be- triebsstrom der Elektroden 12 überwachen und entsprechende Einstellungen vornehmen kann. Die Stromumformer 27 sind Standardausrüstung und sind in der Technik gut bekannt.

Die Stromtransformatoren 24 und die Spannungstransformatoren 26, die an der zweiten Seite des Transformators 20 angebracht sind, sind mit einem aktiven Leistungsumformer 28 beziehungsweise zu einem wattlosen Leistungsum- wandler 30 für jede der Elektroden 12 verbunden. Die Stromumformer 27 sind, wenn vorhanden, zwischen den Stromumformern 24 und den aktiven und wattlosen Leistungsumformern 28,30 angebracht und verbunden. Die aktiven und wattlosen Leistungsumformer 28,30 erzeugen erste beziehungsweise zweite Ausgabesignale R1, R2, die die aktiven und wattlosen Leistungskompo- nenten der entsprechenden Elektroden 12 angeben, die dazu verwendet wer- den, um den tatsächlichen oder"gemessenen"Leistungsfaktor der Elektroden 12 zu berechnen. Die aktiven und wattlosen Leistungsumformer 28,30 berech- nen die aktiven und wattlosen Leistungskomponenten der Elektroden 12 auf der Grundlage des gemessenen Betriebsstroms und der gemessenen Betriebs- spannung, die von den Stromtransformatoren 24 und den Spannungstransfor- matoren 26 bereitgestellt wird. Die aktiven und wattlosen Leistungskomponen- ten der entsprechenden Elektroden 12 werden dann als das erste und zweite Ausgabesignal Ri, R2 bereitgestellt. Zum Beispiel berechnet der aktive Lei- stungsumformer 28, der mit der ersten Elektrode 12 (1) verbunden ist, die aktive Leistung der ersten Elektrode 12 (1) und erzeugt das erste Ausgabesignal Ri, das diesen Wert angibt. Ahnlich berechnet der wattlose Leistungsumformer 30, der mit der ersten Elektrode 12 (1) verbunden ist, die wattlose Leistungskompo- nente der ersten Elektrode 12 (1) und erzeugt das zweite Ausgabesignal R2, das diesen Wert angibt.

Das Elektrodenkontrollsystem 22 kann weiter einen Spannungsumformer 31 umfassen, der mit der zweiten Seite des Transformators 20 für jeden der Elek- troden 12 verbunden ist, um die Betriebsspannung der entsprechenden Elek- troden 12 zu messen. Obwohl sie nicht als eine Prozeßwerteingabe in der Lei- stungsfaktorregulierungsbetriebsart verwendet werden, die in Fig. 3 gezeigt werden, werden die Spannungsausgabesignale Vi, V2, V3 von den entspre- chenden Spannungsumformern 31 in der Impedanzregulierungsbetriebsart der vorliegenden Erfindung verwendet, die in Fig. 4 gezeigt wird, wie im folgenden besprochen wird. Die Spannungsausgabesignale Vi, V2, V3 können an dem Anzeigebildschirm/Steuerpult (nicht gezeigt) für das Elektrodenkontrollsystem 22 zusammen mit den Stromausgabesignalen C1, C2, C3 von den Strom Stromumformern 27 angezeigt werden, die oben besprochen wurden. Die Spannungsumformer 31 sind Standardausrüstung und sind in der Technik gut bekannt.

Das erste und zweite Ausgabesignal R1, R2, die die entsprechenden aktiven und wattlosen Leistungskomponenten der Elektroden 12 angeben, werden an eine programmierbare logische Steuerung (PLC) oder einen programmierbaren Computer (im Folgenden bezeichnet als"Kontrolleinheit 32"), übertragen, die entsprechende Kontrollsignale Si, S2, S3 erzeugt, die zum Elektrodenanord- nungsmechanismus 18 geschickt werden. Der Elektrodenanordnungsmecha- nismus 18 kann ein elektromechanisches Steuergerät sein, das ein kontrollier- tes hydraulisches Ventil (nicht gezeigt) umfaßt. Das Elektrodenanordnungssy- stem 18 stellt die senkrechte Bewegung der entsprechenden Elektroden 12 be- reit. Der Elektrodenanordnungsmechanismus 18, der in Fig. 3 in Blockform ge- zeigt wird, ist gleich wie der elektronische Anordnungsmechanismus, der in Fig.

2 gezeigt wird und ist in der Industrie gut bekannt und ein Standard. Die Kon- trolleinheit 32 kann ein Alan Bradley PLC Modell 5/40E und damit gleichwertige sein.

Die Kontrolleinheit 32 umfaßt vorzugsweise eine Leistungs- faktorberechnungseinheit 36 für jede der Elektroden 12, die das erste und zweite Ausgabesignal Ri, R2, von den entsprechenden aktiven und wattlosen Leistungsumformern 28,30 empfängt. Die Leistungsfaktorberechnungseinhei- ten 36 werden so konfiguriert, daß die den tatsächlichen Leistungsfaktor der entsprechenden Elektroden 12 auf der Grundlage des ersten und zweiten Aus- gabesignals Ri, R2, berechnen und ein drittes Ausgabesignal R3 erzeugen, das den tatsächlichen Leistungsfaktor der entsprechenden Elektroden 12 angibt.

Die dritten Ausgabesignale R3, die von den Leistungsfaktor- berechnungseinheiten 36 erzeugt werden, werden zu den entsprechenden Steuergeräten 38 geschickt, die den Leistungsfaktorberechnungseinheiten 36 entsprechen. Die Steuergeräte 38 sind vorzugsweise programmierbar, um ei- nen vorgewählten Leistungsfaktorsollwert aufzuweisen und sie werden so kon- figuriert, daß sie den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektroden 12 mit dem vorgewählten Leistungsfaktorsollwert vergleichen. Die Steuergeräte 38 erzeu- gen dann die einzelnen Kontrollsignale S1, S2, S3, die an den Elektrodenanord- nungsmechanismus 18 geschickt werden, um die entsprechenden Elektroden 12 richtig anzuordnen.

Der Elektrodenanordnungsmechanismus 18 auf der Grundlage der Kontrollsi- gnale S1, S2, S3 stellt ständig die senkrechte Anordnung der entsprechenden Elektroden 12 ein, um den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektroden 12 un- gefähr um den vorgewählten Leistungsfaktorsollwert für jeden der Elektroden 12 aufrechtzuerhalten. Besonders der Elektrodenanordnungsmechanismus 18 auf der Grundlage der Kontrollsignale S1, S2, S3 kontrolliert ständig die senk- rechte Anordnung der entsprechenden Elektroden 12 bezüglich einem Stand von geschmolzenem Stahl 40 in der Pfanne 16, so daß der tatsächliche Lei- stungsfaktor jeder Elektrode 12 im wesentlichen dem vorgewählten Leistungs- faktorsollwert für die Elektrode 12 entspricht, d. h. sich ihm annähert. Auf diese Weise wird ein ständiger Leistungsfaktorsollwert in jeder einzelnen Elektrode 12 im wesentlichen beibehalten und optimiert. Die Kontrollsignale S1, S2, S3, die von der Kontrolleinheit 32 erzeugt werden, sind kontinuierlich, und somit stellt die Kontrolleinheit 32 den Elektrodenanordnungsmechanismus 18 ständig ein, um den tatsächlichen Leistungsfaktor im wesentlichen um den voreingestellten Leistungsfaktorsollwert für jede der Elektroden 12 aufrechterhält.

Die Kontrollsignale Si, S2, Ss, die von der Kontrolleinheit 32 erzeugt werden, basieren auf dem tatsächlichen Leistungsfaktor der entsprechenden Elektroden 12 als Prozeßwerteingaben, und Zusatz-oder Korrekturkontrolleinheiten wie diejenigen, die nach dem stand der Technik anzutreffen sind, die oben bespro- chen wurden, sind nicht erforderlich. Außerdem ist das obenbeschriebene Sy- stem ein wahres Reguliersystem im Gegensatz zu den Kontrollsystemen des Stands der Technik, die oben besprochen wurden, da die Kontrollsignale Si, S2, S3, direkt den Leistungsfaktor angeben.

Die vorliegende Erfindung ist auch ein Verfahren, um die Anordnung der Elek- troden 12 im Elektrolichtbogenofen 10 ständig zu kontrollieren und umfaßt im aligemeinen die folgenden Schritte : Messung des Betriebsstroms der Elektrode an der Zweiten Seite des Ofentransformators ; Messung der Betriebsspannung der Elektrode an der zweiten Seite des Transformators ; Bestimmung der akti- ven Leistung der Elektrode vom Betriebsstrom und von der Betriebsspannung der Elektrode ; Erzeugung eines ersten Ausgabesignals, das die aktive Leistung der Elektrode angibt ; Bestimmung der wattlosen Leistung der Elektrode vom Betriebsstrom und von der Betriebsspannung der Elektrode ; Erzeugung eines zweiten Ausgabesignals, das die wattlose Leistung der Elektrode angibt. Be- rechnung des tatsächlichen Leistungsfaktors der Elektrode von der aktiven Lei- stung und der wattlosen Leistung in einer programmierbaren Kontrolleinheit ; Vergleich des tatsächlichen Leistungsfaktors mit einem vorgewählten Lei- stungsfaktorsollwert für die Elektrode in der programmierbaren Kontrolleinheit, wobei die Kontrolleinheit vorzugsweise eine Leistungsfaktorberechnungseinheit und ein Steuergerät und ein Steuergerät umfaßt. Bereitstellung eines Kontroll- signals, das zwischen dem tatsächlichen Leistungsfaktor und dem vorgewähl- ten Leistungsfaktorsollwert an den Elektrodenanordnungsmechanismus angibt ; und Kontrolle einer senkrechten Höhe der Elektrode bezüglich eines Stands von geschmolzenem Metall einen Unterschied im Elektrolichtbogenofen mit dem Elektrodenanordnungsmechanismus ; Bereitstellung eines Kontrollsignals, das einen Unterschied zwischen dem tatsächlichen Leistungsfaktor und dem Leistungsfaktorsollwert an den Elektrodenanordnungsmechanismus angibt ; und Kontrolle der senkrechten Höhe der Elektrode bezüglich eines Stands von ge- schmolzenem Metall im Elektrolichtbogenofen mit dem Elektrodenanordnungs- mechanismus, der auf dem Kontrollsignal basiert, so daß der tatsächliche Lei- stungsfaktor der Elektrode sich dem Leistungsfaktorsollwert annähert.

Das Verfahren kann auch die folgenden Schritte umfassen : Empfang des ersten und zweiten Ausgabesignals an der Leistungsfaktorberechnungseinheit zur Be- rechnung des tatsächlichen Leistungsfaktors der Elektrode ; Erzeugung eines dritten Ausgabesignals, das den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektrode in der Leistungsfaktorberechnungseinheit angibt ; und Empfang des dritten Ausga- besignals am Steuergerät, so daß der Schritt des Vergleichs des tatsächlichen Leistungsfaktors mit dem vorgewählten Leistungsfaktorsollwert für die Elektrode im Steuergerät erfolgt, der dann das Kontrollsignal erzeugt. Das Kontrollsignal ist vorzugsweise kontinuierlich, so daß der Elektrodenanordnungsmechanismus die senkrechte Höhe der Elektrode bezüglich des Stands des geschmolzenen Metalls im Elektrolichtbogenofen ständig einstellt, um den tatsächlichen Lei- stungsfaktor der Elektrode ungefähr auf dem Leistungsfaktorsollwert beizube- halten. Nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt und im aligemeinen mit der Bezugsnummer 42 bezeichnet. Das Elektrodenkontrollsystem 42 von Fig. 4 ist ein System mit zwei Betriebsarten, das dazu in der Lage ist, die Elektroden 12 auf der Grundlage einer direkten Leistungsfaktorregulierung oder einer Elektrodenimpedanzregu- lierung zu kontrollieren. Das Elektrodenkontrollsystem 42 von Fig. 4 ist im we- sentlichen ähnlich dem Elektrodenkontrollsystem 22 von Fig. 3, aber umfaßt außerdem eine Elektrodenimpedanzberechnungseinheit 44, die mit der Ausga- be des Stromumformers 27 und der Ausgabe des Spannungsumformers 31 für jede der Elektroden 12 verbunden ist. Im System mit zwei Betriebsarten von Fig. 4 wird, wenn Regulierung gewähit wird, die auf der Impedanz basiert, der gemessene Wert des Betriebsstroms von den Stromtransformatoren 24 von den Stromumformern 27 empfangen, und gemessene Wert der Betriebsspan- nung wird von den Spannungsumformern 31 empfangen. die Stromumformer 27 werden bereitgestellt, um den gemessenen Wert des Betriebsstroms der entsprechenden Elektroden 12 einzustellen, um geeignete Prozeßwerteingaben in die Impedanzberechnungseinheiten 44 zu sein. Dementsprechend stellen die Stromumformer 27 die entsprechenden Stromausgabbsignale C1, C2, C3 als "eingeteilte"Prozeßwerteingaben an die Berechnungseinheiten 24 bereit.

Zum Beispiel enthält der Stromumformer 27 für die erste Elektrode 12 (1) den gemessenen Wert des Betriebsstroms der ersten Elektrode 12 (1) vom Strom- transformator 24 und teilt diesen erhaltenen Wert wie erforderlich ein, um eine geeignete Prozeßwerteingabe an die Impedanzberechnungseinheit 44 für die erste Elektrode 12 (1) zu sein. Der gemessene Wert vom Stromtransformator 24 kann zum Beispiel 0,5A betragen und der Stromumformer 27 kann diesen er- haltenen Wert z. B. auf 4,20 mA einteilen, um den gemessenen Wert zu einer geeigneten Prozeßwerteingabe an die Impedanzberechnungseinheit 44 für die erste Elektrode 12 (1) zu machen. Die Spannungsumformer 31 arbeiten auf eine ähnliche Weise wie der Stromumformer 27, wie von den Fachleuten erkannt werden wird. Die Spannungsumformer 31 stellen den Spannungsausgabesi- gnalen Vi, V2, V3 als"eingeteilte"Prozeßwerteingaben an die Impedanzberech- nungseinheiten 44 bereit. Wie oben angegeben sind die Stromumformer 27 und die Spannungsumformer 31 in der Betriebseinheit der Stromfaktor Regulierung, die oben im Verbindung mit der Fig. 3 besprochen wurde, nicht erforderlich.

Die Elektrodenimpedanzberechnungseinheiten 44 ermöglichen es dem Elektro- denkontrollsystem 42, das in Fig. 4 gezeigt wird, die Elektroden 12, auf der Grundlage entweder der Elektrodenimpedanz oder des Leistungsfaktors zu re- gulieren, in Abhängigkeit davon, welche Betriebsart gewählt wurde. Ein Wech- sel zwischen den zwei Betriebsarten kann von einem Bediener durch die Ver- wendung eines Wahischalters auf dem Anzeigebildschirm/Steuerpult (nicht ge- zeigt) der Kontrolleinheit 32 durchgeführt werden, die dann ein Aufnahmesignal an die Kontrolleinheit 32 schickt, oder alternativ durch ein automatisches Pro- zeßkontrollsystem (nicht gezeigt), das ein Kontrollsignal an die Kontrolleinheit 32 schickt, und besonders an die Steuergeräte 38. Dieses automatische Pro- zeßkontrollsystemsignal hängt von den Schmeiz-/Veredelungsbedingungen ab, die im Ofen herrschen, wie von den Fachleuten erkannt werden wird.

Die Elektrodenimpedanzberechnungseinheiten 44 für die entsprechenden Elektroden 12 werden direkt mit den entsprechenden Steuergeräten 38 verbun- den, die sich in der Kontrolleinheit 32 befinden. Wie oben besprochen sind die Prozeßwerteingaben an die Elektrodenimpedanzberechnungseinheiten 44 die gemessenen Werte des Betriebsstroms Ci, C2, C3 und der Betriebsspannung V1, V2, V3 der entsprechenden Elektroden, die von den Stromtransformatoren 24 über die Stromumformer 27 und durch die Spannungstransformator durch die Spannungsumformer 31 gemessen werden. Die Impedanzbe- rechnungseinheiten 44 berechnen die Elektrodenimpedanz der entsprechenden Elektroden 12 von diesen Prozeßwerteingaben. Sie Elektrodenimpedanzbe- rechnungseinheiten 44 stellen die entsprechenden Impedanzausgabesignale, die in Fig. 4 mit den Bezugscharakteren 11, 12, 13 identifiziert werden, den ent- sprechenden Steuergeräten bereit, die sich in der Kontrolleinheit 32 befinden, wenn die Regulierungsbetriebsart gewählt wird, die auf der Impedanz basiert. Die Kontrolleinheit 32 und besonders die Steuergeräte 38 werden vorzugsweise so konfiguriert, daß in der Betriebsart, die auf der Impedanz, basiert die Impe- danzausgabesignale 11, 12, 13 als die Grundlage für die Erzeugung der Kontroll- signale Si, S2, S3 verwendet werden. In der Leistungsfaktorbetriebsart, die vor- her besprochen wurde, gaben die dritten Ausgabesignale R3 den Elektrodenlei- stungsfaktor an und wurden als die Grundlage für die Erzeugung der Kontrollsi- gnale Si, S2, S3 verwendet. Im Elektrodenkontrollsystem 42 der Fig. 4 wird er- kannt werden, daß die Kontrollsignale S1, S2, S3 Kontrolisignale, die auf der Elektrodenimpedanz basieren, oder Kontrollsignale, die auf dem Leistungsfak- tor basieren, sein können, in Abhängigkeit davon, welche Betriebsart gewählt wird.

Auf eine ähnliche Weise wie für die Betriebsart Leistungsfaktorkontrolle, die oben besprochen wurde, sind die Steuergeräte vorzugsweise programmierbar, um über einen vorgewähiten oder vorprogrammierten Impedanzsollwert zu verfügen. sie Steuergeräte 38 werden somit so konfiguriert, daß sie die Elektro- denimpedanz der entsprechenden Elektroden 12, die von den Elektrodenimpe- danzberechnungseinheiten bereitgestellt werden, mit dem vorprogrammierten Impedanzsollwert vergleichen. Die Steuergeräte 38 erzeugen dann die Kontroll- signale S1, S2, S3. In der Regulierbetriebsart, die auf der Impedanz basiert, ge- ben die Kontrollsignale Si, S2, S3 jetzt eher einen Unterschied zwischen der Elektrodenimpedanz und dem vorgewählten Impedanzsollwert an, als einen Unterschied zwischen dem tatsächlichen Leistungsfaktor und einem vorge- wählten Leistungsfaktorsollwert. In der Regulierungsbetriebsart des Elektroden- kontrollsystems 42 der Fig. 4, die auf der Impedanz basiert, ist das Elektroden- kontrollsystem 42 weniger leistungsfähig bei der Aufrechterhaltung von oder der Annäherung an"bestmögliche"Arbeits-/Betriebsbedingungen im Elektrolichtbo- genofen 10. Das Elektrodenkontrollsystem 42 der Fig. 4 stellt jedoch die Mög- lichkeit bereit, die Elektroden 12, die entweder auf dem Leistungsfaktor oder auf der Impedanz basieren, zu regulieren.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Elektrodenkontrollsystem zur Kontrolle der Anordnung der Elektroden in einem Elektrolichtbogenofen, die auf der direkten Leistungsfaktorregulierung basiert. Das Elektrodenkontrollsystem der vorlie- genden Erfindung ist dazu in der Lage, den tatsächlichen Leistungsfaktor der Elektroden im wesentlichen bei einem vorprogrammierten oder vorgewählten Leistungsfaktorsollwert aufrechtzuerhalten, der gewählt werden kann, um die Arbeits-/Betriebsbedingungen im Ofen zu optimieren Außerdem stellt die vorlie- gende Erfindung ein Elektrodenkontrollsystem bereit, das sowohl zur Regulie- rung, die auf der Impedanz basiert, als auch zur direkten Leistungsfaktorregulie- rung in einem einigen System in der Lage ist.

Obwohl diese Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele be- schrieben wurde, können offensichtliche Veränderungen und Abänderungen der vorliegenden Erfindung gemacht werden, ohne sich vom Geist und Umfang der Erfindung zu entfernen. der Umfang der vorliegenden Erfindung wird in den angefügten Ansprüchen und Entsprechungen dazu festgelegt.