Bezeichnung der Erfindung

Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfah- ren für einen Lichtbogenofen, wobei eine Energieversorgungs- einrichtung des Lichtbogenofens zwischen einem Beschicken ei- nes Ofengefäßes des Lichtbogenofens mit Metall in festem Ag- gregats zustand und einem Entnehmen einer Metallschmel ze aus dem Ofengefäß aus einem Versorgungsnetz elektrische Energie bezieht und die bezogene elektrische Energie über einen Ofen- trans formator zumindest einer ersten, einer zweiten und einer dritten Elektrode des Lichtbogenofens zuführt , so dass sich zwischen den Elektroden und dem Metall bzw . der Metallschmel- ze Lichtbögen ausbilden, durch die das Metall zu der Metall- schmel ze geschmol zen wird , wobei die Energieversorgungsein- richtung eine Betriebs frequenz der ersten Elektrode und eine Betriebs frequenz der zweiten Elektrode individuell einstellt , so dass der Strom durch dritte Elektrode durch den Strom durch die erste und die zweite Elektrode festgelegt .

Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Steu- erprogramm für eine Steuereinrichtung eines Lichtbogenofens , wobei das Steuerprogramm Maschinencode umfasst , der von der Steuereinrichtung abarbeitbar ist , wobei die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt , dass die Steuereinrichtung den Lichtbogenofen gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt .

Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steu- ereinrichtung eines Lichtbogenofens , wobei die Steuereinrich- tung mit einem derartigen Steuerprogramm programmiert ist , so dass die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuerein- richtung bewirkt , dass die Steuereinrichtung den Lichtbogen- ofen gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt .

Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Licht- bogenofen,

- wobei der Lichtbogenofen ein Ofengefäß aufweist , das mit Metall beschickbar und aus dem eine Metallschmel ze entnehm- bar ist ,

- wobei der Lichtbogenofen eine Energieversorgungseinrichtung und Elektroden sowie einen Ofentrans formator aufweist ,

- wobei die Energieversorgungseinrichtung eingangsseitig mit einem Versorgungsnetz und ausgangsseitig über den Ofen- trans formator mit den Elektroden verbunden ist ,

- wobei der Lichtbogenofen eine Steuereinrichtung aufweist , von der zumindest die Energieversorgungseinrichtung ansteu- erbar ist ,

- wobei die Steuereinrichtung so wie obenstehend erläutert ausgebildet ist .

Stand der Technik

Die genannten Gegenstände sind beispielsweise aus der WO 2021 / 115 573 Al bekannt .

Zusammenfassung der Erfindung

Beim Schmel zen von Metall - insbesondere Stahl - in einem Lichtbogenofen erfolgt die Zufuhr der elektrischen Energie zu den Elektroden des Lichtbogenofens über einen Ofentrans forma- tor . Oftmals ist der Ofentrans formator über einen Mittelspan- nungstrans formator an das Versorgungsnetz angeschlossen . Der Ofentrans formator stellt mehrere Spannungsstufen zur Verfü- gung . Für den Bereich konstanter Leistung und andere Hoch- strombereiche kann die j eweilige Spannungsstufe am Ofentrans- formator gewählt werden . Eine Feinregelung innerhalb einer bestimmten Spannungsstufe kann beispielsweise mittels einer Impedanzregelung erfolgen . Bei dieser Vorgehensweise sind nur einige wenige Spannungs- stufen möglich, und die Elektrodenströme unterliegen starken Schwankungen . Zur Reduzierung der Schwankungen werden die Po- sitionierungen der Elektroden mechanisch geregelt , meist über hydraulische Verstelleinrichtungen . Das mechanische Verstel- len der Elektroden weist eine erheblich geringere Dynamik auf als das reale Verhalten der Lichtbögen . Die Schwankungen kön- nen daher nur unzureichend ausgeregelt werden . Weiterhin füh- ren die Schwankungen zu erheblichen Belastungen der Bauteile , beispielsweise der Hochstromkabel , der stromführenden Tragar- me , der Hydraulikzylinder usw . Die Schwankungen treten sowohl in der Schmel zphase als auch in einer nachfolgenden Flach- badphase auf .

Bei der Einstellung der Elektrodenspannung über die Span- nungsstufen des Ofentrans formators muss die Positionierung der Elektroden laufend nachgeregelt werden . Die Nachregelung kann beispielsweise derart erfolgen, dass auf eine bestimmte Impedanz oder eine bestimmte Leistung geregelt wird . Da die Dynamik der Positioniereinrichtung j edoch im Vergleich zu den Veränderungen im elektrischen System des Lichtbogens relativ niedrig ist , verbleiben gewisse Schwankungen, die nicht aus- geregelt werden können . Dadurch ist die Energieeinbringung in die Stahlschmel ze nicht optimal .

Aus den Dokumenten des Standes der Technik, insbesondere aus der WO 2015/ 176 899 Al und der EP 3 124 903 Al und in be- grenztem Umfang auch aus der EP 1 026 921 Al , sind Vorgehens- weisen bekannt , bei denen die Elektrodenspannungen kontinu- ierlich eingestellt werden können . Diese Ausgestaltungen bie- ten gegenüber einer Einstellung der Elektrodenspannung über Spannungsstufen des Ofentrans formators erhebliche Vorteile . So können die Elektrodenspannungen nicht nur stufenweise , sondern kontinuierlich variiert werden . Weiterhin kann der Ofentrans formator einfacher ausgebildet sein, weil er nicht mehrere Spannungsstufen zur Verfügung stellen muss . Weiterhin ist die Einstellung der Elektrodenspannungen mit erheblich größerer Dynamik möglich als die Positionierung der Elektro- den . Schließlich werden durch diese Ausgestaltungen weitere Arten der Regelung ermöglicht .

Trotz der Flexibilität beim Betreiben des Lichtbogenofens , die durch die Möglichkeit zum kontinuierlichen Einstellen der Elektrodenspannungen erreicht wird, ist der Betrieb des Lichtbogenofens im Stand der Technik oftmals immer noch nicht optimal . Beispielsweise kann es immer noch zu einer subopti- malen Energieeinbringung in das Metall bzw . die Metallschmel- ze und auch zu Lichtbogenabrissen kommen .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mög- lichkeiten zu schaf fen, mittels derer die Nachteile des Stan- des der Technik vermieden werden können .

Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkma- len des Anspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11 .

Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs ge- nannten Art dadurch ausgestaltet , dass Elektroden einer Ge- samtheit von Elektroden des Lichtbogenofens dynamisch zuge- ordnet wird, welche von ihnen die erste Elektrode ist , welche von ihnen die zweite Elektrode ist und welche von ihnen die dritte Elektrode ist .

Dadurch kann zumindest für die erste und die zweite Elektrode die j eweilige Betriebs frequenz optimal für den konkreten Be- trieb der j eweiligen Elektrode eingestellt werden .

Es ist möglich, dass die Betriebs frequenzen der ersten und der zweiten Elektrode gleich sind . Dies ist j edoch nur dann der Fall , wenn sich aufgrund der individuellen Einstellung der Betriebs frequenzen zufällig gleiche Werte ergeben . In der Regel sind die Betriebs frequenz für die erste und die zweite Elektrode j edoch voneinander verschieden . Es ist möglich, dass die Betriebs frequenz der ersten Elektro- de zeitlich konstant ist . In der Regel führt es j edoch zu ei- nem besseren Betrieb des Lichtbogenofens , wenn die Betriebs- frequenz der ersten Elektrode zeitlich variiert . Vorzugsweise variiert die Betriebs frequenz der ersten Elektrode in Abhän- gigkeit von einem Prozess zustand des Lichtbogenofens . Der Prozess zustand kann insbesondere durch Auswertung elektri- scher oder akustischer Betriebsgrößen des Lichtbogenofens er- mittelt werden . Die gleiche Vorgehensweise kann natürlich auch für die zweite Elektrode ergri f fen werden .

Es ist möglich, dass die Betriebs frequenz der zweiten Elekt- rode unabhängig von der Betriebs frequenz der ersten Elektrode eingestellt wird . Oftmals ist es j edoch von Vorteil , wenn die Betriebs frequenz der zweiten Elektrode unter Berücksichtigung der Betriebs frequenz der ersten Elektrode eingestellt wird . Beispielsweise kann die Betriebs frequenz der zweiten Elektro- de derart eingestellt werden, dass sie einen bestimmten Ab- stand zur Betriebs frequenz der ersten Elektrode aufweist . Auch kann die Betriebs frequenz der zweiten Elektrode zwar zu- nächst unabhängig von der Betriebs frequenz der ersten Elekt- rode ermittelt werden, die so ermittelte Betriebs frequenz aber nur dann übernommen werden, wenn sie mindestens den be- stimmten Abstand von der Betriebs frequenz der ersten Elektro- de aufweist , und anderenfalls die Betriebs frequenz der zwei- ten Elektrode so eingestellt werden, dass sie den bestimmten Abstand von der Betriebs frequenz der ersten Elektrode auf- weist .

Der j eweilige Status als erste , zweite und dritte Elektrode wird also bei der vorliegenden Erfindung - j eweils betrachtet für den Zeitraum zwischen dem Beschicken des Ofengefäßes mit Metall und dem Entnehmen der Metallschmel ze aus dem Ofengefäß - nicht einmalig statisch festgelegt , sondern von Zeit zu Zeit geändert . Ein und dieselbe Elektrode des Lichtbogenofens kann also zu einem bestimmten Zeitpunkt die erste Elektrode sein, zu einem anderen Zeitpunkt die zweite Elektrode und zu einem wieder anderen Zeitpunkt weder die erste noch die zwei- te Elektrode . Wenn im Falle von insgesamt drei Elektroden des Lichtbogenofens zum einem bestimmten Zeitpunkt x Elektrode a mit einer Frequenz fa und Elektrode b mit einer Frequenz fb betrieben wird und der Strom durch Elektrode c durch den Strom durch die Elektroden a und b festgelegt ist , kann bei- spielsweise zu einem späteren Zeitpunkt y Elektrode b mit der Frequenz fa und Elektrode c mit der Frequenz fb betrieben werden und folglich der Strom durch Elektrode a durch den Strom durch die Elektroden b und c festgelegt sein . Die Über- gänge können sprungartig oder kontinuierlich erfolgen, im letztgenannten Fall insbesondere sinus förmig .

Die Elektroden des Lichtbogenofens sind in aller Regel höhen- verstellbar . Hierbei ist es möglich, dass die Elektroden nur gemeinsam oder unabhängig voneinander höhenverstellbar sind . Im Falle einer unabhängigen Verstellbarkeit kann die dynami- sche Zuordnung der j eweiligen „Rolle" zu den Elektroden, mit einer Vorgehensweise kombiniert sein, bei der die Positionie- rung der j eweiligen Elektrode des Lichtbogenofens in Abhän- gigkeit davon bestimmt wird, ob sie die erste , die zweite oder die dritte Elektrode ist . Der Begri f f „in Abhängigkeit" soll nicht bedeuten, dass die „Rolle" der j eweiligen Elektro- de die Positionierung der j eweiligen Elektrode vollständig bestimmt . Es ist vielmehr ausreichend, dass die „Rolle" der j eweiligen Elektrode mit berücksichtigt wird .

Zur Realisierung einer individuellen Höhenverstellbarkeit kann es bereits ausreichend sein, wenn zusätzlich zu einer gemeinsamen Verstellung der Elektroden nur eine geringe Über- lagerung einer zusätzlichen Bewegung der einzelnen Elektroden möglich ist . In diesem Fall werden bei n Elektroden lediglich n- 1 Einrichtungen zum Bewirken der zusätzlichen Bewegungen benötigt .

Zwischen dem Beschicken des Ofengefäßes mit dem Metall und dem Entnehmen der Metallschmel ze aus dem Ofengefäß wird der Lichtbogenofen zunächst in einer Schmel zphase und sodann in einer Flachbadphase betrieben . In der Schmel zphase wird das Metall zu der Metallschmel ze geschmol zen . Die Schmel zphase kann ihrerseits in eine Anfangsphase und eine Endphase unter- teilt sein . Die Anfangsphase wird oftmals als Bohrphase be- zeichnet . In der Endphase erfolgt der Großteil des Einschmel- zens des Metalls . In der Flachbadphase wird die Metallschmel- ze weiter aufgehei zt .

In manchen Fällen ist weiterhin die Beschickung des Ofengefä- ßes mit dem Metall sehr inhomogen, so dass sich im Bereich unterhalb einer Elektrode größere Metallstücke und im Bereich unterhalb einer anderen Elektrode kleinere Metallstücke be- finden . In diesem Fall kann es von Vorteil sein, die Be- triebs frequenz der ersten Elektrode während der Schmel zphase in Abhängigkeit von der Größe der mittels der ersten Elektro- de einzuschmel zenden Stücke des Metalls zu bestimmen . Die Be- triebs frequenz der ersten Elektrode kann während der Schmel zphase insbesondere derart bestimmt werden, dass sie umso kleiner ist , j e größer die mittels der ersten Elektrode einzuschmel zenden Stücke des Metalls sind . Vorzugsweise ist weiterhin die Betriebs frequenz der ersten Elektrode während der Schmel zphase oder während einer Endphase der Schmel zphase größer als eine Netz frequenz , mit der das Versorgungsnetz be- trieben wird, insbesondere mindestens 10 Hz größer . Die glei- che Vorgehensweise kann natürlich auch für die zweite Elekt- rode ergri f fen werden .

Vorzugsweise werden den Elektroden zugeführte elektrische Energien derart bestimmt , dass die Elektroden im zeitlichen Mittel j eweils die gleiche Energiemenge in das Metall bzw . die Metallschmel ze einbringen . Das zeitliche Mittel wird hierbei nicht über eine einzelne Periode der j eweiligen Be- triebs frequenz der j eweiligen Elektrode gebildet , sondern über den gesamten Betrieb der Elektroden zwischen dem Beschi- cken des Ofengefäßes mit Metall und dem Entnehmen der Metall- schmel ze aus dem Ofengefäß oder zumindest über eine Betriebs- phase des Lichtbogenofens (Anfangsphase der Schmel zphase , Endphase der Schmel zphase und Flachbadphase oder Schmel zphase und Flachbadphase ) . Dadurch kann insbesondere eine Vergleich- mäßigung der Temperatur der Metallschmel ze erreicht werden .

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst . Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrich- tung, dass die Steuereinrichtung den Lichtbogenofen gemäß ei- nem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt .

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst . Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Steuerpro- gramm programmiert , so dass sie den Lichtbogenofen gemäß ei- nem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt .

Die Aufgabe wird weiterhin durch einen Lichtbogenofen mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst . Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung als erfindungsgemäße Steuereinrichtung aus- gebildet .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbei- spiele , die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden . Hierbei zeigen in schematischer Darstellung :

FIG 1 ein Blockschaltbild eines Lichtbogenofens , FIG 2 ein Ofengefäß während einer Schmel zphase , FIG 3 ein Ablauf diagramm,

FIG 4 das Ofengefäß während einer Flachbadphase ,

FIG 5 ein Ablauf diagramm,

FIG 6 ein Zeitdiagramm,

FIG 7 ein weiteres Zeitdiagramm und

FIG 8 eine funktionale Abhängigkeit . Beschreibung der Aus führungs formen

Gemäß FIG 1 weist ein Lichtbogenofen ein Ofengefäß 1 auf . Das Ofengefäß 1 kann - siehe FIG 2 - mit Metall 2 beschickt wer- den . Das Metall 2 wird dem Ofengefäß 1 beim Beschicken in festem Aggregats zustand zugeführt . Es kann sich bei dem Me- tall 2 beispielsweise um Stahl und im Falle von Stahl insbe- sondere um Schrott handeln .

Der Lichtbogenofen weist weiterhin eine Energieversorgungs- einrichtung 3 auf . Die Energieversorgungseinrichtung 3 ist eingangsseitig mit einem Versorgungsnetz 4 verbunden . Das Versorgungsnetz 4 ist in der Regel ein Mittelspannungsnetz , das eine Nennspannung im 2-stelligen kV-Bereich aufweist und mit einer Netz frequenz f 0 betrieben wird . Die Netz frequenz f 0 liegt in der Regel bei 50 Hz oder 60 Hz . Das Versorgungsnetz 4 ist entsprechend der Darstellung in FIG 1 in der Regel ein Drehstromnetz .

Der Lichtbogenofen weist weiterhin einen Ofentrans formator 5 und Elektroden 6 auf . Die Energieversorgungseinrichtung 3 ist ausgangsseitig über den Ofentrans formator 5 mit den Elektro- den 6 verbunden . Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind mindestens drei Elektroden 6 vorhanden . Oftmals sind exakt drei Elektroden 6 vorhanden . Weiterhin ist der Ofentrans for- mator 5 in aller Regel als Drehstromtrans formator ausgebil- det . Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung liegen an die Elektroden 6 angelegte Elektrodenspannungen U j edoch deutlich unterhalb der Nennspannung des Versorgungsnetzes 4 . Die Elek- trodenspannung U ist in FIG 1 nur für eine der Elektroden 6 dargestellt . Meist liegen die Elektrodenspannungen U im Be- reich von mehreren 100 V . Im Einzel fall sind auch Spannungen oberhalb von 1 kV möglich . 2 kV werden in aller Regel aber nicht überschritten .

In der Regel sind weiterhin Schalteinrichtungen vorhanden, mittels derer die Energieversorgungseinrichtung 3 vom Versor- gungsnetz 4 getrennt werden kann . Weiterhin können Schaltein- richtungen vorhanden sein, mittels derer die Energieversor- gungseinrichtung 3 vom Ofentrans formator 5 und/oder der Ofen- trans formator 5 von den Elektroden 6 getrennt werden kann . Die Schalteinrichtungen führen rein binäre Schaltvorgänge durch, aber keinerlei Einstellung von Spannungen und Strömen . Weiterhin können primärseitig oder sekundärseitig des Ofen- trans formators 5 aktive oder passive Filtereinrichtungen an- geordnet sein . Die Schalteinrichtungen und auch die Filter- einrichtungen sind für die erfindungsgemäße Funktionsweise untergeordneter Bedeutung und daher in FIG 1 (und auch den anderen FIG) der Übersichtlichkeit halber nicht mit darge- stellt .

Die Energieversorgungseinrichtung 3 kann aus dem Versorgungs- netz 4 elektrische Energie beziehen und die bezogene elektri- sche Energie über den Ofentrans formator 5 den Elektroden 6 zuführen . Die Energieversorgungseinrichtung 3 weist zu diesem Zweck in der Regel viele Halbleiterschalter auf . Mögliche Ausgestaltungen der Energieversorgungseinrichtung 3 sind in der WO 2015/ 176 899 Al ( „Goldstandard" ) beschrieben . Alterna- tiv können beispielsweise auch die Ausgestaltungen gemäß der EP 3 124 903 Al oder der EP 1 026 921 Al verwendet werden . Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Energieversor- gungseinrichtung 3 ist die Energieversorgungseinrichtung 3 j edoch in der Lage , ausgangsseitig - also zum Ofentrans forma- tor 5 hin - eine quasi-kontinuierliche Abstufung der an die Elektroden 6 angelegten Elektrodenspannungen U und/oder der den Elektroden 6 zugeführten Elektrodenströme I vorzunehmen . Analog zu der Darstellung für die Elektrodenspannungen U ist der Elektrodenstrom I in FIG 1 ebenfalls nur für eine der Elektroden 6 dargestellt . Auch eine j eweilige Betriebs fre- quenz f , mit der die an die Elektroden 6 angelegten Elektro- denspannungen U bzw . die den Elektroden 6 zugeführten Elekt- rodenströme I variieren, kann mittels der Energieversorgungs- einrichtung 3 eingestellt werden . Die j eweilige Betriebs fre- quenz f kann nach Bedarf oberhalb oder unterhalb der Netz fre- quenz f 0 liegen . Weiterhin weist der Lichtbogenofen eine Positioniereinrich- tung 7 auf . Mittels der Positioniereinrichtung 7 können die Elektroden 6 , wie in FIG 1 durch Doppelpfeile 8 neben den Elektroden 6 angedeutet ist , positioniert werden . Im ein- fachsten Fall erfolgt eine gemeinsame Positionierung der Elektroden 6 . Vorzugsweise erfolgt aber eine individuelle Po- sitionierung der Elektroden 6 . Dies ist in FIG 1 dadurch an- gedeutet , dass die Doppelpfeile 8 unterschiedlich lang sind . Die Bewegungsrichtung, in welcher die Elektroden 6 positio- niert werden, kann vertikal sein . Alternativ kann die Bewe- gungsrichtung auch gegenüber der Vertikalen leicht geneigt sein . Auch in diesem Fall aber ist die Komponente in Verti- kalrichtung die dominierende Komponente der Bewegung . Die Po- sitioniereinrichtung 7 kann beispielsweise eine oder mehrere Hydraulikzylindereinhei ten aufweisen .

Schließlich weist der Lichtbogenofen eine Steuereinrichtung 9 auf . Von der Steuereinrichtung 9 wird zumindest die Energie- versorgungseinrichtung 3 gesteuert . Die Steuereinrichtung 9 generiert Ansteuerwerte Al , mit denen sie die Energieversor- gungseinrichtung 3 ansteuert . Entsprechend den Ansteuerwerten Al wird die Energieversorgungseinrichtung 3 betrieben .

Oftmals wird von der Steuereinrichtung 9 auch die Positionie- reinrichtung 7 gesteuert in diesem Fall generiert die Steuer- einrichtung 9 weitere Ansteuerwerte A2 , mit denen sie die Po- sitioniereinrichtung 7 ansteuert . Entsprechend diesen Ansteu- erwerten A2 wird in diesem Fall die Positioniereinrichtung 7 betrieben .

Die Steuereinrichtung 9 ist als softwareprogrammierbare Steu- ereinrichtung ausgebildet . Dies ist in FIG 1 durch die Angabe „pP" ( für mikroprozessorgesteuert ) angedeutet . Die Wirkung- und Betriebsweise der Steuereinrichtung 9 wird durch ein Steuerprogramm 10 bestimmt , mit dem die Steuereinrichtung 9 programmiert ist . Das Steuerprogramm 10 umfasst Maschinencode 11 , der von der Steuereinrichtung 9 abarbeitbar ist . Die Ab- arbeitung des Maschinencodes 11 durch die Steuereinrichtung 9 bewirkt , dass die Steuereinrichtung 9 den Lichtbogenofen ge- mäß einem Betriebsverfahren betreibt , wie es nachstehend in Verbindung mit den weiteren FIG näher erläutert wird .

Gemäß FIG 3 wird das Ofengefäß 1 zunächst in einem Schritt S 1 mit dem Metall 2 beschickt . FIG 2 zeigt den Zustand nach dem Beschicken des Ofengefäßes 1 unmittelbar nach dem Zünden von Lichtbögen 12 ( siehe FIG 2 und 4 ) durch entsprechende Ansteu- erung der Energieversorgungseinrichtung 3 durch die Steuer- einrichtung 9 .

Sodann erfolgt in einem Schritt S2 der eigentliche Betrieb des Lichtbogenofens . Im Rahmen des Schrittes S2 erfolgen das Anlegen der Elektrodenspannungen U und das Zuführen der Elektrodenströme I zu den Elektroden 6 . Dadurch bilden sich zunächst zwischen den Elektroden 6 und dem Metall 2 die Lichtbögen 12 aus , durch die das Metall 2 zu einer Metall- schmel ze 13 geschmol zen wird . Diese Betriebsphase des Licht- bogenofens wird in der Regel als Schmel zphase bezeichnet . Sie kann in eine Anfangsphase und eine Endphase unterteilt sein, wobei die Anfangsphase meist als Bohrphase bezeichnet wird, die Endphase als Hauptschmel zphase . Sodann bilden sich die Lichtbögen 12 zwischen den Elektroden 6 und der Metallschmel- ze 13 aus , so dass diese weiter aufgehei zt wird . Diese Be- triebsphase des Lichtbogenofens wird in der Regel als Flach- badphase bezeichnet . Dieser Zustand ist in FIG 4 dargestellt . Die Metallschmel ze 13 kann in der Flachbadphase an ihrer Oberseite von einer Schlackenschicht 14 bedeckt sein . Die Schlackenschicht 14 kann eine Schaumschlacke sein .

Schließlich wird in einem Schritt S3 die erzeugte Metall- schmel ze 13 aus dem Ofengefäß 1 entnommen, beispielsweise in eine Pfanne (nicht dargestellt ) gegossen .

Der Schritt S2 , also der eigentliche Betrieb des Lichtbogen- ofens , erfolgt durch entsprechende Ansteuerung der Energie- versorgungseinrichtung 3 . Die Schritte S 1 und S3 können eben- falls unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 9 erfolgen . Sie müssen aber nicht unter Steuerung durch die Steuerein- richtung 9 erfolgen . Die Schritte S 1 und S3 sind daher in FIG 3 nur gestrichelt dargestellt .

Nachstehend wird in Verbindung mit FIG 5 der Schritt S2 , also der eigentliche Betrieb des Lichtbogenofens zwischen dem Be- schicken des Ofengefäßes 1 mit dem Metall 2 und dem Entnehmen der Metallschmel ze 13 aus dem Ofengefäß 1 , näher erläutert . Der Schritt S2 ist zu diesem Zweck in Schritte S i l bis S20 unterteilt . Weiterhin wird im Rahmen der weiteren Erläuterung zwischen den einzelnen Elektroden 6 unterschieden . Zu diesem Zweck wird den Elektroden 6 entsprechend ihrer Abfolge zu- sätzlich j eweils ein kleiner Buchstabe zugeordnet , wenn zwi- schen den einzelnen Elektroden 6 unterschieden werden soll . In diesem Fall werden die Elektroden 6 als erste Elektrode 6a, zweite Elektrode 6b und dritte Elektrode 6c bezeichnet . Wenn hingegen nur allgemein von den Elektroden 6 gesprochen wird, wird auch nur das allgemeine Bezugs zeichen 6 verwendet . Gleiches gilt für die elektrodenspezi fischen Größen wie bei- spielsweise die Elektrodenspannungen U, die Elektrodenströme I und die Betriebs frequenzen f .

Gemäß FIG 5 ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S i l einen Zustand Z des Lichtbogenofens . Der Zustand Z gibt an, in welchem Ausmaß der Betrieb des Lichtbogenofens zwischen dem Beschicken mit dem Metall 2 und dem Entnehmen der Metall- schmel ze 13 fortgeschritten ist . Im einfachsten Fall wird der Zustand Z der Steuereinrichtung 9 von einer Bedienperson 15 ( siehe FIG 1 ) vorgegeben . Alternativ ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 9 den Zustand Z direkt aufgrund der Zeit t ermittelt , die seit dem erstmaligen Zünden der Lichtbögen 12 nach dem Beschicken des Ofengefäßes 1 verstrichen ist . Vor- zugsweise wertet die Steuereinrichtung 9 im Schritt S 12 j e- doch messtechnisch erfasste I stgrößen des Lichtbogenofens aus . Beispielsweise ist es möglich, dass die Steuereinrich- tung 9 die Elektrodenströme I und/oder die Elektrodenspannun- gen U auswertet , insbesondere deren Schwankungen . Auch kann die Steuereinrichtung 9 akustische Größen des Lichtbogenofens auswerten, beispielsweise den Geräuschpegel oder das akusti- sche Spektrum des erzeugten Geräuschs .

Im Schritt S 12 legt die Steuereinrichtung 9 fest , welche der Elektroden 6 die erste Elektrode 6a, die zweite Elektrode 6b und die dritte Elektrode 6c ist . Die Festlegung kann in di- rekter Abhängigkeit von der Zeit t erfolgen, die seit dem erstmaligen Zünden der Lichtbögen 12 nach dem Beschicken des Ofengefäßes 1 verstrichen ist . Alternativ kann sie in direk- ter Abhängigkeit von der Zeit erfolgen, die seit dem Beginn des j eweiligen Zustands Z verstrichen ist . In den beiden letztgenannten Fällen wird also den Elektroden 6 dynamisch zugeordnet , welche von ihnen die erste Elektrode 6a, welche von ihnen die zweite Elektrode 6b ist und welche von ihnen die dritte Elektrode 6c ist . Die Elektroden 6 können also von Zeit zu Zeit ihre Rollen tauschen .

Im Schritt S 13 bestimmt die Steuereinrichtung 9 einen Fre- quenzbereich F, in dem die Elektrodenströme I und/oder die Elektrodenspannungen U liegen sollen . Der Frequenzbereich F kann insbesondere vom Zustand Z abhängig sein . Beispielsweise ist es entsprechend der Darstellung in FIG 6 möglich, dass der Frequenzbereich F während der Endphase der Schmel zphase ( Zustand Z = 2 ) ausschließlich Frequenzen f umfasst , die grö- ßer als die Netz frequenz f 0 sind . Ebenso ist es möglich, dass der Frequenzbereich F während der Flachbadphase ( Zustand Z = 3 ) ausschließlich Frequenzen f umfasst , die kleiner als die Netz frequenz f 0 sind . Schließlich ist es möglich, dass der Frequenzbereich F während der Anfangsphase der Schmel zphase ( Zustand Z = 1 ) alternativ ausschließlich Frequenzen f um- fasst , die größer als die Netz frequenz f 0 sind, oder aus- schließlich Frequenzen f umfasst , die kleiner als die Netz- frequenz f 0 sind .

Vorzugsweise weist der Frequenzbereich F von der Netz frequenz stets einen gewissen Mindestabstand auf . Der Mindestabstand kann beispielsweise zwischen 7 Hz und 13 Hz liegen, insbeson- dere bei etwa 10 Hz . Sofern der Frequenzbereich F oberhalb der Netzfrequenz fO liegt, liegt eine untere Grenzfrequenz des Frequenzbereichs F bei einer Netzfrequenz fO von 50 Hz also vorzugsweise „irgendwo" zwischen 57 Hz und 63 Hz, bei- spielsweise bei 60 Hz. In analoger Weise liegt, sofern der Frequenzbereich F unterhalb der Netzfrequenz fO liegt, eine obere Grenzfrequenz des Frequenzbereichs F bei einer Netzfre- quenz fO von 50 Hz also vorzugsweise „irgendwo" zwischen 37 Hz und 43 Hz, beispielsweise bei 40 Hz. Bei einer Netzfre- quenz fO von 60 Hz müssen zu den genannten Grenzfrequenzen jeweils 10 Hz addiert werden.

Vorzugsweise wird entsprechend der Darstellung in FIG 7 auch die in das Metall 2 bzw. die Metallschmelze 13 einzubringende Leistung P* als Funktion der Zeit t eingestellt, konkret in Abhängigkeit von vom Zustand Z. FIG 7 zeigt die bevorzugte Ausgestaltung, gemäß der die einzubringende Leistung P* wäh- rend der Anfangsphase der Schmelzphase (Zustand Z = 1) einen relativ niedrigen Wert aufweist, während der Endphase der Schmelzphase (Zustand Z = 2) einen relativ hohen Wert auf- weist und während der Flachbadphase (Z = 3) einen Wert zwi- schen dem Wert der Anfangsphase und der Endphase der Schmelzphase aufweist.

Im Schritt S14 ermittelt die Steuereinrichtung 9 eine Be- triebsfrequenz fa für die erste Elektrode 6a. Die Ermittlung erfolgt derart, dass die Betriebsfrequenz fa innerhalb des momentan gültigen Frequenzbereichs F liegt. Die Betriebsfre- quenz fa kann statisch sein. Alternativ kann sie zwar inner- halb des jeweiligen des jeweiligen Zustands Z statisch sein, aber vom Zustand Z abhängen. Wiederum alternativ kann sie - siehe FIG 6 - auch innerhalb des jeweiligen Zustands Z von der Zeit abhängen, beispielsweise vom Prozessfortschritt. In FIG 6 sind für den Zustand Z = 1 mögliche zeitliche Verläufe der Betriebsfrequenz fa sowohl für den Frequenzbereich F oberhalb als auch für den Frequenzbereich F unterhalb der Netzfrequenz fO eingezeichnet. In der Praxis ist natürlich nur eine der beiden Betriebsfrequenzen fa gültig. Im Schritt S 15 ermittelt die Steuereinrichtung 9 eine Be- triebs frequenz fb für die zweite Elektrode 6b . Die Ermittlung erfolgt insofern individuell , als die Betriebs frequenz fb nicht zwangsweise mit der Betriebs frequenz fa übereinstimmen muss . Die Betriebs frequenz fb kann also von der Betriebs fre- quenz fa verschieden sein .

Es ist möglich, dass die Ermittlung des Schrittes S 15 unab- hängig von der Ermittlung des Schrittes S 14 erfolgt . Es kann aber auch eine gewisse Abhängigkeit bestehen . Beispielsweise kann gefordert sein, dass die Betriebs frequenz fb der zweiten Elektrode 6b einen Mindestabstand von der Betriebs frequenz fa der ersten Elektrode 6a einhält . Alternativ kann gefordert sein, dass die Betriebs frequenz fb der zweiten Elektrode 6b innerhalb des momentan gültigen Frequenzbereichs F liegt . Im übrigen sind die Aus führungen zur Ermittlung der Betriebs fre- quenz fa der ersten Elektrode 6a in analoger Weise anwendbar .

Für die dritte Elektrode 6c ist keine Ermittlung einer Be- triebs frequenz mehr möglich . Denn die Betriebsweise der drit- ten Elektrode 6c ist dadurch festgelegt , dass die Ströme I durch die Elektroden 6a, 6b, 6c sich (unter Berücksichtigung des Vorzeichens der Ströme I ) zu j edem Zeitpunkt zu Null er- gänzen müssen .

Im Schritt S 16 ermittelt die Steuereinrichtung 9 die Ansteu- erwerte Al für die Energieversorgungseinrichtung 3 . Die Steu- ereinrichtung 9 berücksichtigt bei der Ermittlung der Ansteu- erwerte Al die Betriebs frequenzen fa, fb der ersten und der zweiten Elektrode 6a, 6b .

Sofern die Steuereinrichtung 9 auch die Positioniereinrich- tung 7 steuert , ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S 17 Positionierungen pa, pb, pc für die erste , die zweite und die dritte Elektrode 6a, 6b, 6c . In diesem Fall ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S 18 die zugehörigen weiteren Ansteuerwerte A2 . Es ist möglich, dass eine einheitliche Be- stimmung für alle Elektroden 6 erfolgt . Ebenso ist es aber auch möglich, dass die Positionierungen pa, pb, pc individu- ell in Abhängigkeit davon erfolgen, ob die jeweilige Elektro- de 6 die erste, die zweite oder die dritte Elektrode 6a, 6b, 6c ist.

Im Schritt S19 steuert die Steuereinrichtung 9 die Energie- versorgungseinrichtung 3 entsprechend den ermittelten Ansteu- erwerten Al an. Sofern die Steuereinrichtung 9 auch die Posi- tioniereinrichtung 7 steuert, steuert die Steuereinrichtung 9 im Schritt S19 auch die Positioniereinrichtung 7 mit den wei- teren Ansteuerwerten A2 an.

Im Schritt S20 prüft die Steuereinrichtung 9, ob der jeweili- ge Zyklus des Betriebs des Lichtbogenofens abgeschlossen ist, d.h. das Metall 2 vollständig zu der Metallschmelze 13 ge- schmolzen ist und weiterhin die Metallschmelze 13, soweit er- forderlich, weiter aufgeheizt ist. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt S3 über. Anderen- falls geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt Sil zurück.

FIG 8 zeigt eine Möglichkeit zur Bestimmung der Betriebsfre- quenz fa der ersten Elektrode 6a während der Schmelzphase. Die Abhängigkeit gemäß FIG 8 kann alternativ während der ge- samten Schmelzphase oder nur während der Anfangsphase oder der Endphase der Schmelzphase bestehen. Gemäß FIG 8 bestimmt die Steuereinrichtung 9 die Betriebsfrequenz fa der ersten Elektrode 6a in Abhängigkeit von der Größe G der mittels der ersten Elektrode 6 einzuschmelzenden Stücke des Metalls 2. Insbesondere kann die Betriebsfrequenz fa der ersten Elektro- de 6a mit zunehmender Größe G der Stücke des Metalls 2 mono- ton oder streng monoton abnehmen. Die Betriebsfrequenz fa der ersten Elektrode 6a wird also während der Schmelzphase vor- zugsweise derart bestimmt, dass sie umso kleiner ist, je grö- ßer die mittels der ersten Elektrode 6a einzuschmelzenden Stücke des Metalls 2 sind. Eine analoge Vorgehensweise kann natürlich auch für die zweite Elektrode 6b und deren Be- triebsfrequenz fb ergriffen werden. Im Falle der Vorgehens- weise gemäß FIG 8 können sich - je nach Größe G der Stücke des Metalls 2 - unterschiedliche oder gleiche Betriebs fre- quenzen fa, fb ergeben . Als Größe G kann beispielsweise ein statistischer Mittelwert der Größen der einzelnen Stücke des Metalls 2 verwertet werden . Alternativ kann ein Extremwert (Minimum oder Maximum) verwertet werden .

Die den Elektroden 6 zugeführten elektrischen Energien - also das Integral der den Elektroden 6 zugeführten elektrischen Leistungen - wird von der Steuereinrichtung 9 vorzugsweise derart bestimmt , dass die Elektroden 6 im zeitlichen Mittel j eweils die gleiche Energiemenge in das Metall 2 bzw . die Me- tallschmel ze 13 einbringen . Das zeitliche Mittel wird hierbei nicht über eine einzelne Periode der j eweiligen Betriebs fre- quenz fa, fb gebildet , sondern über eine Viel zahl von Perio- den . Besonders bevorzugt ist eine Mittelung über eine j ewei- lige Betriebsphase des Lichtbogenofens , also entweder über die Anfangsphase der Schmel zphase , die Endphase der Schmel zphase und die Flachbadphase oder über die Schmel zphase und die Flachbadphase .

Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf . Insbeson- dere kann der Betrieb des Lichtbogenofens flexibel an die Be- dürfnisse des Einzel falls angepasst werden . Weiterhin kann oftmals die für das Erzeugen einer bestimmten Menge einer Me- tallschmel ze 13 benötigte spezi fische Energie (beispielsweise Kilowattstunden pro Tonne ) verringert werden und kann oftmals auch die Zyklus zeit reduziert werden .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Aus füh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele einge- schränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus ab- geleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu ver- lassen . Bezugs zeichenliste

1 Ofengefäß

2 Metall

3 Energie Versorgungseinrichtung

4 Versorgungsnetz

5 Ofentrans formator

6 Elektroden

7 Positioniereinrichtung

8 Doppelpfeil

9 Steuereinrichtung

10 Steuerprogramm

11 Maschinencode

12 Lichtbögen

13 Metalls chme l z e

14 Schlackenschicht

15 Bedienperson

A1 , A2 Ans teuerwerte f , f a, fb Betriebs f requenzen f 0 Netz frequenz

F Frequenzbereich

G Größe

I , la, Ib, Ic Elektrodenströme pa, pb, pc Positionierungen p* einzubringende Leistung

S 1 bis S20 Schritte t Zeit

U Elektrodenspannungen

Z Zustand