Bezeichnung der Erfindung

Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfah ren für einen Lichtbogenofen,

- wobei eine Steuereinrichtung des Lichtbogenofens zunächst in einer Schmelzphase und sodann in einer sich an die Schmelzphase anschließenden Flachbadphase eine Energiever sorgungseinrichtung des Lichtbogenofens mit ersten Ansteu erwerten ansteuert, so dass die Energieversorgungseinrich tung elektrische Energie aus einem Versorgungsnetz bezieht und über einen Ofentransformator Elektroden des Lichtbogen ofens zuführt, und weiterhin eine Positioniereinrichtung des Lichtbogenofens mit zweiten Ansteuerwerten ansteuert, so dass die Positioniereinrichtung die Elektroden in der Schmelzphase relativ zu in einem Ofengefäß des Lichtbogen ofens befindlichem stahlhaltigem Material in festem Aggre gatszustand positioniert, so dass sich in der Schmelzphase zwischen den Elektroden und dem stahlhaltigen Material Lichtbögen ausbilden, durch welche das stahlhaltige Materi al zu einer Stahlschmelze geschmolzen wird, und in der Flachbadphase relativ zu der Stahlschmelze positioniert, so dass sich in der Flachbadphase zwischen den Elektroden und der Stahlschmelze Lichtbögen ausbilden, durch welche die Stahlschmelze weiter aufgeheizt wird,

- wobei die Steuereinrichtung während der Schmelzphase sowohl die ersten Ansteuerwerte als auch die zweiten Ansteuerwerte derart ermittelt, dass elektrische Kenngrößen der den Elektroden zugeführten elektrischen Energie korrespondie renden Sollgrößen so weit wie möglich angenähert werden,

- wobei die Steuereinrichtung während der Flachbadphase die ersten Ansteuerwerte derart ermittelt, dass die elektri- sehen Kenngrößen den korrespondierenden Sollgrößen so weit wie möglich angenähert werden.

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 einen 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 Steuereinrichtung den Lichtbogenofen gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.

Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Licht bogenofen,

- wobei der Lichtbogenofen ein Ofengefäß aufweist, dem stahl haltiges Material in festem Aggregatszustand zuführbar ist,

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

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

- wobei der Lichtbogenofen eine Positioniereinrichtung auf weist, mittels derer die Elektroden in einer Schmelzphase relativ zum stahlhaltigen Material und in einer sich an die Schmelzphase anschließenden Flachbadphase relativ zu einer durch Schmelzen des stahlhaltigen Materials erzeugten Stahlschmelze positionierbar sind,

- wobei der Lichtbogenofen eine Steuereinrichtung aufweist, von der sowohl in der Schmelzphase als auch in der Flach badphase die Energieversorgungseinrichtung mit ersten An steuerwerten ansteuerbar ist und die Positioniereinrichtung mit zweiten Ansteuerwerten ansteuerbar ist, - wobei die Steuereinrichtung so wie obenstehend erläutert ausgebildet ist.

Stand der Technik

Die genannten Gegenstände sind allgemein bekannt. Beispiels weise kann auf die WO 2015/176 899 Al verwiesen werden. Auch die EP 1026 921 Al und die EP 3124 903 Al können in diesem Zusammenhang genannt werden.

Auch aus der WO 2019/207 611 Al ist ein Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen bekannt. Bei diesem Betriebsverfahren ist die Energieversorgungseinrichtung für die Elektroden des Lichtbogenofens als Zwischenkreisumrichter ausgebildet. Der Zwischenkreisumrichter scheint dem Ofentransformator nachge ordnet zu sein. Die WO 2019/207 611 Al geht nicht näher auf die Positionsregelung der Elektroden ein.

Aus der EP 3124 903 Al ist ein Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen bekannt, bei dem eine Energieversorgungsein richtung für die Elektroden und eine Positioniereinrichtung für die Elektroden gemeinsam in Abhängigkeit von elektrischen Betriebsgrößen des Lichtbogenofens angesteuert werden.

Aus der US 5115 447 A ist ein Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen während der sogenannten Bohrphase bekannt, bei dem die Elektroden einzeln auf Kurzschluss und auf Abriss des Lichtbogens überprüft werden und bei Auftreten eines derarti gen Zustands die Elektrodenposition nachgeführt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Beim Schmelzen von Stahl in einem Lichtbogenofen erfolgt die Zufuhr der elektrischen Energie zu den Elektroden des Licht bogenofens über einen Ofentransformator. Oftmals ist der Ofentransformator über einen Mittelspannungstransformator an das Versorgungsnetz angeschlossen. Der Ofentransformator stellt mehrere Spannungsstufen zur Verfügung. Für den Bereich konstanter Leistung und andere Hochstrombereiche kann die je weilige Spannungsstufe am Ofentransformator 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 Schmelzphase als auch in der Flachbadphase auf.

In der Flachbadphase werden an die Elektroden in der Regel relativ geringe Spannungen angelegt und werden weiterhin die Elektroden relativ nahe an der Oberfläche der Stahlschmelze positioniert. Dadurch stellen sich hohe Ströme ein. Gleich zeitig werden Wärmeverluste zuverlässig über die Schaumschla cke abgeschirmt. Je nach Leistungsniveau des Lichtbogenofens oder bei der Erzeugung bestimmter Stähle (insbesondere von rostfreien Stählen und Edelstählen) werden die Lichtbögen je doch nur teilweise oder gar nicht von der Schaumschlacke ein gehüllt. Dadurch sinkt die Energieeffizienz des Lichtbogen ofens.

Bei der Einstellung der Elektrodenspannung über die Span nungsstufen des Ofentransformators 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 jedoch im Vergleich zu den Veränderungen im elektrischen System des Lichtbogens relativ niedrig ist, verbleiben gewisse Schwankungen, die nicht aus- geregelt werden können. Die Schwankungen werden durch Wellen bewegungen und Strömungen der Stahlschmelze noch vergrößert. Dadurch ist die Energieeinbringung in die Stahlschmelze nicht optimal .

Aus den Dokumenten des Standes der Technik, insbesondere aus der WO 2015/176899 Al und der EP 3124 903 Al und in be grenztem Umfang auch aus der EP 1026 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 Ofentransformators erhebliche Vorteile. Zum einen können die Elektrodenspannungen nicht nur stufen weise, sondern kontinuierlich variiert werden. Zum anderen kann der Ofentransformator einfacher ausgebildet sein, weil er nicht mehrere Spannungsstufen zur Verfügung stellen muss. Weiterhin werden durch diese Ausgestaltungen weitere Arten der Regelung ermöglicht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mög lichkeiten zu schaffen, mittels derer in der Flachbadphase auf einfache und zuverlässige Art und Weise eine schnelle und qualitativ hochwertige Regelung der Lichtbögen möglich ist.

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 8.

Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs ge nannten Art dadurch ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung während der Flachbadphase die zweiten Ansteuerwerte entweder völlig unabhängig von den elektrischen Kenngrößen ermittelt oder nur dann in Abhängigkeit von den elektrischen Kenngrößen ermittelt, wenn die Steuereinrichtung aufgrund der elektri schen Kenngrößen die Gefahr eines Lichtbogenabrisses und/oder eines Kurzschlusses erkennt. Die ersten Ansteuerwerte werden von der Steuereinrichtung während der Flachbadphase also - so wie im Stand der Technik auch - derart ermittelt, dass die elektrischen Kenngrößen den korrespondierenden Sollgrößen so weit wie möglich angenähert werden. Die zweiten Ansteuerwerte hingegen werden - außer bei Gefahr von besonderen Betriebszuständen, die unbedingt ver mieden werden müssen - unabhängig von den elektrischen Kenn größen ermittelt. Im Ergebnis erfolgt somit das Nachführen der Elektrodenspannungen und der Elektrodenströme ausschließ lich durch Anpassung der Ansteuerung der Energieversorgungs einrichtung .

Die elektrischen Kenngrößen der elektrischen Energie, die den Elektroden zugeführt wird, können nach Bedarf bestimmt sein. Beispielsweise können die elektrischen Kenngrößen die Elekt rodenströme sein. Als Elektrodenströme kommen insbesondere die Wirkströme in Frage. Im Einzelfall können die elektri schen Kenngrößen aber auch die Blindströme und/oder die Scheinströme sein. Alternativ können die elektrischen Kenn größen die elektrischen Leistungen sein. Als Leistungen kom men insbesondere die Wirkleistungen in Frage. Im Einzelfall können die elektrischen Kenngrößen aber auch die Blindleis tungen und/oder die Scheinleistungen sein.

Die an die Elektroden angelegten Spannungen und damit auch die den Elektroden zugeführten Ströme sind in aller Regel Wechselgrößen, also Wechselspannungen und Wechselströme. Wechselgrößen können durch ihre Amplitude, ihre Frequenz und ihren Verlauf während einer Periode (beispielsweise sinusför mig, dreieckförmig, sägezahnförmig, rechteckförmig usw.) cha rakterisiert werden. Der zeitliche Verlauf ist vorzugsweise sinusförmig .

Die Amplitude muss stets geeignet eingestellt werden. Die Frequenz kann in manchen Fällen konstant gehalten werden. In anderen Fällen ist es aber vorzuziehen, dass die Steuerein richtung während der Flachbadphase die ersten Ansteuerwerte derart ermittelt, dass zum Annähern der elektrischen Kenngrö- ßen an die korrespondierenden Sollgrößen auch eine Frequenz von den Elektroden zugeführten Elektrodenströmen und/oder von an die Elektroden angelegten Elektrodenspannungen variiert wird. Diese Vorgehensweise bietet eine größere Flexibilität bei der Optimierung des Betriebs des Lichtbogenofens.

Vorzugsweise ist die Frequenz der den Elektroden zugeführten Elektrodenströme und/oder der an die Elektroden angelegten Elektrodenspannungen in der Flachbadphase kleiner als eine Basisfrequenz des Versorgungsnetzes. Diese Vorgehensweise hat sich in Versuchen als besonders vorteilhaft erwiesen.

Zu Beginn der Flachbadphase sind die Elektroden von der Ober fläche der Stahlschmelze beabstandet. Demzufolge weisen die Lichtbögen zu Beginn der Flachbadphase eine Basislänge auf.

In manchen Situationen ist es vorteilhaft, dass die Steuer einrichtung die Elektroden während der Flachbadphase auf die Stahlschmelze zu verfährt, so dass die Lichtbögen nach dem Verfahren auf die Stahlschmelze zu nur noch eine Restlänge aufweisen, die kleiner als die Basislänge ist. Um die Gefahr eines Kurzschluss zu vermeiden, sollte eine gewisse Mindest länge aber nicht unterschritten werden. Aus diesem Grund be trägt die Restlänge vorzugsweise mindestens 20 % der Basis länge.

Die Basislänge kann anhand der elektrischen Kenngrößen, wie sie zu Beginn der Flachbadphase vorliegen, ermittelt bzw. zu mindest abgeschätzt werden. Es ist möglich, dass diese Er mittlung/Abschätzung intellektuell durch eine Person erfolgt. Vorzugsweise aber erfolgt sie durch die Steuereinrichtung.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung, dass die Steuereinrichtung einen Lichtbogenofen gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt. Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Steuerpro gramm programmiert, so dass die Steuereinrichtung den Licht bogenofen gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren be treibt.

Die Aufgabe wird weiterhin durch einen Lichtbogenofen mit den Merkmalen des Anspruchs 11 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 Ausführungsbei 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 Schmelzphase,

FIG 3 ein Ablaufdiagramm,

FIG 4 die Wirkungsweise einer Steuereinrichtung in der

Schmelzphase,

FIG 5 das Ofengefäß während einer Flachbadphase,

FIG 6 die Wirkungsweise der Steuereinrichtung in der

Flachbadphase,

FIG 7 eine Modifikation von FIG 6,

FIG 8 ein Ablaufdiagramm,

FIG 9 einen Ermittlungsblock,

FIG 10 einen Ermittlungsblock und einen Ergänzungsblock,

FIG 11 ein Zeitdiagramm,

FIG 12 eine Modifikation von FIG 5,

FIG 13 ein Zeitdiagramm und

FIG 14 ein Ablaufdiagramm. Beschreibung der Ausführungsformen

Gemäß FIG 1 weist ein Lichtbogenofen ein Ofengefäß 1 auf. Dem Ofengefäß 1 kann - siehe FIG 2 - stahlhaltiges Material 2 zu geführt werden. Das stahlhaltige Material 2 wird dem Ofenge fäß 1 in festem Aggregatszustand zugeführt. Es kann sich bei dem stahlhaltigen Material 2 beispielsweise um Schrott han deln.

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 Basisfrequenz fO (siehe FIG 11) betrieben wird. Die Basisfrequenz fO 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 Ofentransformator 5 und Elektroden 6 auf. Die Energieversorgungseinrichtung 3 ist ausgangsseitig über den Ofentransformator 5 mit den Elektro den 6 verbunden. In der Regel sind entsprechend der Darstel lung in FIG 1 mehrere Elektroden 6 vorhanden und ist weiter hin der Ofentransformator 5 als Drehstromtransformator ausge bildet. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen möglich, insbesondere eine einphasige Ausgestaltung. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung liegen an die Elektroden 6 ange legte Elektrodenspannungen U jedoch deutlich unterhalb der Nennspannung des Versorgungsnetzes 4. Die Elektrodenspannung U ist in FIG 1 nur für eine der Elektroden 6 dargestellt. Meist liegen die Elektrodenspannungen U im Bereich von mehre ren 100 V. Im Einzelfall sind auch Spannungen oberhalb von 1 kV möglich. 2 kV werden in aller Regel aber nicht überschrit ten.

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 Ofentransformator 5 und/oder der Ofen transformator 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 transformators 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 Ofentransformator 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 2015/176899 Al („Goldstandard") beschrieben. Alterna tiv können beispielsweise auch die Ausgestaltungen gemäß der EP 3124 903 Al oder der EP 1026 921 Al verwendet werden. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Energieversor gungseinrichtung 3 ist die Energieversorgungseinrichtung 3 jedoch in der Lage, ausgangsseitig - also zum Ofentransforma 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.

Weiterhin weist der Lichtbogenofen eine Positioniereinrich tung 7 auf. Mittels der Positioniereinrichtung 7 können die Elektroden 6, wie in FIG 1 durch einen Doppelpfeil 8 neben einer der Elektroden 6 angedeutet ist, positioniert werden.

Im einfachsten Fall erfolgt eine gemeinsame Positionierung der Elektroden 6. Es kann aber auch eine individuelle Positi onierung der Elektroden 6 erfolgen. Die Bewegungsrichtung, in welcher die Elektroden 6 positioniert werden, kann vertikal sein. Alternativ kann die Bewegungsrichtung auch gegenüber der Vertikalen leicht geneigt sein. Auch in diesem Fall aber ist die Komponente in Vertikalrichtung die dominierende Kom ponente der Bewegung. Die Positioniereinrichtung 7 kann bei spielsweise eine oder mehrere Hydraulikzylindereinheiten auf weisen.

Schließlich weist der Lichtbogenofen eine Steuereinrichtung 9 auf. Von der Steuereinrichtung 9 werden (zumindest) die Ener gieversorgungseinrichtung 3 und die Positioniereinrichtung 7 gesteuert. Die Steuereinrichtung 9 generiert also erste An steuerwerte Al, mit denen sie die Energieversorgungseinrich tung 3 ansteuert, und zweite Ansteuerwerte A2, mit denen sie die Positioniereinrichtung 7 ansteuert. Entsprechend den je weiligen Ansteuerwerten Al, A2 werden die Energieversorgungs einrichtung 3 und die Positioniereinrichtung 7 betrieben.

Die Steuereinrichtung 9 ist als softwareprogrammierbare Steu ereinrichtung ausgebildet. Dies ist in FIG 1 durch die Angabe ,,mR" (für mikroprozessorgesteuert) angedeutet. Die Wirkung- und Betriebsweise der Steuereinrichtung 9 wird also 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.

Zunächst wird das Ofengefäß 1 gemäß FIG 3 in einem Schritt S1 mit dem stahlhaltigen Material 2 beschickt. Dieser Vorgang kann, nicht aber muss, unter Steuerung durch die Steuerein richtung 9 erfolgen. Der Schritt S1 ist daher in FIG 3 nur gestrichelt dargestellt. An das Beschicken mit dem stahlhaltigen Material 2 schließt sich eine Schmelzphase des Lichtbogenofens an. Die Schmelzphase umfasst Schritte S2 bis S4. An die Schmelzphase schließt sich eine Flachbadphase an. Die Flachbadphase um fasst Schritte S5 bis S7.

In der Schmelzphase ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S2 die ersten Ansteuerwerte Al für die Energieversor gungseinrichtung 3 und die zweiten Ansteuerwerte A2 für die Positioniereinrichtung 7. Die Ermittlung erfolgt gemäß FIG 4 in entsprechenden Ermittlungsblöcken 12 und 13. Im Schritt S3 steuert die Steuereinrichtung 9 die Energieversorgungsein richtung 3 und die Positioniereinrichtung 7 entsprechend den ermittelten Ansteuerwerten Al, A2 an.

Die Ermittlung der ersten Ansteuerwerte Al erfolgt derart, dass die Energieversorgungseinrichtung 3 aufgrund der ent sprechenden Ansteuerung elektrische Energie aus dem Versor gungsnetz 4 bezieht und über den Ofentransformator 5 den Elektroden 6 zuführt. Die Ermittlung der zweiten Ansteuerwer te A2 erfolgt derart, dass die Positioniereinrichtung 7 die Elektroden 6 relativ zu in dem stahlhaltigem Material 2 posi tioniert. Die Ermittlung der ersten Ansteuerwerte Al und der zweiten Ansteuerwerte A2 durch die Steuereinrichtung 9 ist derart aufeinander abgestimmt, dass sich zwischen den Elekt roden 6 und dem stahlhaltigen Material 2 Lichtbögen 14 (siehe FIG 2) ausbilden. Durch die Lichtbögen 14 wird das stahlhal tige Material 2 geschmolzen und so nach und nach eine Stahl schmelze 15 (FIG 5) erzeugt.

Zur Ermittlung der ersten Ansteuerwerte Al und der zweiten Ansteuerwerte A2 werden der Steuereinrichtung 9 gemäß FIG 4 Kenngrößen U, I, P der den Elektroden 6 zugeführten elektri schen Energie zugeführt. Die Kenngrößen U, I, P können bei spielsweise die Elektrodenspannungen U und/oder die Elektro denströme I und/oder daraus abgeleitete Werte sein. Ein abge leiteter Wert ist beispielsweise die momentane Leistung P (= das Produkt von Elektrodenspannung U und Elektrodenstrom I). Ein weiterer abgeleiteter Wert kann sich aus dem zeitlichen Verlauf von Elektrodenspannungen U und Elektrodenströmen I ergeben. Derartige Werte sind beispielsweise der Wirkstrom, die Wirkleistung, die Scheinleistung, Blindstrom und die Blindleistung. Die Kenngrößen können alternativ für die Ge samtheit der Elektroden 6 oder individuell für die jeweilige Elektrode 6 gegeben sein oder abgeleitet werden. Zur Ermitt lung der ersten Ansteuerwerte Al und der zweiten Ansteuerwer te A2 werden der Steuereinrichtung 9 weiterhin Sollgrößen U*, I*, P* für die Kenngrößen U, I, P zugeführt, beispielsweise Sollgrößen U*, I* für die Elektrodenspannungen U und/oder die Elektrodenströme I oder andere geeignete Sollgrößen (bei spielsweise eine Sollgröße P* für die Leistung P). Sowohl die Kenngrößen U, I, P als auch die Sollgrößen U*, I*, P* werden in der Schmelzphase beiden Ermittlungsblöcken 12, 13 zuge führt.

Anhand der Kenngrößen U, I, P und der zugehörigen Sollgrößen U*, I*, P* ermittelt die Steuereinrichtung 9 die ersten An steuerwerte Al und die zweiten Ansteuerwerte A2. Die Ermitt lung erfolgt in beiden Ermittlungsblöcken 12, 13 derart, dass die elektrischen Kenngrößen U, I, P den korrespondierenden Sollgrößen U*, I*, P* so weit wie möglich angenähert werden. Diese Vorgehensweise und damit die Implementierung des Schrittes S2 ist Fachleuten allgemein bekannt. Sie muss daher nicht näher erläutert werden.

Im Schritt S4 prüft die Steuereinrichtung 9, ob die Schmelzphase beendet ist. Beendet ist die Schmelzphase, wenn die Stahlschmelze 15 entsprechend der Darstellung in FIG 5 vollständig oder zumindest im wesentlichen eine durchgehende horizontale Oberfläche gebildet hat. Es ist also entweder das stahlhaltige Material 2 vollständig geschmolzen oder die noch nicht geschmolzenen Elemente des stahlhaltigen Materials 2 befinden sich vollständig unter der Oberfläche der Stahl schmelze 15 oder die noch nicht geschmolzenen Elemente des stahlhaltigen Materials 2 ragen nur noch unwesentlich über die Oberfläche der Stahlschmelze 15 hinaus. Weiterhin kann sich auf der Oberfläche der Stahlschmelze 15 eine Schlacken schicht 16 gebildet haben.

Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 9 im Rahmen der Prüfung, ob die Schmelzphase beendet ist, messtechnisch er fasste Istgrößen des Lichtbogenofens auswertet. Beispielswei se ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 9 die Elektro denströme I und/oder die Elektrodenspannungen U auswertet, insbesondere deren Schwankungen. Auch kann die Steuereinrich tung 9 akustische Größen des Lichtbogenofens auswerten, bei spielsweise den Geräuschpegel oder das akustische Spektrum des erzeugten Geräuschs. Alternativ ist es möglich, dass der Steuereinrichtung 9 von einer Bedienperson (nicht darge stellt) vorgegeben wird, dass die Schmelzphase beendet ist.

Wenn die Schmelzphase noch nicht beendet ist, geht die Steu ereinrichtung 9 zum Schritt S2 zurück. Wenn die Schmelzphase hingegen beendet ist, geht die Steuereinrichtung 9 zur Flach badphase und damit zum Schritt S5 über.

In der Flachbadphase ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S5 die ersten Ansteuerwerte Al für die Energieversor gungseinrichtung 3 und die zweiten Ansteuerwerte A2 für die Positioniereinrichtung 7. Im Schritt S6 steuert die Steuer einrichtung 9 die Energieversorgungseinrichtung 3 und die Po sitioniereinrichtung 7 entsprechend den ermittelten Ansteuer werten Al, A2 an.

Die Ermittlung der ersten Ansteuerwerte Al erfolgt derart, dass die Energieversorgungseinrichtung 3 aufgrund der ent sprechenden Ansteuerung elektrische Energie aus dem Versor gungsnetz 4 bezieht und über den Ofentransformator 5 den Elektroden 6 zuführt. Die Ermittlung der zweiten Ansteuerwer te A2 erfolgt derart, dass die Positioniereinrichtung 7 die Elektroden 6 relativ zu der Stahlschmelze 15 positioniert. Insoweit stimmt die Vorgehensweise der Schritte S5 und S6 mit der Vorgehensweise der Schritte S2 und S3 überein. Die Vorgehensweise der Schritte S5 und S6 stimmt auch inso weit mit der Vorgehensweise der Schritte S2 und S3 überein, dass die ersten Ansteuerwerte Al und die zweiten Ansteuerwer te A2 derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich Lichtbö gen 14 ausbilden. Die Lichtbögen 14 bilden sich in der Flach badphase jedoch entsprechend der Darstellung in FIG 5 zwi schen den Elektroden 6 und der Stahlschmelze 15 aus. Durch die Lichtbögen 14 wird die Stahlschmelze 15 weiter aufge heizt.

Der Steuereinrichtung 6 werden gemäß FIG 6 auch weiterhin die Kenngrößen U, I, P der den Elektroden 6 zugeführten elektri schen Energie und die zugehörigen Sollgrößen U*, I*, P* zuge führt. Die Kenngrößen U, I, P und die zugehörigen Sollgrößen U*, I*, P* werden innerhalb der Steuereinrichtung 9 jedoch nur dem Ermittlungsblock 12 zugeführt. Somit ermittelt die Steuereinrichtung 9 weiterhin die ersten Ansteuerwerte Al derart, dass die elektrischen Kenngrößen U, I, P den korres pondierenden Sollgrößen U*, I*, P* so weit wie möglich ange nähert werden.

Der Ermittlungsblock 13 ist in der Flachbadphase hingegen de aktiviert. Stattdessen ist gemäß FIG 6 ein Ermittlungsblock 17 aktiviert. Mittels des Ermittlungsblocks 17 ermittelt die Steuereinrichtung 9 in der Flachbadphase die zweiten Ansteu erwerte A2. Insbesondere ist es möglich, dass die Steuerein richtung 9 die zweiten Ansteuerwerte A2 entsprechend der Dar stellung in FIG 3 völlig unabhängig von den elektrischen Kenngrößen U, I, P ermittelt. In diesem Fall ist es möglich, dass dem Ermittlungsblock 17 entsprechend der Darstellung in FIG 6 die elektrischen Kenngrößen U, I, P überhaupt nicht zu geführt werden. Stattdessen kann die Steuereinrichtung 9 die zweiten Ansteuerwerte A2 aufgrund einer anderweitigen inter nen Ermittlung oder aufgrund externer Vorgaben V (beispiels weise von Vorgaben, die von einer Bedienperson stammen) er mitteln. Im Schritt S7 prüft die Steuereinrichtung 9, ob die Flach badphase beendet ist. Es ist möglich, dass die Steuereinrich tung 9 im Rahmen der Prüfung, ob die Flachbadphase beendet ist, messtechnisch erfasste Istgrößen des Lichtbogenofens auswertet. Alternativ ist es möglich, dass der Steuereinrich tung 9 von der Bedienperson vorgegeben wird, dass die Flach badphase beendet ist.

Wenn die Flachbadphase noch nicht beendet ist, geht die Steu ereinrichtung 9 zum Schritt S5 zurück. Wenn die Flachbadphase hingegen beendet ist, geht die Steuereinrichtung 9 zu einem Schritt S8 über. Im Schritt S8 wird die erzeugte Stahlschmel ze 15 aus dem Ofengefäß 1 entnommen, beispielsweise in eine Pfanne (nicht dargestellt) gegossen. Dieser Vorgang kann, nicht aber muss, unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 9 erfolgen. Der Schritt S8 ist daher in FIG 3 - analog zum Schritt S1 - nur gestrichelt dargestellt.

Mit der Ausführung des Schrittes S8 ist ein vollständiger Zyklus im Betrieb des Lichtbogenofens abgeschlossen. Es kann daher, beginnend mit dem Schritt Sl, ein neuer Zyklus begon nen werden.

In der einfachsten Ausgestaltung erfolgt die Ermittlung der zweiten Ansteuerwerte, wie bereits erwähnt, unabhängig von den elektrischen Kenngrößen U, I, P. Alternativ ist es mög lich, dass die zweiten Ansteuerwerte A2 von dem Ermittlungs block 17 zwar im Regelfall unabhängig von den elektrischen Kenngrößen U, I, P ermittelt werden, unter besonderen Umstän den aber doch berücksichtigt werden. In diesem Fall werden dem Ermittlungsblock 17 entsprechend der Darstellung in FIG 7 die entsprechenden elektrischen Kenngrößen U, I, P zugeführt. Ein Zuführen auch der korrespondierenden Sollgrößen U*, I*,

P* ist hingegen nicht erforderlich.

Der Ermittlungsblock 17 (und, weil der Ermittlungsblock 17 Bestandteil der Steuereinrichtung 9 ist, im Ergebnis damit die Steuereinrichtung 9) prüft in diesem Fall, ob die elektrischen Kenngrößen U, I, P vorbestimmte Bedingungen er füllen oder nicht. Insbesondere prüft der Ermittlungsblock 17 in diesem Fall, ob er anhand der elektrischen Kenngrößen U,

I, P die Gefahr eines Lichtbogenabrisses und/oder eines Kurz schlusses erkennt. Nur dann berücksichtigt der Ermittlungs block 17 bei der Ermittlung der zweiten Ansteuerwerte A2 die elektrischen Kenngrößen U, I, P. Auch in diesem Fall erfolgt die Berücksichtigung aber nur so lange, wie die Gefahr eines Lichtbogenabrisses und/oder eines Kurzschlusses besteht. Be steht die Gefahr nicht mehr, erfolgt auch die Ermittlung der zweiten Ansteuerwerte A2 wieder unabhängig von den elektri schen Kenngrößen U, I, P. Dies wird nachstehend in Verbindung mit FIG 8 näher erläutert.

FIG 8 zeigt die Vorgehensweise in der Flachbadphase. Die Vor gehensweise in der Schmelzphase kann unverändert sein.

Gemäß FIG 8 geht die Steuereinrichtung 9 vom Schritt S4 aus zunächst zu einem Schritt Sil über. Im Schritt Sil prüft die Steuereinrichtung 9, ob sie die Gefahr eines Lichtbogenabris ses erkennt. Im Rahmen der Prüfung des Schrittes Sil wertet die Steuereinrichtung 9 die elektrischen Kenngrößen U, I, P aus. Erkennt die Steuereinrichtung 9 die Gefahr eines Licht bogenabrisses, geht sie zu einem Schritt S12 über. Im Schritt S12 ermittelt die Steuereinrichtung 9 die ersten Ansteuerwer te Al und die zweiten Ansteuerwerte A2 dahingehend, dass der Gefahr des Lichtbogenabrisses entgegengewirkt wird. Bei spielsweise kann die Steuereinrichtung 9 die ersten Ansteuer werte Al dahingehend variieren, dass die Elektrodenspannungen U erhöht werden, und die zweiten Ansteuerwerte A2 dahingehend variieren, dass die Elektroden 6 in Richtung auf die Stahl schmelze 15 zu abgesenkt werden.

Erkennt die Steuereinrichtung 9 im Schritt Sil nicht die Ge fahr eines Lichtbogenabrisses, geht die Steuereinrichtung 9 zu einem Schritt S13 über. Im Schritt S13 prüft die Steuer einrichtung 9, ob sie die Gefahr eines Kurzschlusses erkennt. Im Rahmen der Prüfung des Schrittes S13 wertet die Steuerein- richtung 9 ebenfalls die elektrischen Kenngrößen U, I, P aus. Erkennt die Steuereinrichtung 9 die Gefahr eines Kurzschlus ses, geht sie zu einem Schritt S14 über. Im Schritt S14 er mittelt die Steuereinrichtung 9 die ersten Ansteuerwerte Al und die zweiten Ansteuerwerte A2 dahingehend, dass der Gefahr des Kurzschlusses entgegengewirkt wird. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 9 die ersten Ansteuerwerte Al dahinge hend variieren, dass die Elektrodenspannungen U verringert werden, und insbesondere die zweiten Ansteuerwerte A2 dahin gehend variieren, dass die Elektroden 6 in Richtung von der Stahlschmelze 15 weg angehoben werden.

Erkennt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S13 nicht die Ge fahr eines Kurzschlusses, geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt S5 über. Im Schritt S5 erfolgt die Ermittlung der ersten Ansteuerwerte Al und der zweiten Ansteuerwerte A2 so, wie dies bereits in Verbindung mit FIG 6 erläutert wurde.

Unabhängig davon, ob die Steuereinrichtung 9 den Schritt S12, den Schritt S14 oder den Schritt S5 ausgeführt hat, geht die Steuereinrichtung 9 als nächstes zum Schritt S6 über, in dem sie die Energieversorgungseinrichtung 3 und die Positionier einrichtung 4 entsprechend den ermittelten ersten und zweiten Ansteuerwerten Al, A2 ansteuert. Sodann geht die Steuerein richtung zum Schritt S7 über. Von dort aus wird entweder zum Schritt S8 übergegangen oder die Steuereinrichtung 9 geht zum Schritt Sil zurück.

Die Kenngrößen U, I, P können auf verschiedene Art und Weise gewählt werden. Beispielsweise ist es gemäß der Darstellung in FIG 9 möglich, dass - zumindest während der Flachbadphase - die elektrischen Kenngrößen U, I, P die Elektrodenströme I sind. Alternativ ist es gemäß der Darstellung in FIG 10 mög lich, dass - zumindest während der Flachbadphase - die elektrischen Kenngrößen U, I, P die elektrischen Leistungen P sind. In diesem Fall kann beispielsweise dem Ermittlungsblock 12 ein Ergänzungsblock 18 vorgeordnet sein. Dem Ergänzungs block 18 können in diesem Fall beispielsweise die Elektroden- Spannungen U und die Elektrodenströme I zugeführt werden. Der Ergänzungsblock 18 ermittelt in diesem Fall beispielsweise instantan die momentane Leistung oder über eine Periode der Elektrodenspannungen U die mittlere elektrische Leistung und gibt den ermittelten Wert als elektrische Kenngröße P an den Ermittlungsblock 12 aus.

Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 9 während der Flachbadphase die ersten Ansteuerwerte Al derart ermittelt, dass eine Frequenz f der Elektrodenspannungen U (bzw. hiermit korrespondierend eine Frequenz f der Elektrodenströme I) va riiert wird. Dies ist in FIG 11 dadurch angedeutet, dass eine korrespondierende Periodendauer T variiert wird. Das Variie ren der Periodendauer T und hiermit korrespondierend der Fre quenz f ist in FIG 11 durch einen Doppelpfeil 19 angedeutet. Es erfolgt zu dem Zweck, die elektrischen Kenngrößen U, I, P an die korrespondierenden Sollgrößen U*, I*, P* anzunähern.

Das Variieren der Frequenz f erfolgt vorzugsweise in einem Bereich, der zwischen 70 % und 90 % der Basisfrequenz fO liegt, insbesondere zwischen 75 % und 85 % der Basisfrequenz fO.

Zu Beginn der Flachbadphase, wenn also die Steuereinrichtung 9 vom Schritt S4 zum Schritt S5 übergeht (bzw. im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 8 zum Schritt Sil übergeht), weisen die Lichtbögen 14 gemäß der Darstellung in FIG 5 eine Basis länge L0 auf. In manchen Fällen ist es von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung 9 die Elektroden 6 während der Flachbadpha se auf die Stahlschmelze 15 zu verfährt. Nach dem Verfahren auf die Stahlschmelze 15 zu weisen die Lichtbögen 14 gemäß FIG 12 nur noch eine Restlänge LR auf. Die Restlänge LR ist kleiner als die Basislänge L0. Sie sollte aber entsprechend der Darstellung in FIG 13 mindestens 20 % der Basislänge L0 betragen .

Die Basislänge L0 kann der Steuereinrichtung 9 auf verschie dene Art und Weise bekannt werden. Beispielsweise kann die Basislänge L0 der Steuereinrichtung 9 von der Bedienperson vorgegeben werden. Alternativ ist es möglich, dass die Steu ereinrichtung 9 entsprechend der Darstellung in FIG 14 unmit telbar nach dem Schritt S4 zunächst einen Schritt S21 aus führt. In diesem Fall ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S21 die Basislänge L0 anhand der elektrischen Kenn größen U, I, P, wie sie zu Beginn der Flachbadphase vorlie gen. Entsprechende Vorgehensweisen sind Fachleuten bekannt. Der Schritt S21 wird, falls er vorhanden ist, nur einmal aus geführt. Er ist also nicht in die Schleife der Schritte S5 bis S7 mit eingebunden. Dies gilt in analoger Weise auch, wenn die Schritte Sil bis S14 vorhanden sind.

Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 9 die Restlänge LR anhand der Basislänge L0 ermittelt. Alternativ ist es mög lich, dass die Steuereinrichtung 9 nur einen minimal zulässi gen Wert für die Restlänge LR ermittelt oder der Steuerein richtung 9 ein entsprechender minimal zulässiger Wert für die Restlänge LR vorgegeben ist. In diesem Fall ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 9 das Verfahren der Elektroden 6 beibehält, bis die Steuereinrichtung 9 aufgrund einer Auswer tung der Kenngrößen U, I, P einen optimierten Betrieb des Lichtbogenofens erkennt oder die Restlänge RL den minimal zu lässigen Wert erreicht. Unabhängig von der konkret ergriffe nen Vorgehensweise ist der Schritt S5 in diesem Fall derart implementiert, dass die ersten Ansteuerwerte Al so wie be reits erläutert ermittelt werden, die zweiten Ansteuerwerte A2 aber derart ermittelt werden, dass die Länge der Lichtbö gen 14, ausgehend von der Basislänge L0, reduziert wird.

Durch das Verringern der Länge der Lichtbögen 14 auf die Restlänge LR kann in manchen Betriebszuständen des Lichtbo genofens die Energieeffizienz des Lichtbogenofens verbessert werden.

Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson dere aber kann die mechanische Belastung der Positionierein richtung 7 reduziert werden und kann weiterhin die Energieef fizienz beim Betrieb des Lichtbogenofens verbessert werden. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus ab- geleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu ver lassen.

Bezugszeichenliste

1 Ofengefäß

2 stahlhaltiges Material

3 EnergieVersorgungseinrichtung

4 Versorgungsnetz

5 Ofentransformator

6 Elektroden 7 Positioniereinrichtung

8, 19 Doppelpfeile

9 Steuereinrichtung

10 Steuerprogramm 11 Maschinencode

12, 13, 17 Ermittlungsblöcke

14 Lichtbögen

15 Stahlschmelze

16 Schlackenschicht 18 Ergänzungsblock

Al, A2 Ansteuerwerte f Frequenz fO Basisfrequenz

I Elektrodenströme

L0 Basislänge

LR Restlänge

P elektrische Leistungen

S1 bis S21 Schritte

T Periodendauer

U Elektrodenspannungen

U, I, P Kenngrößen U*, I*, P* Sollgrößen V Vorgaben