Bezeichnung der Erfindung

Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen, wobei während einer Schmel zphase in einem Ofengefäß des Lichtbogenofens befindliches Metall geschmol zen wird, wobei eine Steuereinrichtung des Lichtbogenofens

- anhand elektrischer Sollgrößen von den Elektroden zuzuführender elektrischer Energie vorläufige Spannungssollwerte ermittelt , so dass bei Anlegen von mit den vorläufigen Spannungssollwerten korrespondierenden Spannungen an die Elektroden erste elektrische I stgrößen von den Elektroden zugeführter elektrischer Energie den elektrischen Sollgrößen so weit wie möglich angenähert werden, und

- eine Energieversorgungseinrichtung des Lichtbogenofens basierend auf endgültigen Spannungssollwerten ansteuert , so dass mit den endgültigen Spannungssollwerten korrespondierende Spannungen an die Elektroden angelegt werden, so dass die Energieversorgungseinrichtung elektrische Energie aus einem Versorgungsnetz bezieht und über einen Ofentrans formator den Elektroden zuführt .

Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Steuerprogramm 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 Steuereinrichtung 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 Lichtbogenofen,

- wobei der Lichtbogenofen ein Ofengefäß aufweist , dem Metall zuführbar ist ,

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

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

- wobei der Lichtbogenofen eine Steuereinrichtung aufweist , von der die Energieversorgungseinrichtung ansteuerbar ist ,

- wobei die Steuereinrichtung so wie obenstehend erläutert ausgebildet ist .

Stand der Technik

Die genannten Gegenstände sind allgemein bekannt . Beispielsweise kann auf die WO 2015/ 176 899 Al verwiesen werden . Auch die EP 1 026 921 Al und die EP 3 124 903 Al können in diesem Zusammenhang genannt werden .

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 formator . Oftmals ist der Ofentrans formator über einen Mittelspannungstrans formator an das Versorgungsnetz angeschlossen . Der Ofentrans formator stellt mehrere Spannungsstufen zur Verfügung . Für den Bereich konstanter Leistung und andere Hochstrombereiche kann die j eweilige Spannungsstufe am Ofentransformator gewählt werden . Eine Feinregelung innerhalb einer bestimmten Spannungsstufe kann beispielsweise mittels einer Impedanzregelung erfolgen . Bei dieser Vorgehensweise sind nur einige wenige Spannungsstufen möglich, und die Elektrodenströme unterliegen starken Schwankungen . Zur Reduzierung der Schwankungen werden die Positionierungen der Elektroden mechanisch geregelt , meist über hydraulische Verstelleinrichtungen . Das mechanische Verstellen der Elektroden weist eine erheblich geringere Dynamik auf als das reale Verhalten der Lichtbögen . Die Schwankungen können daher nur unzureichend ausgeregelt werden . Weiterhin führen die Schwankungen zu erheblichen Belastungen der Bauteile , beispielsweise der Hochstromkabel , der stromführenden Tragarme , der Hydraulikzylinder usw . Die Schwankungen treten sowohl in der Schmel zphase als auch in einer nachfolgenden Flachbadphase auf .

Bei der Einstellung der Elektrodenspannung über die Spannungsstufen 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 ausgeregelt werden können . Dadurch ist die Energieeinbringung in die Metallschmel 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 begrenztem Umfang auch aus der EP 1 026 921 Al , sind Vorgehensweisen bekannt , bei denen die Elektrodenspannungen kontinuierlich eingestellt werden können . Diese Ausgestaltungen bieten gegenüber einer Einstellung der Elektrodenspannung über Spannungsstufen des Ofentrans formators erhebliche Vorteile . Zum einen können die Elektrodenspannungen nicht nur stufenweise , sondern kontinuierlich variiert werden . Zum anderen kann der Ofentrans formator einfacher ausgebildet sein, weil er nicht mehrere Spannungsstufen zur Verfügung stellen muss . Weiterhin werden durch diese Ausgestaltungen weitere Arten der Regelung ermöglicht . Wenn - wie aus dem Stand der Technik bekannt - die Elektrodenspannungen kontinuierlich eingestellt werden können, erfolgt die elektrische Energiezufuhr oftmals mit konstanter Leistung oder konstantem Strom . Die Leistung bzw . der Strom können maximal sein, das heißt so groß wie auslegungsbedingt möglich ( „Energieversorgungseinrichtung, liefere was du kannst" ) . Die an die Elektroden angelegten Spannungen dienen in diesem Fall zur Einstellung der gewünschten Leistung bzw . des gewünschten Stromes . Insbesondere während der Anfangsphase einer Schmel zphase des Lichtbogenofens , wenn sich die Elektroden noch ziemlich weit oben in der Nähe des Deckels des Lichtbogenofens befinden, kann dies dazu führen, dass sich der Lichtbogen von den Elektroden aus gesehen nicht zum Metall , sondern zum Deckel hin bildet . Dies führt nicht nur zu einer deutlich reduzierten Einbringung von Energie in das Metall , sondern darüber hinaus auch zu einem deutlich erhöhten Verschleiß des Deckels bis hin zu bereits nach kurzer Zeit auf tretenden Schäden am Deckel .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaf fen, mittels derer die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können .

Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 5 .

Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet , dass die Steuereinrichtung zumindest während einer Anfangsphase der Schmel zphase die endgültigen Spannungssollwerte durch Begrenzung der vorläufigen Spannungssollwerte auf einen zulässigen Maximalwert ermittelt , wobei der zulässige Maximalwert unterhalb eines möglichen Maximalwertes liegt , der von der Energieversorgungseinrichtung an die Elektroden anlegbar ist . Wenn von der Auslegung der Energieversorgungseinrichtung her gesehen also beispielsweise bis zu 1200 V an die Elektroden angelegt werden können und über die Elektroden 5000 A fließen sollen, so wird im Stand der Technik die Spannung bei Bedarf bis auf die vollen 1200 V ausgeregelt , um den gewünschten Strom von 5000 A einzustellen . Erfindungsgemäß hingegen erfolgt ein derartiges Ausregeln nur bis zu einem Wert unter 1200 V, beispielsweise bis auf maximal 700 V . I st zum Einstellen eines Stromes von 5000 A ein Spannungswert oberhalb von 700 V erforderlich, wird die Abweichung des Stromes von dem eigentlichen gewünschten Wert (= 5000 A) hingenommen . Dadurch wird zwar dem Lichtbogenofen eine geringere Energie zugeführt , die zugeführte Energie wird aber zuverlässig in das Metall eingebracht , das geschmol zen werden soll , nicht aber in Bestandteile des Lichtbogenofens selbst . Die genannten Zahlenwerte von 700 V und 1200 V sowie von 5000 A sind beispielhaft genannte Werte , die der Erläuterung dienen . In der Praxis können auch größere oder kleinere Werte auftreten . Insbesondere der Strom kann oftmals erheblich größer sein .

In der allereinfachsten Ausgestaltung ist der zulässige Maximalwert fest vorgegeben . In diesem Fall ist es möglich, dass der zulässige Maximalwert nur während der Anfangsphase der Schmel zphase berücksichtigt wird, in einem späteren Abschnitt der Schmel zphase hingegen nicht mehr . Alternativ ist es möglich, dass der zulässige Maximalwert während der gesamten Schmel zphase berücksichtigt wird, nicht mehr aber in der nachfolgenden Flachbadphase .

In anderen Ausgestaltungen kann der zulässige Maximalwert dynamisch sein .

Beispielsweise ist es möglich, dass die Steuereinrichtung von einer Bedienperson einen Eingabewert entgegennimmt und dass die Steuereinrichtung den zulässigen Maximalwert in Abhängigkeit von dem Eingabewert ermittelt . Hierbei ist es alternativ möglich, dass der Eingabewert stets den zulässigen Maximalwert bestimmt , dass also bei einem Eingabewert von beispiels- weise „500 V" der zulässige Maximalwert stets ebenfalls 500 V ist . Alternativ ist es möglich, dass der Eingabewert nur im Sinne einer oberen Grenze vorgegeben wird . In diesem Fall kann die Steuereinrichtung den zulässigen Maximalwert zunächst auf andere Art und Weise ermitteln . I st der so ermittelte Wert kleiner als der durch den Eingabewert bestimmte Spannungswert (beispielsweise nur 450 V gegenüber 500 V gemäß Eingabewert ) , wird der von der Steuereinrichtung ermittelte Wert ( 450 V) als zulässiger Maximalwert verwendet . I st der von der Steuereinrichtung ermittelte Wert größer als der durch den Eingabewert bestimmte Spannungswert (beispielsweise 550 V) , wird der durch den Eingabewert bestimmte Spannungswert ( 500 V) als zulässiger Maximalwert verwendet . Auch hier sind die genannten Zahlenwerte von 450 V, 500 V und 550 V rein beispielhaft genannte Werte , die der Erläuterung dienen . In der Praxis können auch größere oder kleinere Werte auftreten .

Eine Vorgabe gemäß einem Eingabewert kann alternativ kontinuierlich oder in Stufen erfolgen .

In einer anderen Ausgestaltung ist es möglich, dass die Steuereinrichtung - alternativ oder zusätzlich zur Berücksichtigung des Eingabewertes - den zulässigen Maximalwert in Abhängigkeit von einer seit Beginn der Schmel zphase gestrichenen Zeitspanne ermittelt . Beispielsweise kann der zulässige Maximalwert zunächst einen relativ niedrigen Wert aufweisen und nach Ablauf einer bestimmten Wartezeit von beispielsweise 5 Minuten in einem Sprung, in mehreren Stufen oder kontinuierlich ( linear oder nichtlinear ) erhöht werden . Der zulässige Maximalwert kann in späteren Abschnitten, d . h . nach zumindest der Anfangsphase der Schmel zphase , bis auf den möglichen Maximalwert (und theoretisch sogar darüber hinaus ) angehoben werden . In diesem Fall ist die erfindungsgemäße Spannungsbegrenzung ab dem Zeitpunkt , zu dem der mögliche Maximalwert erreicht wird, nicht mehr aktiv . Auch die genannte Zeitdauer von 5 Minuten ist nur beispielhaft . In der Praxis können auch größere oder kleinere Werte auftreten . In aller Regel variiert eine Positionierung der Elektroden zeitlich . Die Positionierung der Elektroden kann der Steuereinrichtung bekannt sein . Beispielsweise kann die Steuereinrichtung auch die Positionierung der Elektroden vornehmen oder kann der Steuereinrichtung die Positionierung der Elektroden von außen zugeführt werden . In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, dass die Steuereinrichtung den zulässigen Maximalwert in Abhängigkeit von der Positionierung der Elektroden ermittelt .

Analog zu einer Ermittlung in Abhängigkeit von einer seit Beginn der Schmel zphase gestrichenen Zeitspanne kann auch bei einer Ermittlung in Abhängigkeit von der Positionierung der Elektroden der zulässige Maximalwert zunächst einen relativ niedrigen Wert aufweisen und bei Erreichen bestimmter Positionen, d . h . im Ergebnis in späteren Abschnitten der Schmel zphase , in einem Sprung, in mehreren Stufen oder kontinuierlich ( linear oder nichtlinear ) erhöht werden . Der zulässige Maximalwert kann bis auf den möglichen Maximalwert und sogar darüber hinaus angehoben werden .

In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass die Steuereinrichtung durch Auswertung des zeitlichen Verlaufs zweiter elektrischer I stgrößen der den Elektroden zugeführten elektrischen Energie und/oder durch Auswertung akustischer I stgrößen des Lichtbogenofens einen Fortschritt des Schmel zens des Metalls in dem Lichtbogenofen ermittelt und den zulässigen Maximalwert in Abhängigkeit von dem ermittelten Fortschritt ermittelt .

Der Begri f f „zweite elektrische I stgrößen" dient der rein formalen Unterscheidung von den ersten elektrischen I stgrößen . Es soll zum Ausdruck gebracht werden, dass die elektrischen I stgrößen, anhand derer die Steuereinrichtung den Fortschritt des Schmel zens des Metalls in dem Lichtbogenofen ermittelt , nicht notwendigerweise dieselben elektrischen I stgrößen sind, die nach Möglichkeit den elektrischen Sollgrößen angenähert werden . Dies ist zwar möglich, aber eben nicht zwingend erforderlich . Beispielsweise können die ersten elektrischen I stgrößen die Elektrodenströme sein, während die zweiten elektrischen I stgrößen die an die Elektroden angelegten Spannungen oder die über die Elektroden fließenden Leistungen sein können . Es kann sich im Einzel fall aber auch um dieselben elektrischen I stgrößen handeln .

Analog zu einer Ermittlung in Abhängigkeit von einer seit Beginn der Schmel zphase gestrichenen Zeitspanne kann auch bei einer Ermittlung in Abhängigkeit von dem ermittelten Fortschritt der zulässige Maximalwert zunächst einen relativ niedrigen Wert aufweisen und bei Erreichen eines bestimmten Prozess fortschritts in einem Sprung, in mehreren Stufen oder kontinuierlich ( linear oder nichtlinear ) erhöht werden . Der zulässige Maximalwert kann bis auf den möglichen Maximalwert und auch darüber hinaus angehoben werden .

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst . Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung, dass die Steuereinrichtung den Lichtbogenofen gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt .

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst . Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Steuerprogramm programmiert , so dass die Steuereinrichtung den Lichtbogenofen gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt .

Die Aufgabe wird weiterhin durch einen Lichtbogenofen mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst . Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung als erfindungsgemäße Steuereinrichtung ausgebildet .

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 Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele , 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 Zeitdiagramm,

FIG 6 ein Positionsdiagramm und

FIG 7 ein Phasendiagramm .

Beschreibung der Aus führungs formen

Gemäß FIG 1 weist ein Lichtbogenofen ein Ofengefäß 1 auf . Dem Ofengefäß 1 kann - siehe FIG 2 - Metall 2 zugeführt werden . Das Metall 2 wird dem Ofengefäß 1 in festem Aggregats zustand zugeführt . Es kann sich bei dem Metall 2 beispielsweise um Stahl und im Falle von Stahl insbesondere um Schrott handeln .

Der Lichtbogenofen weist weiterhin eine Energieversorgungseinrichtung 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 Basis frequenz f O betrieben wird . Die Basis frequenz f O 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 Elektroden 6 verbunden . In der Regel sind entsprechend der Darstellung in FIG 1 mehrere Elektroden 6 vorhanden und ist weiter- hin der Ofentrans formator 5 als Drehstromtrans formator ausgebildet . Es sind aber auch andere Ausgestaltungen möglich, insbesondere eine einphasige Ausgestaltung . Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung liegen an die Elektroden 6 angelegte Elektrodenspannungen U j edoch 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 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 Versorgungsnetz 4 getrennt werden kann . Weiterhin können Schalteinrichtungen vorhanden sein, mittels derer die Energieversorgungseinrichtung 3 vom Ofentrans formator 5 und/oder der Ofentrans 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 Ofentrans formators 5 aktive oder passive Filtereinrichtungen angeordnet sein . Die Schalteinrichtungen und auch die Filtereinrichtungen sind für die erfindungsgemäße Funktionsweise untergeordneter Bedeutung und daher in FIG 1 (und auch den anderen FIG) der Übersichtlichkeit halber nicht mit dargestellt .

Die Energieversorgungseinrichtung 3 kann aus dem Versorgungsnetz 4 elektrische Energie beziehen und die bezogene elektrische 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 . Alternativ 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 formator 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 .

Die Elektrodenspannungen U können maximal einen Wert UO ( siehe FIG 5 bis 7 ) erreichen . Der Wert UO - also der mögliche Maximalwert der Elektrodenspannungen U - ist durch die Nennspannung des Versorgungsnetzes 4 , die Auslegung der Energieversorgungseinrichtung 3 und die Auslegung des Ofentrans formators 5 bestimmt . Beispielsweise kann der Wert UO bei 1200 V liegen .

Weiterhin weist der Lichtbogenofen eine Positioniereinrichtung 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 Positionierung 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 Komponente der Bewegung . Die Positioniereinrichtung 7 kann beispielsweise eine oder mehrere Hydraulikzylindereinheiten aufweisen .

Schließlich weist der Lichtbogenofen eine Steuereinrichtung 9 auf . Von der Steuereinrichtung 9 wird zumindest die Energieversorgungseinrichtung 3 gesteuert . Die Steuereinrichtung 9 generiert also Ansteuerwerte Al , mit denen sie die Energieversorgungseinrichtung 3 ansteuert . Entsprechend den Ansteu- erwerten Al wird die Energieversorgungseinrichtung 3 betrie- ben .

Oftmals wird von der Steuereinrichtung 9 auch die Positioniereinrichtung 7 gesteuert in diesem Fall generiert die Steuereinrichtung 9 weitere Ansteuerwerte A2 , mit denen sie die Positioniereinrichtung 7 ansteuert . Entsprechend diesen Ansteuerwerten A2 wird in diesem Fall die Positioniereinrichtung 7 betrieben . Die Ansteuerung der Positioniereinrichtung 7 ist als solche j edoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird daher nicht näher erläutert .

Die Steuereinrichtung 9 ist als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung 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 Abarbeitung des Maschinencodes 11 durch die Steuereinrichtung 9 bewirkt , dass die Steuereinrichtung 9 den Lichtbogenofen gemäß 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 S 1 mit dem Metall 2 beschickt . Das Beschicken kann unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 9 erfolgen . Es muss aber nicht unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 9 erfolgen . Der Schritt S 1 ist daher in FIG 3 nur gestrichelt dargestellt .

An das Beschicken des Ofengefäßes 1 mit dem Metall 2 schließt sich eine Schmel zphase des Lichtbogenofens an . Während der Schmel zphase wird das Metall 2 zu einer Metallschmel ze 12 geschmol zen . Die Schmel zphase umfasst Schritte S2 bis S 6 . An die Schmel zphase schließt sich eine Flachbadphase an . Die Flachbadphase umfasst Schritte S7 bis S i l . In der Schmel zphase nimmt die Steuereinrichtung 9 zunächst im Schritt S2 Sollgrößen X* entgegen . Die Sollgrößen X* sind elektrische Größen für eine elektrische Energie , die den Elektroden 6 zugeführt werden sollen . Es kann sich beispielsweise um elektrische Sollströme oder um elektrische Sollleistungen handeln .

Im Schritt S3 ermittelt die Steuereinrichtung 9 endgültige Spannungssollwerte U2 * . Zur Ermittlung der endgültigen Spannungssollwerte U2 * ermittelt die Steuereinrichtung 9 zunächst anhand der elektrischen Sollgrößen X* ( gegebenenfalls unter zusätzlicher Berücksichtigung erster elektrischer I stgrößen X, welche für die den Elektroden 6 zugeführte elektrische Energie charakteristisch sind) vorläufige Spannungssollwerte Ul * . Die Ermittlung der vorläufigen Spannungssollwerte Ul * erfolgt derart , dass dann, wenn mit den vorläufigen Spannungssollwerten Ul * korrespondierende Spannungen U an die Elektroden 6 angelegt würden, die ersten elektrischen I stgrößen X den korrespondierenden Sollgrößen X* so weit wie möglich angenähert werden . Es wird also versucht , beispielsweise den elektrischen I ststrom oder die elektrische I stleistung so weit wie möglich an den elektrischen Sollstrom oder an die elektrische Sollleistung anzunähern . Die so ermittelten vorläufigen Spannungssollwerte Ul * werden im Schritt S3 j edoch nach oben auf einen zulässigen Maximalwert Umax begrenzt . Der zulässige Maximalwert Umax liegt ( siehe die FIG 5 bis 7 ) seinerseits unterhalb des möglichen Maximalwertes U0 . Meist liegt er zwischen 50 % und 75 % des möglichen Maximalwertes U0 . Bei einem möglichen Maximalwert U0 von 1200 V kann der zulässige Maximalwert Umax beispielsweise zwischen 600 V und 900 V liegen .

Sodann ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S4 die Ansteuerwerte Al für die Energieversorgungseinrichtung 3 . Die Ermittlung erfolgt basierend auf den endgültigen Spannungssollwerten U2 * . Im Schritt S5 steuert die Steuereinrichtung 9 die Energieversorgungseinrichtung 3 entsprechend den ermittelten Ansteuerwerten Al an . Aufgrund der entsprechenden An- Steuerung werden mit den endgültigen Spannungssollwerten U2 * korrespondierende Spannungen U an die Elektroden 6 angelegt . Dadurch bezieht die Energieversorgungseinrichtung 3 elektrische Energie aus dem Versorgungsnetz 4 und führt die elektrische Energie über den Ofentrans formator 5 den Elektroden 6 zu . Im Ergebnis bilden sich dadurch Lichtbögen 13 aus .

Im Schritt S 6 prüft die Steuereinrichtung 9 , ob eine Beendigungsbedingung erreicht ist . Die Beendigungsbedingung kann darin bestehen, dass die Schmel zphase als solches beendet ist . Beendet ist die Schmel zphase , wenn die Metallschmel ze 12 entsprechend der Darstellung in FIG 4 vollständig oder zumindest im wesentlichen eine durchgehende hori zontale Oberfläche gebildet hat . Es ist also entweder das Metall 2 vollständig geschmol zen oder die noch nicht geschmol zenen Elemente des Metalls 2 befinden sich vollständig unter der Oberfläche der Metallschmel ze 12 oder die noch nicht geschmol zenen Elemente des Metalls 2 ragen nur noch unwesentlich über die Oberfläche der Metallschmel ze 12 hinaus . Weiterhin kann sich auf der Oberfläche der Metallschmel ze 12 eine Schlackenschicht 14 gebildet haben . Alternativ kann die Beendigungsbedingung beispielsweise darin bestehen, dass innerhalb der Schmel zphase eine Anfangsphase abgeschlossen ist , beispielsweise eine Bohrphase . Unabhängig von der Ausgestaltung der Beendigungsbedingung ist die Beendigungsbedingung in der Regel j edoch erst mehrere Minuten nach Beginn der Schmel zphase erfüllt .

Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 9 im Rahmen der Prüfung, ob die Beendigungsbedingung erreicht ist , messtechnisch erfasste I stgrößen des Lichtbogenofens auswertet . Beispielsweise ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 9 die Elektrodenströme I und/oder die Elektrodenspannungen U auswertet , insbesondere deren Schwankungen . Auch kann die Steuereinrichtung 9 akustische Größen des Lichtbogenofens auswerten, beispielsweise den Geräuschpegel oder das akustische Spektrum des erzeugten Geräuschs . Alternativ ist es möglich, dass der Steuereinrichtung 9 von einer Bedienperson 15 ( siehe FIG 1 ) vorgegeben wird, dass die Beendigungsbedingung erreicht ist .

Wenn die Beendigungsbedingung noch nicht erreicht ist , geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt S2 ( alternativ zum Schritt S3 ) zurück . Wenn die Beendigungsbedingung hingegen erreicht ist , geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt S7 und damit zu einer weiteren Betriebsphase des Lichtbogenofens über . Die weitere Betriebsphase kann beispielsweise die Flachbadphase sein . Alternativ kann die weitere Betriebsphase eine späterer Abschnitt der Schmel zphase zuzüglich der Flachbadphase sein .

In der weiteren Betriebsphase des Lichtbogenofens nimmt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S7 die Sollgrößen X* entgegen . Weiterhin ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S 8 die endgültigen Spannungssollwerte U2 * . Sodann ermittelt die Steuereinrichtung 9 im Schritt S 9 die Ansteuerwerte Al für die Energieversorgungseinrichtung 3 . Im Schritt S 10 steuert die Steuereinrichtung 9 die Energieversorgungseinrichtung 3 entsprechend den ermittelten Ansteuerwerten Al an .

Die Schritte S7 bis S 10 korrespondieren im wesentlichen mit den Schritten S2 bis S5 . Der Unterschied besteht lediglich darin, dass die Steuereinrichtung 9 im Schritt S 8 die vorläufigen Spannungssollwerte Ul * direkt als endgültige Spannungssollwerte U2 * übernimmt , also keine Begrenzung auf den zulässigen Maximalwert Umax vornimmt .

Im Schritt S i l prüft die Steuereinrichtung 9 , ob die weitere Betriebsphase des Lichtbogenofens beendet ist . Es ist analog zur Prüfung des Schrittes S 6 möglich, dass die Steuereinrichtung 9 im Rahmen der Prüfung des Schrittes S i l messtechnisch erfasste I stgrößen des Lichtbogenofens auswertet . Alternativ ist es möglich, dass der Steuereinrichtung 9 von der Bedienperson 15 vorgegeben wird, dass die weitere Betriebsphase beendet ist . Wenn die weitere Betriebsphase noch nicht beendet ist , geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt S7 ( alternativ zum Schritt S 8 ) zurück . Wenn die weitere Betriebsphase hingegen beendet ist , geht die Steuereinrichtung 9 zu einem Schritt S 12 über . Im Schritt S 12 wird die erzeugte Metallschmel ze 12 aus dem Ofengefäß 1 entnommen, beispielsweise in eine Pfanne (nicht dargestellt ) gegossen . Das Entnehmen der Metallschmelze 12 kann unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 9 erfolgen . Es muss aber nicht unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 9 erfolgen . Der Schritt S 12 ist daher in FIG 3 - analog zum Schritt S 1 - nur gestrichelt dargestellt .

Es ist auch möglich, dass die Schritte S 6 bis S 10 entfallen und stattdessen vom Schritt S i l aus zum Schritt S2 oder zum Schritt S3 zurückgegangen wird . In diesem Fall erfolgt die Berücksichtigung des zulässigen Maximalwertes Umax während des gesamten Betriebs des Lichtbogenofens .

Für die Festlegung des zulässigen Maximalwertes Umax gibt es verschiedene Möglichkeiten .

Beispielsweise kann der zulässige Maximalwert Umax von der Steuereinrichtung 9 entsprechend der Darstellung in FIG 5 als Funktion der Zeit t ermittelt werden . Ein Zeitpunkt tl korrespondiert in diesem Fall mit dem Beginn der Schmel zphase , also im Prinzip dem erstmaligen Zünden der Lichtbögen 13 nach dem Beschicken des Ofengefäßes 1 mit dem Metall 2 . Zum Zeitpunkt tl weist der zulässige Maximalwert Umax in der Regel seinen niedrigsten Wert auf . Später kann der zulässige Maximalwert Umax - gemäß der Darstellung in FIG 5 kontinuierlich, alternativ in einer oder mehreren Stufen - auf einen höheren Wert ansteigen . Insbesondere kann er zu einem Zeitpunkt t2 den möglichen Maximalwert UO erreichen . Im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 5 ermittelt die Steuereinrichtung 9 somit den zulässigen Maximalwert Umax in direkter Abhängigkeit von einer seit dem Beginn der Schmel zphase gestrichenen Zeitspanne : I st die dem Beginn der Schmel zphase gestrichenen Zeit- spanne bekannt , kann auch die zugehörige momentan gültige zulässige Maximalwert Umax ermittelt werden .

Alternativ kann der zulässige Maximalwert Umax von der Steuereinrichtung 9 entsprechend der Darstellung in FIG 6 als Funktion der Positionierung p der Elektroden 6 ermittelt werden . Die Darstellung in FIG 6 ist derart , dass die Positionierung p mit dem Abstand der Unterseiten der Elektroden 6 von einem Deckel 15 des Ofengefäßes 1 korrespondieren . In der Regel weist der zulässige Maximalwert Umax seinen niedrigsten Wert bei der kleinsten Positionierung p ( also beim geringsten Abstand vom Deckel 15 ) auf und steigt mit zunehmendem Abstand - gemäß der Darstellung in FIG 6 kontinuierlich, alternativ in einer oder mehreren Stufen - auf einen höheren Wert an . Insbesondere kann der zulässige Maximalwert Umax bis zu einer ersten vorbestimmten Positionierung p bei seinem niedrigsten Wert liegen und bei einer zweiten vorbestimmten Positionierung p den möglichen Maximalwert UO erreichen . Im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 5 ermittelt die Steuereinrichtung 9 somit den zulässigen Maximalwert Umax in Abhängigkeit von der Positionierung p der Elektroden 6 .

Natürlich ist auch im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 6 im Ergebnis der zulässige Maximalwert Umax von der Zeit t abhängig . Die zugehörige funktionale Beziehung ist j edoch nicht vorab bekannt . Insbesondere kann der Fall auf treten, dass die Positionierung p nicht kontinuierlich ansteigt , sondern zeitweise auch wieder einen kleineren Wert annimmt .

Ebenso ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 9 ( ähnlich zur Vorgehensweise in den Schritten S 6 und S i l ) durch Auswertung des zeitlichen Verlaufs elektrischer I stgrößen der den Elektroden 6 zugeführten elektrischen Energie und/oder durch Auswertung akustischer I stgrößen des Lichtbogenofens einen Fortschritt des Schmel zens des Metalls 2 in dem Lichtbogenofen ermittelt . Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 9 auf diese Art und Weise den Übergang von der Bohrphase in den verbleibenden Teil der Schmel zphase und den Übergang von der Schmel zphase in die Flachbadphase erkennen . In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 9 den zulässigen Maximalwert Umax in Abhängigkeit von dem ermittelten Fortschritt ermitteln . Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 9 den zulässigen Maximalwert Umax entsprechend der Darstellung in FIG 7 während der Bohrphase auf einem relativ niedrigen Wert halten, während des verbleibenden Teils der Schmel zphase auf einem relativ hohen Wert ( aber noch unterhalb des möglichen Maximalwertes U0 ) halten und während der Flachbadphase unberücksichtigt lassen ( oder alternativ gleich dem möglichen Maximalwert U0 oder auf einen Wert oberhalb des möglichen Maximalwertes U0 setzen) .

Ebenso ist es entsprechend der Darstellung in FIG 1 möglich, dass die Steuereinrichtung 9 von der Bedienperson 16 einen Eingabewert E entgegennimmt . In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 9 den zulässigen Maximalwert Umax in Abhängigkeit von dem Eingabewert E ermitteln . Der Eingabewert E kann den zulässigen Maximalwert Umax nach Bedarf alleine bestimmen oder zusätzlich zu einer der Vorgehensweisen der FIG 5 bis 7 berücksichtigt werden .

Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf . Insbesondere können Überschläge der Lichtbögen 13 auf den Deckel 16 des Ofengefäßes 1 und die damit verbundenen Nachteile zuverlässig vermieden werden .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . 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 Metalls chme 1 z e

13 Lichtbögen

14 Schlackenschicht

15 Bedienperson

16 Deckel

Al , A2 Ans teuerwerte E Eingabewert f O Basis frequenz

I Elektrodenströme

P Positionierung pl , p2 vorbestimmte Positionierungen

S I bis S 12 Schritte t Zeit tl , t2 Zeitpunkte

U Elektrodenspannungen

UO möglicher Maximalwert

Umax zulässiger Maximalwert

X* Sollgrößen

X I stgrößen