用于過(guò)程引導(dǎo)地調(diào)節(jié)電弧爐的功率的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于過(guò)程引導(dǎo)地調(diào)節(jié)電弧爐的功率的裝置。特別是為此該裝置設(shè)置多個(gè)用于隨時(shí)間檢測(cè)電弧爐的當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)的傳感器類(lèi)型。所述當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)傳遞給控制和調(diào)節(jié)單元并且由對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)算法計(jì)算需要的調(diào)節(jié)。電弧爐的該調(diào)節(jié)借助至少一個(gè)爐變壓器實(shí)施。所述控制和調(diào)節(jié)單元與至少一個(gè)有載分接開(kāi)關(guān)共同作用，其中利用有載分接開(kāi)關(guān)可接通爐變壓器的初級(jí)側(cè)上的繞組抽頭。三個(gè)電極與所述至少一個(gè)爐變壓器的次級(jí)側(cè)電連接并且分別設(shè)置在一個(gè)線(xiàn)路中。
[0002]此外，本發(fā)明涉及一種用于基于熱來(lái)調(diào)節(jié)電弧爐的功率的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]德國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)DE 35 12 189 Cl公開(kāi)了用于調(diào)節(jié)電弧爐的方法和裝置。在此可允許精確地、經(jīng)濟(jì)地且在技術(shù)上可沒(méi)有很大耗費(fèi)地調(diào)整電弧電壓和電極高度位置。電極高度的調(diào)整環(huán)節(jié)總是由電流調(diào)節(jié)電路(或阻抗調(diào)節(jié)電路)操控，在調(diào)節(jié)功率時(shí)功率調(diào)節(jié)電路與所述電流調(diào)節(jié)電路疊加。疊加于電流調(diào)節(jié)器的功率調(diào)節(jié)器這時(shí)除了變壓器級(jí)之外必要時(shí)提供用于電流調(diào)節(jié)器的參考變量。在所有情況中僅電流調(diào)節(jié)器直接作用于電極調(diào)節(jié)。因此對(duì)于所使用的、變壓器的分接開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置得出如下方案，即:直接通過(guò)運(yùn)行圖表提供可借助分接開(kāi)關(guān)調(diào)整的變壓器電壓或借助所述功率調(diào)節(jié)器調(diào)整所述變壓器電壓。電極的升降驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)電流調(diào)節(jié)器操控。
[0004]歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP 2 362 710 Al公開(kāi)了一種電弧爐和一種用于運(yùn)行電弧爐的方法。配設(shè)給至少一個(gè)電極的電弧具有基于受調(diào)整的第一運(yùn)行參數(shù)組產(chǎn)生的第一輻射功率。電弧爐按照預(yù)設(shè)的運(yùn)行程序運(yùn)行，該運(yùn)行程序以預(yù)期的過(guò)程變化為基礎(chǔ)。監(jiān)控是否在實(shí)際的過(guò)程變化和預(yù)期的過(guò)程變化之間存在不希望的偏差。其中在存在偏差時(shí)預(yù)設(shè)變化的第二輻射功率。借助變化的第二輻射功率確定變化的第二運(yùn)行參數(shù)組。該方法允許在保護(hù)運(yùn)行介質(zhì)、尤其是爐容器時(shí)取得盡可能小的熔化持續(xù)時(shí)間。
[0005]德國(guó)公開(kāi)文獻(xiàn)DE 35 43 773 Al說(shuō)明一種用于運(yùn)行電弧爐的方法，從而在原材料強(qiáng)烈波動(dòng)時(shí)，可以以相關(guān)的電能消耗的最小值來(lái)熔化材料。爐變壓器設(shè)有負(fù)荷開(kāi)關(guān)并且因此可調(diào)整在變壓器的次級(jí)側(cè)上的輸出電壓?？刂仆ㄟ^(guò)改變爐變壓器的抽頭或通過(guò)調(diào)整電流工作點(diǎn)進(jìn)行，這二者都是為了改變電弧的長(zhǎng)度。在此測(cè)量從爐變壓器的次級(jí)側(cè)流至電弧極的電流強(qiáng)度。如果電弧爐以用這種方式調(diào)節(jié)的電氣工作點(diǎn)運(yùn)行，則在熔化過(guò)程中的電能消耗降低并且可以將相關(guān)的電能消耗保持最小。
[0006]德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)DE 10 2009 017 196 Al公開(kāi)了一種分接開(kāi)關(guān)，所述分接開(kāi)關(guān)包括用于在固定的分接開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)之間進(jìn)行無(wú)中斷地轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，所述分接開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)與可調(diào)式變壓器的繞組抽頭電連接。在此，每個(gè)所述固定的分接開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)可直接地或在轉(zhuǎn)換期間通過(guò)中間連接的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件與負(fù)載導(dǎo)出線(xiàn)連接。負(fù)載導(dǎo)出線(xiàn)具有固定的、分開(kāi)的導(dǎo)出接觸件，借此半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件在靜態(tài)運(yùn)行中與變壓器繞組電分離。而對(duì)于包括半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的分接開(kāi)關(guān)產(chǎn)生不同的缺點(diǎn)。由于持久存在的運(yùn)行電壓并由于因雷電沖擊電壓引起的電力電子負(fù)荷，大的絕緣間距是必需的，而這是不希望的。
[0007]如由現(xiàn)有技術(shù)已知的，用于控制或調(diào)節(jié)電弧爐運(yùn)行的電氣元件是爐變壓器、扼流線(xiàn)圈和電極支承臂系統(tǒng)。用于三相電弧爐的能量提供裝置通過(guò)包括集成的分接開(kāi)關(guān)的爐變壓器進(jìn)行。通過(guò)所述變壓器級(jí)可以調(diào)整對(duì)應(yīng)的能量輸入。
[0008]連接于變壓器上游的可在負(fù)載下切換的扼流線(xiàn)圈用于調(diào)節(jié)電路的電抗并且能夠由此實(shí)現(xiàn)具有穩(wěn)定電弧的爐運(yùn)行以及對(duì)短路電流的限制。根據(jù)過(guò)程步驟，不僅在變壓器中而且在串聯(lián)扼流圈中選擇合適的級(jí)。這可以通過(guò)爐操作者的手動(dòng)干涉、通過(guò)集成的控制裝置或調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行。
[0009]在手動(dòng)控制時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的爐操作者可以借助爐的聲音排放和熔化物的外觀(guān)評(píng)估所述過(guò)程。在臨界情況中(例如電弧自由燃燒時(shí))使變壓器級(jí)適配。
[0010]在自動(dòng)控制時(shí)，根據(jù)當(dāng)前的能量輸入使變壓器級(jí)適配且必要時(shí)使扼流圈級(jí)適配。原則上在初始階段“鉆孔階段”中需要高的電感，以便盡可能穩(wěn)定地保持電弧(OLTC扼流圈==最高級(jí))。在最后的階段“液池”中斷開(kāi)串聯(lián)扼流圈，以便減少無(wú)功功率。
[0011]在鉆孔階段中選擇較低的電壓級(jí)(短電弧)，以便保護(hù)爐的防火襯里(防火部)以及爐蓋。在電弧由起泡的礦渣包裹之后，選擇最高的電壓級(jí)，以便達(dá)到向熔體的最大能量輸Ao在最后的階段中選擇稍微較低的分級(jí)電壓，為此調(diào)出最大地高的電流，以便確保高的能量輸入。
[0012]以上提到的規(guī)定尤其是在手動(dòng)和自動(dòng)控制裝置中只非常不充分地模擬實(shí)際的過(guò)程狀態(tài)。最新的調(diào)節(jié)裝置也同樣不能對(duì)系統(tǒng)中的快速變化以適合的時(shí)間常數(shù)(例如毫秒范圍)反應(yīng)。
[0013]關(guān)于爐變壓器中的分接開(kāi)關(guān)和扼流線(xiàn)圈，高的切換頻率按照顧客的各種不同的切換策略被視為技術(shù)應(yīng)激因子。這首先歸因于在分接開(kāi)關(guān)中的機(jī)械構(gòu)件的觸點(diǎn)燒損以及損耗。
[0014]因?yàn)閷?duì)分接開(kāi)關(guān)的維修工作通常表示高的花費(fèi)并且特別是昂貴的生產(chǎn)中斷，因此對(duì)于操作者完全值得期望的是，延長(zhǎng)維修間隔期，以便盡可能減少分接開(kāi)關(guān)的維修費(fèi)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于過(guò)程引導(dǎo)地調(diào)節(jié)電弧爐的功率的裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在電弧爐中的過(guò)程變化時(shí)以適合的時(shí)間常數(shù)(毫秒范圍)干涉并且在此同時(shí)減少電弧爐的停工時(shí)間并且延長(zhǎng)分接開(kāi)關(guān)的維修間隔期。
[0016]該任務(wù)通過(guò)一種具有權(quán)利要求1的特征的用于過(guò)程引導(dǎo)地調(diào)節(jié)電弧爐的功率的裝置解決。
[0017]本發(fā)明的另一個(gè)任務(wù)是，提供一種用于過(guò)程引導(dǎo)地調(diào)節(jié)電弧爐的功率的方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)在電弧爐中的過(guò)程變化時(shí)以適合的時(shí)間常數(shù)(毫秒范圍)干涉并且在此同時(shí)減少電弧爐的停工時(shí)間并且延長(zhǎng)分接開(kāi)關(guān)的維修間隔期。
[0018]該任務(wù)通過(guò)一種具有權(quán)利要求5的特征的用于過(guò)程引導(dǎo)地調(diào)節(jié)電弧爐的功率的方法解決。
[0019]按照本發(fā)明的用于過(guò)程引導(dǎo)地調(diào)節(jié)電弧爐的功率的裝置的特征在于，有載分接開(kāi)關(guān)是半導(dǎo)體分接開(kāi)關(guān)。
[0020]按照一種可能的實(shí)施形式，每個(gè)電極都可以配設(shè)有爐變壓器，所述爐變壓器的初級(jí)側(cè)的繞組抽頭可分別借助半導(dǎo)體分接開(kāi)關(guān)而切換；并且每個(gè)爐變壓器的次級(jí)側(cè)與所述電極連接。
[0021]為了確定調(diào)節(jié)參數(shù)或測(cè)量變量而考慮的傳感器類(lèi)型是熱傳感器和/或光傳感器和/或聲傳感器和/或固體聲音傳感器。所有傳感器與控制和調(diào)節(jié)單元連接。
[0022]控制和調(diào)節(jié)單元與半導(dǎo)體分接開(kāi)關(guān)通信地連接，從而根據(jù)傳感器類(lèi)型的測(cè)量變量并且與理論值相比較可調(diào)節(jié)在電極上存在的當(dāng)前的電壓。
[0023]按照本發(fā)明的方法的特征在于:
[0024]?借助多個(gè)傳感器類(lèi)型檢測(cè)電弧爐的當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)并且將所述當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)傳遞給控制和調(diào)節(jié)單元，借助所述控制和調(diào)節(jié)單元確定臨界數(shù)；并且
[0025]?根據(jù)所確定的臨界數(shù)的值利用至少一個(gè)半導(dǎo)體分接開(kāi)關(guān)影響對(duì)至少一個(gè)爐變壓器的初級(jí)側(cè)上的繞組抽頭的接通，使得電弧爐的狀態(tài)保持在非臨界的運(yùn)行狀態(tài)中或置于非臨界的運(yùn)行狀態(tài)中。
[0026]通常電弧爐具有三個(gè)電極，利用所述電極將熱能引入電弧爐中。所述電極與爐變壓器的次級(jí)側(cè)連接并且因此通過(guò)接通在爐變壓器的初級(jí)側(cè)上的抽頭而以變化的電壓對(duì)三個(gè)次級(jí)的線(xiàn)路加載。所述電極按照該方法的一種設(shè)計(jì)對(duì)稱(chēng)地提供以需要的電能，從而電弧爐的狀態(tài)保持在非臨界的運(yùn)行狀態(tài)中或置于非臨界的運(yùn)行狀態(tài)中。
[0027]根據(jù)按照本發(fā)明的方法的另一種設(shè)計(jì)，利用半導(dǎo)體分接開(kāi)關(guān)以不對(duì)稱(chēng)的電壓對(duì)電極的外導(dǎo)