BETRIEBSVERFAHREN FÜR EINEN LICHTBOGENOFEN

Abstract

 Ein Ofengefäß (1) eines Lichtbogenofens wird mit Metall (2) in festem Aggregatszustand beschickt. Danach bezieht eine Energieversorgungseinrichtung (3) des Lichtbogenofens während mehrerer aufeinanderfolgender Prozessphasen aus einem mit einer Netzfrequenz (f0) betriebenen Versorgungsnetz (4) elektrische Energie und führt die bezogene elektrische Energie über einen Ofentransformator (5) mit einer Betriebsfrequenz (f) Elektroden (6) des Lichtbogenofens zu, so dass sich zwischen den Elektroden (6) und dem Metall (2) bzw. einer Metallschmelze (13) Lichtbögen (12) ausbilden. Dadurch wird das Metall (2) zu der Metallschmelze (13) geschmolzen. Schließlich wird die Metallschmelze (13) aus dem Ofengefäß (1) entnommen. Die Energieversorgungseinrichtung (3) führt die aus dem Versorgungsnetz (4) bezogene elektrische Energie den Elektroden (6) während der Prozessphasen jeweils mit einer individuell für die jeweilige Prozessphase gegebenen Betriebsfrequenz (f) zu.

Beschreibung

Gebiet der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen, wobei eine Energieversorgungseinrichtung des Lichtbogenofens zwischen einem Beschicken eines Ofengefäßes des Lichtbogenofens mit Metall in festem Aggregatszustand und einem Entnehmen einer Metallschmelze aus dem Ofengefäß während mehrerer aufeinanderfolgender Prozessphasen aus einem mit einer Netzfrequenz betriebenen Versorgungsnetz elektrische Energie bezieht und die bezogene elektrische Energie über einen Ofentransformator mit einer Betriebsfrequenz Elektroden des Lichtbogenofens zuführt, so dass sich zwischen den Elektroden und dem Metall bzw. der Metallschmelze Lichtbögen ausbilden.

[0002] Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Steuerprogramm für eine Steuereinrichtung eine Energieversorgungseinrichtung 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 die Energieversorgungseinrichtung derart ansteuert, dass der Lichtbogenofen gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betrieben wird.

[0003] Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steuereinrichtung einer Energieversorgungseinrichtung eines Lichtbogenofens, wobei die Steuereinrichtung mit einem derartigen Steuerprogramm programmiert ist, so dass die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung die Energieversorgungseinrichtung derart ansteuert, dass der Lichtbogenofen gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betrieben wird.

[0004] Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Lichtbogenofen,

• wobei der Lichtbogenofen ein Ofengefäß aufweist, das mit Metall beschickbar und aus dem eine Metallschmelze entnehmbar ist,
• wobei der Lichtbogenofen eine Energieversorgungseinrichtung und Elektroden sowie einen Ofentransformator aufweist,
• wobei die Energieversorgungseinrichtung eingangsseitig mit einem mit einer Netzfrequenz betriebenen Versorgungsnetz und ausgangsseitig über den Ofentransformator 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

[0005] Die genannten Gegenstände sind allgemein bekannt. Beispielsweise kann auf die WO 2015/176 899 A1 verwiesen werden. Auch die EP 1 026 921 A1 und die EP 3 124 903 A1 können in diesem Zusammenhang genannt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

[0006] Beim Schmelzen von Metall - insbesondere Stahl - in einem Lichtbogenofen erfolgt die Zufuhr der elektrischen Energie zu den Elektroden des Lichtbogenofens 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 jeweilige Spannungsstufe am Ofentransformator gewählt werden. Eine Feinregelung innerhalb einer bestimmten Spannungsstufe kann beispielsweise mittels einer Impedanzregelung erfolgen.

[0007] 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 Schmelzphase als auch in einer nachfolgenden Flachbadphase auf.

[0008] Bei der Einstellung der Elektrodenspannung über die Spannungsstufen 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 ausgeregelt werden können. Dadurch ist die Energieeinbringung in die Metallschmelze nicht optimal.

[0009] Aus den Dokumenten des Standes der Technik, insbesondere aus der WO 2015/176 899 A1 und der EP 3 124 903 A1 und in begrenztem Umfang auch aus der EP 1 026 921 A1, sind Vorgehensweisen bekannt, bei denen die Elektrodenspannungen kontinuierlich eingestellt werden können. Diese Ausgestaltungen bieten gegenüber einer Einstellung der Elektrodenspannung über Spannungsstufen des Ofentransformators erhebliche Vorteile. So können die Elektrodenspannungen nicht nur stufenweise, sondern kontinuierlich variiert werden. Weiterhin kann der Ofentransformator 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 Elektroden. Schließlich werden durch diese Ausgestaltungen weitere Arten der Regelung ermöglicht.

[0010] 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 suboptimalen Energieeinbringung in das Metall bzw. die Metallschmelze und auch zu Lichtbogenabrissen kommen.

[0011] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können.

[0012] 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.

[0013] Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, dass die Energieversorgungseinrichtung die aus dem Versorgungsnetz bezogene elektrische Energie den Elektroden während der Prozessphasen jeweils mit einer individuell für die jeweilige Prozessphase gegebenen Betriebsfrequenz zuführt.

[0014] Dadurch kann die jeweilige Betriebsfrequenz optimal für die jeweilige Prozessphase bestimmt und eingestellt werden.

[0015] In aller Regel umfassen die Prozessphasen eine Anfangsphase und eine Endphase einer Schmelzphase sowie eine Flachbadphase. In der Schmelzphase wird das Metall zu der Metallschmelze geschmolzen. Die Anfangsphase der Schmelzphase ist oftmals eine Bohrphase. In der Flachbadphase wird die Metallschmelze weiter aufgeheizt. In Versuchen hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Betriebsfrequenz in der Flachbadphase unterhalb der Netzfrequenz liegt und/oder in der Endphase der Schmelzphase oberhalb der Netzfrequenz liegt. In der Anfangsphase der Schmelzphase kann die Betriebsfrequenz nach Bedarf oberhalb oder unterhalb der Netzfrequenz liegen.

[0016] Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung, dass der Lichtbogenofen gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betrieben wird.

[0017] 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 der Lichtbogenofen gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betrieben wird.

[0018] 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

[0019] 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 Ausführungsbeispiele, 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

das Ofengefäß während einer Flachbadphase

FIG 5

ein Zeitdiagramm und

FIG 6

ein weiteres Zeitdiagramm.

Beschreibung der Ausführungsformen

[0020] Gemäß FIG 1 weist ein Lichtbogenofen ein Ofengefäß 1 auf. Das Ofengefäß 1 kann - siehe FIG 2 - mit Metall 2 beschickt werden. Das Metall 2 wird dem Ofengefäß 1 beim Beschicken in festem Aggregatszustand zugeführt. Es kann sich bei dem Metall 2 beispielsweise um Stahl und im Falle von Stahl insbesondere um Schrott handeln.

[0021] 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 Netzfrequenz f0 betrieben wird. Die Netzfrequenz f0 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.

[0022] Der Lichtbogenofen weist weiterhin einen Ofentransformator 5 und Elektroden 6 auf. Die Energieversorgungseinrichtung 3 ist ausgangsseitig über den Ofentransformator 5 mit den Elektroden 6 verbunden. In der Regel sind entsprechend der Darstellung in FIG 1 mehrere Elektroden 6 vorhanden und ist weiterhin der Ofentransformator 5 als Drehstromtransformator 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 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 mehreren 100 V. Im Einzelfall sind auch Spannungen oberhalb von 1 kV möglich. 2 kV werden in aller Regel aber nicht überschritten.

[0023] 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 Ofentransformator 5 und/oder der Ofentransformator 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 Ofentransformators 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.

[0024] Die Energieversorgungseinrichtung 3 kann aus dem Versorgungsnetz 4 elektrische Energie beziehen und die bezogene elektrische 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 2015/176 899 A1 ("Goldstandard") beschrieben. Alternativ können beispielsweise auch die Ausgestaltungen gemäß der EP 3 124 903 A1 oder der EP 1 026 921 A1 verwendet werden. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Energieversorgungseinrichtung 3 ist die Energieversorgungseinrichtung 3 jedoch in der Lage, ausgangsseitig - also zum Ofentransformator 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 Betriebsfrequenz f, mit der die an die Elektroden 6 angelegten Elektrodenspannungen U bzw. die den Elektroden 6 zugeführten Elektrodenströme I variieren, kann mittels der Energieversorgungseinrichtung 3 eingestellt werden. Die Betriebsfrequenz f kann nach Bedarf oberhalb oder unterhalb der Netzfrequenz f0 liegen.

[0025] 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.

[0026] Schließlich weist der Lichtbogenofen eine Steuereinrichtung 9 auf. Von der Steuereinrichtung 9 wird zumindest die Energieversorgungseinrichtung 3 gesteuert. Die Steuereinrichtung 9 generiert also Ansteuerwerte A1, mit denen sie die Energieversorgungseinrichtung 3 ansteuert. Entsprechend den Ansteuerwerten A1 wird die Energieversorgungseinrichtung 3 betrieben.

[0027] 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 jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird daher nicht näher erläutert.

[0028] Die Steuereinrichtung 9 ist als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausgebildet. Dies ist in FIG 1 durch die Angabe "µP" (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.

[0029] Zunächst wird das Ofengefäß 1 gemäß FIG 3 in einem Schritt S1 mit dem Metall 2 beschickt. FIG 2 zeigt den Zustand nach dem Beschicken des Ofengefäßes 1 unmittelbar nach dem Zünden von Lichtbögen 12 durch entsprechende Ansteuerung der Energieversorgungseinrichtung 3.

[0030] Das Beschicken des Ofengefäßes 1 mit dem Metall 2 kann unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 9 erfolgen. Es muss aber nicht unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 9 erfolgen. Der Schritt S1 ist daher in FIG 3 nur gestrichelt dargestellt.

[0031] In Schritten S2 bis S7 erfolgt das Ansteuern der Energieversorgungseinrichtung 3 durch die Steuereinrichtung 9. Die Schritte S2 bis S7 werden später noch eingehend erläutert. In jedem Fall bilden sich aufgrund der Ansteuerung der Energieversorgungseinrichtung 3 mit den Ansteuerwerten A1 die Lichtbögen 12 aus. Die Lichtbögen 12 bilden sich zunächst zwischen den Elektroden 6 und dem Metall 2 aus. Dadurch wird das Metall 2 zu einer Metallschmelze 13 (siehe FIG 4) geschmolzen. Ab dem hinreichenden Schmelzen des Metalls 2 bilden sich die Lichtbögen 12 zwischen den Elektroden 6 und der Metallschmelze 13 aus. Die Metallschmelze 13 kann an ihrer Oberseite von einer Schlackenschicht 14 bedeckt sein. Die Schlackenschicht 14 kann eine Schaumschlacke sein.

[0032] In einem Schritt S8 prüft die Steuereinrichtung 9, ob der jeweilige Zyklus des Betriebs des Lichtbogenofens abgeschlossen ist, d.h. das Metall 2 vollständig zu der Metallschmelze 13 geschmolzen ist und weiterhin die Metallschmelze 13, soweit erforderlich, weiter aufgeheizt ist. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 9 zu einem Schritt S9 über. Im Schritt S9 wird die erzeugte Metallschmelze 13 aus dem Ofengefäß 1 entnommen, beispielsweise in eine Pfanne (nicht dargestellt) gegossen. Das Entnehmen der Metallschmelze 13 kann unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 9 erfolgen. Es muss aber nicht unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 9 erfolgen. Der Schritt S9 ist daher in FIG 3 - analog zum Schritt S1 - nur gestrichelt dargestellt.

[0033] Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 9 im Rahmen der Prüfung des Schrittes S8 messtechnisch erfasste Istgrößen 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 eine von einer Bedienperson 15 (siehe FIG 1) vorgegebene Eingabe E verwertet.

[0034] Der Betrieb des Lichtbogenofens erfolgt in mehreren Prozessphasen, denen jeweils ein Index i zugeordnet ist. Insbesondere schließt sich an das Beschicken des Ofengefäßes 1 mit dem Metall 2 (der entsprechende Zustand ist schematisch in FIG 2 dargestellt) eine Schmelzphase des Lichtbogenofens an. Während der Schmelzphase wird das Metall 2 zu der Metallschmelze 13 geschmolzen. Die Schmelzphase kann ihrerseits eine Anfangsphase und eine Endphase umfassen. An die Schmelzphase schließt sich eine Flachbadphase an (FIG 4). Während der Flachbadphase wird die Metallschmelze 12 weiter aufgeheizt. Die Prozessphasen können die Schmelzphase und die Flachbadphase sein. In diesem Fall kann der Index die Werte 1 und 2 für die Schmelzphase und die Flachbadphase annehmen. Alternativ können die Prozessphasen die Anfangsphase der Schmelzphase, die Endphase der Schmelzphase und die Flachbadphase sein. In diesem Fall kann der Index i entsprechend der Darstellung in FIG 5 während eines einzelnen Prozesszyklus des Lichtbogenofens im Laufe der Zeit t die Werte 1, 2 und 3 für die Anfangsphase der Schmelzphase, die Endphase der Schmelzphase und die Flachbadphase annehmen. Die Anfangsphase der Schmelzphase kann beispielsweise die sogenannte Bohrphase sein, die Endphase der Schmelzphase der verbleibende Teil der Schmelzphase.

[0035] Im Rahmen der Schritte S2 bis S6 setzt die Steuereinrichtung 9 zunächst im Schritt S2 einen Index i auf den Wert 0. Im Schritt S3 erhöht die Steuereinrichtung 9 den Index i um 1. Im Schritt S4 bestimmt die Steuereinrichtung 9 für die durch den Index i bestimmte Prozessphase eine jeweilige Betriebsfrequenz f. die jeweilige Betriebsfrequenz f ist also individuell für die jeweilige Prozessphase gegeben.

[0036] Im Schritt S5 ermittelt die Steuereinrichtung 9 die Ansteuerwerte A1 für die Energieversorgungseinrichtung 3. Die Ermittlung erfolgt derart, dass die aus dem Versorgungsnetz 4 bezogene elektrische Energie den Elektroden 6 über den Ofentransformator 5 mit der entsprechenden Betriebsfrequenz f zugeführt wird. Gegebenenfalls erfolgt im Schritt S5 auch die Ermittlung der weiteren Ansteuerwerte A2 für die Positioniereinrichtung 7.

[0037] Im Schritt S6 steuert die Steuereinrichtung 9 die Energieversorgungseinrichtung 3 entsprechend den ermittelten Ansteuerwerten A1 an. Gegebenenfalls steuert die Steuereinrichtung 7 im Schritt S6 auch die Positioniereinrichtung 7 entsprechend den weiteren Ansteuerwerten A2 an. Aufgrund der Ansteuerung mit den Ansteuerwerten A1 bilden sich insbesondere die Lichtbögen 12 aus.

[0038] Im Schritt S7 prüft die Steuereinrichtung 9, ob die jeweilige Prozessphase beendet ist. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt S5 zurück und ermittelt erneut (nunmehr für den nächsten Zeittakt) die Ansteuerwerte A1 und gegebenenfalls auch die weiteren Ansteuerwerte A2. Wenn die jeweilige Prozessphase hingegen beendet ist, geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt S8 über.

[0039] Sofern die Steuereinrichtung im Schritt S8 erkennt, dass der jeweilige Zyklus des Betriebs des Lichtbogenofens noch nicht abgeschlossen, geht die Steuereinrichtung 9 zum Schritt S3 zurück. Durch die erneute Abarbeitung des Schrittes S3 wird der Index i um 1 erhöht und somit die nächste Prozessphase begonnen.

[0040] Für die Zuordnung der jeweiligen Betriebsfrequenz f zu den verschiedenen Prozessphasen gibt es verschiedene Möglichkeiten.

[0041] In der Anfangsphase der Schmelzphase kann die Betriebsfrequenz f oftmals nach Bedarf gewählt werden. Sie kann oftmals nach Belieben oberhalb oder unterhalb der Netzfrequenz f0 liegen. Die beiden möglichen Fälle sind in FIG 5 gestrichelt eingezeichnet. In der Endphase der Schmelzphase liegt die Betriebsfrequenz f vorzugsweise oberhalb der Netzfrequenz f0. In der Flachbadphase hingegen liegt die Betriebsfrequenz f vorzugsweise unterhalb der Netzfrequenz f0. In jedem Fall liegt die Abweichung zur Netzfrequenz f0 jedoch vorzugsweise zwischen 7 Hz und 13 Hz, beispielsweise bei etwa 10 Hz. Bei einer Netzfrequenz f0 von 50 Hz erfolgt der Betrieb unterhalb der Netzfrequenz f also vorzugsweise zwischen 37 Hz und 43 Hz. Ebenso erfolgt der Betrieb oberhalb Netzfrequenz f vorzugsweise zwischen 57 Hz und 63 Hz. Bei einer Netzfrequenz f0 von 60 Hz müssen zu den genannten Frequenzen jeweils 10 Hz addiert werden.

[0042] Vorzugsweise wird entsprechend der Darstellung in FIG 6 auch die in das Metall 2 bzw. die Metallschmelze 13 einzubringende Leistung P* als Funktion der Zeit t eingestellt, konkret in Abhängigkeit von der Prozessphase bzw. dem Index i. FIG 6 zeigt die bevorzugte Ausgestaltung, gemäß der die einzubringende Leistung P* während der Anfangsphase der Schmelzphase einen relativ niedrigen Wert aufweist, während der Endphase der Schmelzphase einen relativ hohen Wert aufweist und während der Flachbadphase einen Wert zwischen dem Wert der Anfangsphase und der Endphase der Schmelzphase aufweist.

[0043] Obenstehend wurde eine Vorgehensweise erläutert, wie sie bei einer typischen Einkorbschmelze ausgeführt wird, bei welcher das Metall 2 dem Ofengefäß 1 auf einmal zugeführt wird. Die Vorgehensweise kann jedoch ohne weiteres auch bei Mehrkorbschmelzen angewandt werden, bei denen nacheinander jeweils ein Teil des Metalls 2 dem Ofengefäß 1 zugeführt und geschmolzen wird. In diesem Fall wird nach dem Zuführen des jeweiligen Teils des Metalls 2 jeweils zumindest eine Schmelzphase ausgeführt. Zumindest die Schmelzphase unmittelbar nach dem Zuführen des ersten Teils des Metalls 2 kann in die Anfangsphase (= Bohrphase) und die Endphase (= Hauptschmelzphase) unterteilt sein. Bei den nachfolgenden Schmelzvorgängen kann dies ebenfalls der Fall sein, ist aber nicht zwingend erforderlich. Zumindest nach dem Zuführen des letzten Teils des Metalls 2 schließt sich an die Schmelzphase eine Flachbadphase an. Bei den vorherigen Schmelzphasen kann dies ebenfalls der Fall sein, ist aber nicht zwingend erforderlich. Die jeweilige Betriebsfrequenz f kann für gleichartige Phasen (beispielsweise die Endphasen der Schmelzphasen) gleich sein. Sie kann aber auch individuell gewählt sein, beispielsweise nach dem Zuführen des ersten Teils des Metalls 2 einen größeren Wert aufweisen als nach dem Zuführen der nachfolgenden Teile des Metalls 2.

[0044] Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere kann die Betriebssicherheit des Lichtbogenofens erhöht werden, kann der Verschleiß der Elektroden 6 reduziert werden, kann die für das Erzeugen einer bestimmten Menge einer Metallschmelze 13 benötigte spezifische Energie (beispielsweise Kilowattstunden pro Tonne) verringert werden und kann oftmals auch die Zykluszeit reduziert werden.

[0045] Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

[0046] 

1

Ofengefäß

2

Metall

3

Energieversorgungseinrichtung

4

Versorgungsnetz

5

Ofentransformator

6

Elektroden

7

Positioniereinrichtung

8

Doppelpfeil

9

Steuereinrichtung

10

Steuerprogramm

11

Maschinencode

12

Lichtbögen

13

Metallschmelze

14

Schlackenschicht

15

Bedienperson

A1, A2

Ansteuerwerte

E

Eingabe

f

Betriebsfrequenz

f0

Netzfrequenz

i

Index

I

Elektrodenströme

P*

einzubringende Leistung

S1 bis S9

Schritte

t

Zeit

U

Elektrodenspannungen

Ansprüche

1. Betriebsverfahren für einen Lichtbogenofen, wobei eine Energieversorgungseinrichtung (3) des Lichtbogenofens zwischen einem Beschicken eines Ofengefäßes (1) des Lichtbogenofens mit Metall (2) in festem Aggregatszustand und einem Entnehmen einer Metallschmelze (13) aus dem Ofengefäß (1) während mehrerer aufeinanderfolgender Prozessphasen aus einem mit einer Netzfrequenz (f0) betriebenen Versorgungsnetz (4) elektrische Energie bezieht und die bezogene elektrische Energie über einen Ofentransformator (5) mit einer Betriebsfrequenz (f) Elektroden (6) des Lichtbogenofens zuführt, so dass sich zwischen den Elektroden (6) und dem Metall (2) bzw. der Metallschmelze (13) Lichtbögen (12) ausbilden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Energieversorgungseinrichtung (3) die aus dem Versorgungsnetz (4) bezogene elektrische Energie den Elektroden (6) während der Prozessphasen jeweils mit einer individuell für die jeweilige Prozessphase gegebenen Betriebsfrequenz (f) zuführt.

2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prozessphasen eine Anfangsphase und eine Endphase einer Schmelzphase sowie eine Flachbadphase umfassen, wobei das Metall (2) in der Schmelzphase zu der Metallschmelze (13) geschmolzen wird und die Metallschmelze (13) in der Flachbadphase weiter aufgeheizt wird.

3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Betriebsfrequenz (f) in der Flachbadphase unterhalb der Netzfrequenz (f0) liegt.

4. Betriebsverfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Betriebsfrequenz (f) in der Endphase der Schmelzphase oberhalb der Netzfrequenz (f0) liegt.

5. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Betriebsfrequenz (f) in der Anfangsphase der Schmelzphase oberhalb oder unterhalb der Netzfrequenz (f0) liegt.

6. Steuerprogramm für eine Steuereinrichtung (9) einer Energieversorgungseinrichtung (3) eines Lichtbogenofens, wobei das Steuerprogramm Maschinencode (11) umfasst, der von der Steuereinrichtung (9) abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes (11) durch die Steuereinrichtung (9) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (9) die Energieversorgungseinrichtung (3) derart ansteuert, dass der Lichtbogenofen gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche betrieben wird.

7. Steuereinrichtung einer Energieversorgungseinrichtung (3) eines Lichtbogenofens, wobei die Steuereinrichtung mit einem Steuerprogramm (10) nach Anspruch 6 programmiert ist, so dass die Abarbeitung des Maschinencodes (11) durch die Steuereinrichtung (9) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (9) die Energieversorgungseinrichtung (3) derart ansteuert, dass der Lichtbogenofen gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 betrieben wird.

8. Lichtbogenofen,

- wobei der Lichtbogenofen ein Ofengefäß (1) aufweist, das mit Metall (2) beschickbar und aus dem eine Metallschmelze (13) entnehmbar ist,

- wobei der Lichtbogenofen eine Energieversorgungseinrichtung (3) und Elektroden (6) sowie einen Ofentransformator (5) aufweist,

- wobei die Energieversorgungseinrichtung (3) eingangsseitig mit einem mit einer Netzfrequenz (f) betriebenen Versorgungsnetz (4) und ausgangsseitig über den Ofentransformator (5) mit den Elektroden (6) verbunden ist,

- wobei der Lichtbogenofen eine Steuereinrichtung (9) aufweist, von der die Energieversorgungseinrichtung (3) ansteuerbar ist,

- wobei die Steuereinrichtung (9) gemäß Anspruch 7 ausgebildet ist.

Zeichnung