用于过程引导地调节电弧炉的功率的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于过程引导地调节电弧炉的功率的装置。特别是为此该装置设置多个用于随时间检测电弧炉的当前运行参数的传感器类型。所述当前运行参数传递给控制和调节单元并且由对应的调节算法计算需要的调节。电弧炉的该调节借助至少一个炉变压器实施。所述控制和调节单元与至少一个有载分接开关共同作用，其中利用有载分接开关可接通炉变压器的初级侧上的绕组抽头。三个电极与所述至少一个炉变压器的次级侧电连接并且分别设置在一个线路中。
[0002]此外，本发明涉及一种用于基于热来调节电弧炉的功率的方法。
【背景技术】
[0003]德国专利文献DE 35 12 189 Cl公开了用于调节电弧炉的方法和装置。在此可允许精确地、经济地且在技术上可没有很大耗费地调整电弧电压和电极高度位置。电极高度的调整环节总是由电流调节电路(或阻抗调节电路)操控，在调节功率时功率调节电路与所述电流调节电路叠加。叠加于电流调节器的功率调节器这时除了变压器级之外必要时提供用于电流调节器的参考变量。在所有情况中仅电流调节器直接作用于电极调节。因此对于所使用的、变压器的分接开关驱动装置得出如下方案，即:直接通过运行图表提供可借助分接开关调整的变压器电压或借助所述功率调节器调整所述变压器电压。电极的升降驱动装置通过电流调节器操控。
[0004]欧洲专利申请EP 2 362 710 Al公开了一种电弧炉和一种用于运行电弧炉的方法。配设给至少一个电极的电弧具有基于受调整的第一运行参数组产生的第一辐射功率。电弧炉按照预设的运行程序运行，该运行程序以预期的过程变化为基础。监控是否在实际的过程变化和预期的过程变化之间存在不希望的偏差。其中在存在偏差时预设变化的第二辐射功率。借助变化的第二辐射功率确定变化的第二运行参数组。该方法允许在保护运行介质、尤其是炉容器时取得尽可能小的熔化持续时间。
[0005]德国公开文献DE 35 43 773 Al说明一种用于运行电弧炉的方法，从而在原材料强烈波动时，可以以相关的电能消耗的最小值来熔化材料。炉变压器设有负荷开关并且因此可调整在变压器的次级侧上的输出电压。控制通过改变炉变压器的抽头或通过调整电流工作点进行，这二者都是为了改变电弧的长度。在此测量从炉变压器的次级侧流至电弧极的电流强度。如果电弧炉以用这种方式调节的电气工作点运行，则在熔化过程中的电能消耗降低并且可以将相关的电能消耗保持最小。
[0006]德国专利申请DE 10 2009 017 196 Al公开了一种分接开关，所述分接开关包括用于在固定的分接开关触点之间进行无中断地转换的半导体开关元件，所述分接开关触点与可调式变压器的绕组抽头电连接。在此，每个所述固定的分接开关触点可直接地或在转换期间通过中间连接的半导体开关元件与负载导出线连接。负载导出线具有固定的、分开的导出接触件，借此半导体开关元件在静态运行中与变压器绕组电分离。而对于包括半导体开关元件的分接开关产生不同的缺点。由于持久存在的运行电压并由于因雷电冲击电压引起的电力电子负荷，大的绝缘间距是必需的，而这是不希望的。
[0007]如由现有技术已知的，用于控制或调节电弧炉运行的电气元件是炉变压器、扼流线圈和电极支承臂系统。用于三相电弧炉的能量提供装置通过包括集成的分接开关的炉变压器进行。通过所述变压器级可以调整对应的能量输入。
[0008]连接于变压器上游的可在负载下切换的扼流线圈用于调节电路的电抗并且能够由此实现具有稳定电弧的炉运行以及对短路电流的限制。根据过程步骤，不仅在变压器中而且在串联扼流圈中选择合适的级。这可以通过炉操作者的手动干涉、通过集成的控制装置或调节装置进行。
[0009]在手动控制时，有经验的炉操作者可以借助炉的声音排放和熔化物的外观评估所述过程。在临界情况中(例如电弧自由燃烧时)使变压器级适配。
[0010]在自动控制时，根据当前的能量输入使变压器级适配且必要时使扼流圈级适配。原则上在初始阶段“钻孔阶段”中需要高的电感，以便尽可能稳定地保持电弧(OLTC扼流圈==最高级)。在最后的阶段“液池”中断开串联扼流圈，以便减少无功功率。
[0011]在钻孔阶段中选择较低的电压级(短电弧)，以便保护炉的防火衬里(防火部)以及炉盖。在电弧由起泡的矿渣包裹之后，选择最高的电压级，以便达到向熔体的最大能量输Ao在最后的阶段中选择稍微较低的分级电压，为此调出最大地高的电流，以便确保高的能量输入。
[0012]以上提到的规定尤其是在手动和自动控制装置中只非常不充分地模拟实际的过程状态。最新的调节装置也同样不能对系统中的快速变化以适合的时间常数(例如毫秒范围)反应。
[0013]关于炉变压器中的分接开关和扼流线圈，高的切换频率按照顾客的各种不同的切换策略被视为技术应激因子。这首先归因于在分接开关中的机械构件的触点烧损以及损耗。
[0014]因为对分接开关的维修工作通常表示高的花费并且特别是昂贵的生产中断，因此对于操作者完全值得期望的是，延长维修间隔期，以便尽可能减少分接开关的维修费用。
【发明内容】
[0015]本发明的任务是，提供一种用于过程引导地调节电弧炉的功率的装置，该装置能够实现在电弧炉中的过程变化时以适合的时间常数(毫秒范围)干涉并且在此同时减少电弧炉的停工时间并且延长分接开关的维修间隔期。
[0016]该任务通过一种具有权利要求1的特征的用于过程引导地调节电弧炉的功率的装置解决。
[0017]本发明的另一个任务是，提供一种用于过程引导地调节电弧炉的功率的方法，该方法能够实现在电弧炉中的过程变化时以适合的时间常数(毫秒范围)干涉并且在此同时减少电弧炉的停工时间并且延长分接开关的维修间隔期。
[0018]该任务通过一种具有权利要求5的特征的用于过程引导地调节电弧炉的功率的方法解决。
[0019]按照本发明的用于过程引导地调节电弧炉的功率的装置的特征在于，有载分接开关是半导体分接开关。
[0020]按照一种可能的实施形式，每个电极都可以配设有炉变压器，所述炉变压器的初级侧的绕组抽头可分别借助半导体分接开关而切换；并且每个炉变压器的次级侧与所述电极连接。
[0021]为了确定调节参数或测量变量而考虑的传感器类型是热传感器和/或光传感器和/或声传感器和/或固体声音传感器。所有传感器与控制和调节单元连接。
[0022]控制和调节单元与半导体分接开关通信地连接，从而根据传感器类型的测量变量并且与理论值相比较可调节在电极上存在的当前的电压。
[0023]按照本发明的方法的特征在于:
[0024]?借助多个传感器类型检测电弧炉的当前运行参数并且将所述当前运行参数传递给控制和调节单元，借助所述控制和调节单元确定临界数；并且
[0025]?根据所确定的临界数的值利用至少一个半导体分接开关影响对至少一个炉变压器的初级侧上的绕组抽头的接通，使得电弧炉的状态保持在非临界的运行状态中或置于非临界的运行状态中。
[0026]通常电弧炉具有三个电极，利用所述电极将热能引入电弧炉中。所述电极与炉变压器的次级侧连接并且因此通过接通在炉变压器的初级侧上的抽头而以变化的电压对三个次级的线路加载。所述电极按照该方法的一种设计对称地提供以需要的电能，从而电弧炉的状态保持在非临界的运行状态中或置于非临界的运行状态中。
[0027]根据按照本发明的方法的另一种设计，利用半导体分接开关以不对称的电压对电极的外导