專利名稱：用于在電弧爐中確定固體的塊度尺度的方法、電弧爐、信號處理裝置以及程序代碼和存儲介質的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在電弧爐中確定固體的塊度尺度的方法。另外，本發(fā)明涉及 用于執(zhí)行所述方法的具有信號處理裝置的電弧爐、信號處理裝置、存儲介質和程序代碼。
背景技術：
電弧爐用于制造液態(tài)金屬、通常是鋼。由廢料或還原鐵與其它附加料一起制造液 態(tài)金屬。目前幾乎與電弧爐的要熔化的固體無關地運行電弧爐。因此在輸送給電弧爐的熔 煉爐料方面靜態(tài)地、也就是說根據(jù)固定的工藝計劃來運行電弧爐、尤其是調(diào)整電弧。這導致 電弧爐在技術和經(jīng)濟角度下不被最佳地運行。例如裝料時刻或出爐時刻不被最佳地選擇， 這是因為或者在對新的固體裝料時等待太長或者已經(jīng)被裝料，盡管在電弧爐中還沒有足夠 多的固體被熔化。從公開文獻DE 10 2005 034 378 Al公知一種用于確定電弧爐的內(nèi)容的特性的方 法。但是不清楚根據(jù)該公開文獻的這種方法應如何起作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是提供一種開頭所述類型的方法，利用所述方法能夠確定輸送給電 弧爐的熔煉爐料的性質。另外，本發(fā)明的任務是說明用于執(zhí)行這種方法的電弧爐、信號處理 裝置、程序代碼和存儲介質。該任務通過一種用于在電弧爐中確定固體、尤其是廢料的塊度尺度 (Stuckigkeitsma β )的方法來解決，其中電極電流被輸送給電極用于在電極和固體之間 形成電弧，其中所輸送的其電極電流被檢測，其中從所檢測的電極電流中確定電極電流的 有效值尺度，其中從所檢測的電極電流中確定分配給所檢測的電極電流的頻率范圍的電流 分量，其中作為塊度尺度形成由電流分量和有效值尺度組成的商。不僅由電流分量除以 (durch)有效值尺度形成的商而且由有效值尺度除以電流分量形成的商被理解為由電流分 量和有效值尺度組成的商。固體的塊度的尺度被理解為適用于說明不同成塊固體的塊度的區(qū)別的每個具體 的參量。固體的塊度可以被理解為固體的每個物理參量，所述物理參量影響電弧對固體的 燃燒行為。尤其可以將固體的塊度理解為相關聯(lián)的固體部分的大小和/或其緊湊性，其中 可以在現(xiàn)有固體密度分布的尺度意義上來理解緊湊性。有效值尺度(Effektivwertmaii)被理解為在電技術意義上間接或直接與電極電 流的有效值有關的尺度。這例如可以是電極電流的有效值本身，或例如是從電極電流的有 效值所計算的功率、能量或其它與電極電流的有效值有關的尺度、例如電極電流的平方。為了執(zhí)行該方法，電弧爐包括至少一個電極。也可以在該意義上解釋權利要求字 句。如果在該申請的范圍中談及“一個電極”，則這里不定冠詞“一個”的詞義可以被考慮。 在這種情況 不涉及數(shù)量說明。
本發(fā)明的基礎是，發(fā)明人已認識到，在電極電流中表現(xiàn)出來的電弧燃燒行為準許 推斷出由電弧擊中的熔煉爐料的特性。電弧擊中熔煉爐料的區(qū)域通常被稱為電弧根區(qū) (Lichtbogenfu^bereich)或電弧起點(Lichtbogenfu β punkt)。實現(xiàn)了一種方法，利用所 述方法現(xiàn)在可以根據(jù)所檢測的電極電流推斷出尤其在電弧的電弧根區(qū)中熔煉爐料的特性。 鑒于在電弧爐中存在的固體，這首先允許動態(tài)地調(diào)節(jié)電弧爐。通過本發(fā)明能夠提供電弧爐 的經(jīng)濟性的提高，因為利用本發(fā)明方法可以與在電弧中要熔化的固體的特性有關地將能量 引入電弧爐中。在本發(fā)明的有利擴展方案中，分配給所檢測的電極電流的頻率范圍的電流分量借 助于電極電流的傅立葉變換被確定。傅立葉變換是簡單的工具，用以將信號從時域轉化到 頻域。尤其存在多種變化可以如何借助于傅立葉變換實現(xiàn)時域中信號的這種轉化。在這 種情況下可以利用離散傅立葉變換、傅立葉序列、連續(xù)傅立葉變換、利用快速傅立葉變換和 必要時傅立葉變換的其它變化來工作。傅立葉變換是快速和有效地實施將電極電流信號從 時域轉化到頻域的該方法步驟的簡單和常用的可能性。在本發(fā)明的另一有利的擴展方案中，以工作頻率運行電極，并且將頻率范圍基本 上限制于電極的工作頻率。這種擴展方案可以尤其是在交流電電弧爐的情況下被采用。目 前所安裝的電弧爐容量的大部分是交流電電弧爐。在這種情況下，通常對三個電極施加周 期性電壓，其中電弧分別在電壓最大值處點火并且其間快速地熄滅。通常以電極的工作頻 率的雙倍頻率實現(xiàn)電弧的脈動(PUlsieren)。工作頻率是電參量的這樣的頻率，以所述頻率 對電極施加，通常用以運行電弧。通過將要分析的頻率范圍基本限制于電極的工作頻率，從 而確定基波的電流分量。這是特別簡單地可能的。在本發(fā)明的另一有利擴展方案中，以工作頻率運行電極，并且頻率范圍基本正好 不包括電極的工作頻率。在這種情況下，諧波的電流分量被確定。在以前段落中針對電極 的工作頻率作出的意見類似地適用于針對電極的工作頻率確定諧波的電流分量?；ǖ碾娏鞣至炕蚺c基波電流分量互補的電流分量特別良好地適用于確定塊度 尺度?；娏鞣至亢椭C波電流分量不是彼此無關的，而是互補成總電極電流，并且因此可 以被稱為是互補的。因此，諧波電流分量可以簡單地借助于基波電流分量和所檢測的電極 電流來計算，以及基波電流分量可以借助于諧波電流分量和所檢測的電極電流來計算。在 此，技術人員可以預先規(guī)定，在計算基波電流分量時僅考慮超過特定的可確定的閾值的電 流分量。如果使基波的電流分量與有效值尺度有關或者使諧波的電流分量與有效值尺度 有關，則獲得特別有利的參量，所述參量說明如何獲得在電弧爐中、尤其在電弧根區(qū)處的固 體的塊度。因為固體的塊度影響電弧的燃燒行為。電弧燃燒行為隱性地包含在所測量的電 極電流中。因此通過分析電極電流可以獲得在電弧根區(qū)中的固體塊度的相對尺度。在本發(fā)明的特別有利的實施形式中，塊度尺度被用于控制和/或調(diào)節(jié)電弧爐的至 少一個工藝參量。因此，例如可以借助于所確定的塊度尺度根據(jù)所確定的塊度尺度針對每 個電極分開地控制或調(diào)節(jié)通過多個電極要引入到熔煉爐料中的能量。如果例如在電極之一 下確定可以使得與重廢料或“渣殼(Baren )”相關聯(lián)的塊度尺度，則可以例如在有損其它 兩個電極的情況下提高針對該電極的電弧功率。工藝參量被理解為每個可調(diào)整的物理參 量，所述物理參量優(yōu)選顯著地影響固體的熔化的工藝。有利地尤其設置一種用于運行具有至少一個電極的電弧爐的方法，其中借助于由至少一個電極形成的電弧熔化輸送給電弧爐 的固體，其中確定固體的塊度的尺度，并且借助于所確定的塊度尺度控制和/或調(diào)節(jié)電弧 爐的工藝參量。有利地，可以將用于在電弧爐中在電弧根區(qū)中確定塊度尺度的方法與用于在電弧 爐中確定狀態(tài)參量的其它方法組合。由此可以使電弧爐的運行盡可能完全廣泛地、動態(tài)地 與在鋼制造工藝時分別在電弧爐中存在的狀態(tài)參量相匹配。該任務同樣通過用于電弧爐的、具有可機讀的程序代碼的信號處理裝置來解決， 所述程序代碼具有控制指令，所述控制指令使信號處理裝置執(zhí)行按照權利要求1至5之一 所述的方法。由此可以自動化地執(zhí)行對固體的塊度尺度的確定，并且可以根據(jù)塊度尺度在 需要時直接實現(xiàn)對電弧爐的工藝參量的控制和/或調(diào)節(jié)?？商娲?，也可以根據(jù)所確定的 和優(yōu)選輸出的、尤其以圖形方式輸出的塊度尺度通過操作員手動地調(diào)整電弧爐的調(diào)定量。該任務同樣通過具有其上所存儲的根據(jù)權利要求7所述的可機讀的程序代碼的 存儲介質來解決。另外，本發(fā)明所基于的任務通過具有至少一個電極、具有用于檢測輸送給所述至 少一個電極的電極電流的電極電流檢測裝置和具有根據(jù)權利要求6所述的信號處理裝置 的電弧爐來解決，其中所述電極電流檢測裝置與信號處理裝置有效連接。由此可以提供一 種根據(jù)所確定的塊度尺度以改善的方式可運行的電弧爐。在本發(fā)明電弧爐的優(yōu)選擴展方案中，信號處理裝置與控制和/或調(diào)節(jié)裝置有效連 接用于從塊度尺度中確定電弧爐的工藝參量的調(diào)定量。信號處理裝置和控制/或調(diào)節(jié)裝置 可以在結構上組合地或彼此分開地來構造。所述兩個裝置的合作允許自動化地以改善的方 式運行電弧爐。尤其可以改善電極的位置控制、能量引入、裝料和/或出爐時刻的預測。工 藝參量的調(diào)定量被理解為可間接或直接調(diào)整工藝參量所借助的每個參量。


從根據(jù)以下附圖更詳細闡述的以下實施例中得出本發(fā)明的其它優(yōu)點。其中圖1示出電弧爐的示意圖，圖2示出電弧爐的電極的與時間有關的電極電流信號的圖示，圖3示出有限時間窗中與頻率有關的電極電流信號的圖示，圖4針對電弧爐的一個電極示出塊度尺度的時間特性曲線，圖5示出該方法的示例性過程的流程圖。
具體實施例方式圖1示出具有多個電極3a、3b、3c的電弧爐1，所述電極經(jīng)由電流引線與電流供應 裝置12耦合。電流供應裝置12優(yōu)選地具有爐變壓器。借助于三個電極3a、3b、3c在電弧爐1中熔化可能具有合金成分和/或添加劑的 爐料，例如廢鋼和/或廢鐵和/或直接還原的鐵。迄今不知道，哪種廢料在什么時刻處于哪個電極3a、3b、3c下。因此，通過電極 3a.3b.3c的能量引入靜態(tài)地、也即與當前基本上位于電極3a、3b、3c下的和由電弧L擊中 (treffen)的廢料無關地被調(diào)節(jié)。通常，電極電流并從而相應電極3a、3b、3c的位置根據(jù)阻抗這樣被調(diào)節(jié)，使得相應電弧L的電弧長度基本上是恒定的。在所示的示例中，在電極3a、3b、3c的電流引線處設置電極電流檢測裝置13a、 13b、13c，借助于所述電極電流檢測裝置可以測量電流和/或電壓或輸送給電極3a、3b、3c 的能量。電極電流檢測裝置13a、13b、13c與信號處理裝置8有效連接。也就是說，在至少 一個電極電流檢測裝置13a、13b、13c和信號處理裝置8之間無接觸地或基于接觸地傳輸信 號。所傳送的信號在此代表隨時間所檢測的電極電流。優(yōu)選連續(xù)地和對于輸送給電極3a、 3b、3c的所有電極電流進行對這種信號的傳送。以電弧爐1的電極3a為例，示例性地闡述塊度尺度的確定。優(yōu)選地在運行電弧爐 期間連續(xù)地并針對所有電極3a、3b和3c來確定塊度尺度。(利用電極電流檢測裝置13a (參 見圖1)所檢測的)在時間上所檢測的針對電極3a的電極電流(參見圖1)在圖2中示出。 只要數(shù)據(jù)還未以數(shù)字化形式存在，則所測量的或所檢測的電極電流被數(shù)字化。這借助于例 如每秒12000個樣本的足夠高的采樣率來實現(xiàn)。采樣率的大小與出現(xiàn)的在時間上的電極電 流變化dl(t)/dt有關。在這種情況下，I(t)是在時間上可變的、分配給電極電流的電極電 流信號，t是時間。電極電流隨時間變化越快，通常應選擇采樣率越高，以便以相應的精度 檢測電極電流的變化。必要時能夠與期待的電極電流變化有關地來調(diào)整采樣率。在考慮信號處理裝置8用于分析該方法之前，優(yōu)選地一次性地借助于存儲介質 22、例如壓縮盤以可機讀的程序代碼21的形式來輸送該方法并存放在可存儲器編程的信 號處理裝置8上。因此，信號處理裝置8準備用于執(zhí)行在電弧爐中確定固體的塊度尺度的 方法。借助于電極電流檢測裝置13a所檢測的電極電流信號I⑴被輸送給所準備的信 號處理裝置8。在信號處理裝置8中，進行電極電流信號I(t)從時域向頻域的變換，使得獲 得按頻率分量劃分的電極電流1(f)，其中f是頻率。與1(f)含義相同地可以確定I (ω)， 其中ω =23lf。電極電流信號從時域向頻域的變換優(yōu)選地借助于傅立葉變換來實現(xiàn)。但 是必要時其它變換方法也適于將信號從時域轉化到頻域。這些同樣可供技術人員使用。從所變換的電極電流信號的頻譜中現(xiàn)在確定要分析的頻率范圍。優(yōu)選地，該頻率 范圍基本上正好是電極的工作頻率或者包括基本上正好不包括電極的工作頻率的頻率范 圍。圖3示出電極3a(見圖1)的在圖2中以片段方式所示的電極電流信號的被轉化 到頻域的電極電流信號的片段。識別出，電極電流的最高的信號量值處于電極電流的基頻 fQ和其倍數(shù)nxf (其中n = 2，3，4，…)處。但是這通常僅時間平均地適用。基頻&通常 是電網(wǎng)的電網(wǎng)頻率，以所述電網(wǎng)對電弧爐的電極施加。例如，這在歐洲通常是50Hz，例如在 北美區(qū)域為60Hz?；l& 一般是電極的工作頻率并從而是電弧點火頻率的一半。附加地，輸送給電極的電流的有效值被確定。該有效值在圖中未示出。但是該有 效值同樣如電極電流信號I (t)那樣在時間上是可變的。例如由為基頻倍數(shù)、也即2fo、3fo、4fo等的頻率的電流分量之和與有效值尺度(例 如電極電流的有效值)組成的商被構成為在電弧爐1中存在的固體的塊度尺度。優(yōu)選地， 僅僅累計頻率的以下電流分量，即其電流分量不低于閾值或者其量值不是可忽略地小。因 此，商良好近似地再現(xiàn)電極電流的百分比諧波電流分量。該商適合作為塊度尺度，因為該商 給出關于電弧的燃燒行為的說明，并且這與在電弧起點處固體的塊度有關?？商娲兀娏鞣至靠梢员挥米鲏K度尺度。兩個分量可以同樣適用于被用作塊度尺度。通?？梢詢?yōu)選 將基波電流分量確定為塊度尺度，因為可以簡單地確定所述基波電流分量。通過相應地歸 一化，也可以將諧波電流分量間接地確定為負基波電流分量，其中所有電極電流分量之和 被歸一化為一。圖3示出作為與電極電流的百分比諧波電流分量成比例的信號的塊度尺度。塊度 尺度的相對上升說明，通過燃燒的電弧熔化固體變得困難化。也就是說，在電極下的固體比 以前更堅固，并且在相同的能量引入的情況下需要較長的熔化持續(xù)時間。例如，在圖3中所 示的塊度尺度針對較晚的時間示出顯著上升。這于是表明，現(xiàn)在在有關的電極下存在堅固 的、較大的廢料部分，其中現(xiàn)在電弧在所述廢料部分上燃燒?；趬K度尺度的這種上升，現(xiàn)在可以規(guī)定，借助于控制和/或調(diào)節(jié)裝置9這樣調(diào)節(jié) 電弧爐的工藝參量、例如電極3a的阻抗，使得借助于電極3a將更多的能量引入電弧爐中， 以便能夠更快地熔化重廢料。因此可以在電弧爐中更均勻地熔化堅硬的熔煉爐料。電弧爐的運行得以改善。尤其可以考慮塊度尺度的時間特性曲線，以便以改善的方式確定裝料時刻和出爐 時刻。例如如果在較長的持續(xù)時間上未觀察到塊度尺度的顯著上升，則這于是表明，熔煉爐 料現(xiàn)在主要以流體形式存在。因此可以向電弧爐中裝其它廢料或者出爐。通過以改善的方 式確定裝料和/或出爐時刻提高電弧爐的吞吐量，這導致經(jīng)濟性的改善，尤其也導致能量 節(jié)省。圖5示出表示該方法的示例性過程的流程圖。在這種情況下認為，電弧爐處于運 行中并且在電極和固體之間設置和形成電弧用以熔化固體。首先在方法步驟30中，針對電弧爐的每一電極檢測電極電流。然后在方法步驟31 中，從所檢測的電極電流中計算例如電極電流有效值形式的有效值尺度。時間上與之并行 地，在方法步驟32中從所檢測的電極電流中確定頻率分辨電極電流信號并且從該電極電 流信號中針對對確定塊度尺度重要的頻率范圍選擇電流分量。接下來，由認為重要的電流 分量和有效值尺度形成商，所述商被考慮作為由電弧擊中的固體的塊度的尺度。優(yōu)選地一 方面在方法步驟34中以圖形方式向電弧爐的操作人員顯示該尺度。另一方面，在并行運行 的方法步驟35中，從塊度尺度中計算電弧爐的調(diào)定量，以便有利地干涉熔化工藝。接下來 在方法步驟36中檢查，是否應該結束該方法。如果情況并非如此，因為例如熔化過程還未 結束，則執(zhí)行該方法如此長的時間，直至應該結束該方法為止。向操作人員輸出針對塊度尺度的信息以及根據(jù)塊度尺度控制和/或調(diào)節(jié)電弧爐 是該方法的可選組成部分。
權利要求
用于在電弧爐(1)中確定固體(S)、尤其是廢料的塊度尺度(M)的方法，其中檢測(30)輸送給電極(3a，3b，3c)用于在電極(3a，3b，3c)和固體(S)之間形成電弧(L)的電極電流，其中從所檢測的電極電流(I(t))中確定(31)所檢測的電極電流(I(t))的有效值尺度，其中從所檢測的電極電流(I(t))中確定(32)分配給所檢測的電極電流(I(t))的頻率范圍的電流分量，其中作為塊度尺度(M)形成(33)由電流分量和有效值尺度組成的商。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，分配給所檢測的電極電流(I(t))的頻率 范圍的電流分量借助于所檢測的電極電流(I(t))的傅立葉變換來確定(32)。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，以工作頻率運行電極(3a，3b，3c)，并 且頻率范圍基本上限制于電極(3a，3b，3c)的工作頻率。
4.按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，以工作頻率運行電極(3a，3b，3c)，并 且頻率范圍基本上不包括電極(3a，3b，3c)的工作頻率。
5.按照權利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，借助于所確定的塊度尺度(M)控 制和/或調(diào)節(jié)(35)電弧爐(1)的工藝參量。
6.電弧爐(1)用的信號處理裝置(8)，具有可機讀的程序代碼(21)，所述程序代碼具有 控制指令，所述控制指令使所述信號處理裝置(8)執(zhí)行按照權利要求1至5之一所述的方 法。
7.電弧爐(1)用的信號處理裝置(8)的可機讀的程序代碼(21)，其中程序代碼(21) 具有控制指令，所述控制指令使所述信號處理裝置(8)執(zhí)行按照權利要求1至5之一所述 的方法。
8.存儲介質(22)，具有其上所存儲的按照權利要求7所述的可機讀的程序代碼(21)。
9.電弧爐，具有至少一個電極(3a，3b，3c)、具有用于檢測輸送給至少一個電極(3a， 3b, 3c)的電極電流(I(t))的電極電流檢測裝置(13a，13b，13c)和具有按照權利要求6所 述的信號處理裝置(8)，其中電極電流檢測裝置(13a，13b，13c)與信號處理裝置(8)有效連接。
10.按照權利要求9所述的電弧爐，其特征在于，信號處理裝置(8)與控制和/或調(diào)節(jié) 裝置(9)有效連接用于從塊度尺度(M)中確定電弧爐(1)的工藝參量的調(diào)定量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在電弧爐(1)中確定固體(S)、尤其是廢料的塊度尺度(M)的方法，其中檢測(30)輸送給電極(3a，3b，3c)用于在電極(3a，3b，3c)和固體(S)之間形成電弧(L)的電極電流，其中從所檢測的電極電流(I(t))中確定(31)電極電流的有效值尺度，其中從所檢測的電極電流(I(t))中確定(32)分配給所檢測的電極電流的頻率范圍的電流分量，其中作為塊度尺度(M)形成(33)由電流分量和有效值尺度組成的商。由此提供一種方法，利用所述方法可以確定輸送給電弧爐的熔煉爐料的性質。
文檔編號F27D19/00GK101932734SQ200980103695
公開日2010年12月29日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權日2008年1月31日
發(fā)明者A·德貝勒, D·里格爾, K·克呂格爾, T·馬楚拉特 申請人:西門子公司