(57)【要約】  本発明は、冶金電気再溶解プロセスにおける電極信号（８２）から電源ネットワーク障害（８４）をフィルタリングするための方法および装置に関し、特に、溶解炉（１０）の電極ギャップ（４８）の閉ループ制御のためのシステムの電極ギャップ閉ループ制御のための方法および装置（４０）に関する。この目的のために、上記装置は、電極信号（８２）、特に、電極（３０）の電極電流および／または電極電圧を計測するための少なくとも１つの電極センサ装置（４４）と、ネットワーク信号、特に、ネットワーク電流および／またはネットワーク電圧を計測するためのネットワークセンサ装置（４６）と、電極信号（８２）からネットワーク信号のネットワーク障害（８４）をフィルタリングするためのフィルタ装置（５０）とを備え、それによって、ネットワーク障害を持たない電極信号（８０）が出力され得るようにする。
2014500938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金電気再溶解法における電極信号（８２）から電源ネットワーク障害（８４）をフィルタリングするための、特に、溶解炉（１０）の電極ギャップ（４８）の閉ループ制御のためのシステムの電極ギャップ閉ループ制御のための装置（４０）であって、
電極信号（８２）、特に、電極（３０）の電極電流および／または電極電圧を計測するための少なくとも１つの電極センサ装置（４４）と、
ネットワーク信号、特に、ネットワーク電流および／またはネットワーク電圧を計測するためのネットワークセンサ装置（４６）と、
前記電極信号（８２）から前記ネットワーク信号のネットワーク障害（８４）をフィルタリングするためのフィルタ装置（５０）とを備え、
それによって、ネットワーク障害を持たない電極信号（８０）が出力され得るようにする、装置。
【請求項２】
前記フィルタ装置（５０）は、前記電極信号（８２）および／または前記ネットワーク信号の関連する信号範囲の周波数フィルタリングを行うための少なくとも１つの周波数フィルタユニット（５２）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フィルタ装置（５０）は、
前記ネットワーク信号および／または前記電極信号（８２）を互いに適合させるための少なくとも１つの適合ユニット（５４）と、
適合された前記信号を互いから減算するための減算ユニット（５６）とを含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記フィルタ装置（５０）は、
ネットワーク位相値を検出するための位相検出ユニット（５８）と、
複数の位相記憶場所（６２）において前記電極信号（８２）および／または前記ネットワーク信号の時間離散の位相関連サンプルを記憶するための記憶ユニット（６０）とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記位相検出ユニット（５８）は、ネットワーク位相識別手段（６４）、特に、ＰＬＬ位相識別手段を有する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記位相検出ユニット（５８）は、マルチプレクサユニット（６６）と、デマルチプレクサユニット（６８）とをさらに有し、
前記マルチプレクサユニット（６６）は、位相記憶場所（６２）へ前記電極信号（８２）および／または前記ネットワーク信号のサンプルを結び付けることが可能であり、
前記デマルチプレクサユニット（６８）は、正しい位相関係において位相記憶場所（６２）のサンプルを読み出すことが可能である、請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記フィルタ装置（５０）は、前記電極信号（８２）における周期的なネットワーク障害（８４）を分析するための周期性分析ユニット（７０）をさらに含み、
前記周期性分析ユニット（７０）は、前記記憶ユニット（６０）の前記位相記憶場所（６２）に記憶された位相関連サンプルを読み出し、変更し、および記憶することが可能である、請求項４〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記周期性分析ユニット（７０）は、前記位相記憶場所（６２）の事前に記憶されたサンプルを用いて位相記憶場所（６２）の帰属サンプルを調整可能に平均化することが可能であり、および／または、隣接する位相記憶場所（６２）のサンプルを用いて前記サンプルを調整可能に重み付けすることが可能である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記周期性分析ユニット（７０）は、前記マルチプレクサユニット（６６）および前記デマルチプレクサユニット（６８）のスイッチング位相インターバルを適合可能に制御することが可能である、請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
冶金電気再溶解法における電極信号（８２）から電源ネットワーク障害をフィルタリングするための、特に、電極ギャップの閉ループ制御のための、好ましくは、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置（４０）を用いる方法であって、
電極信号（８２）、特に、電極（３０）の電極電流および／または電極電圧、ならびに、ネットワーク信号、特に、ネットワーク電流および／またはネットワーク電圧が計測され、
前記ネットワーク信号のネットワーク障害（８４）が前記電極信号（８２）からフィルタリングされて、ネットワーク障害を持たない電極信号（８０）が出力される、方法。
【請求項１１】
前記電極信号（８２）および前記ネットワーク信号は、互いに適合されるとともに、互いから減算される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ネットワーク信号に基づいてネットワーク位相が識別されるとともに、前記電極信号（８２）の位相関連サンプルが記憶され、それによって、前記電極信号のサンプルに基づいて周期的なネットワーク障害（８４）が識別されるとともに、前記電極信号（８２）から差し引かれる、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記サンプルは、先行するサンプルを用いて平均化され、および／または、位相が隣接するサンプルを用いて調整可能に重み付けされ、特に、位相および／または周波数に依存して重み付けされる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記サンプルの位相インターバルは、発生する信号変化に対応して適合される、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記サンプルの数は、特に、前記ネットワーク障害のタイプおよび範囲、および／または、前記再溶解プロセスの位相に変更可能に適合される、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金電気再溶解プロセスにおける電極信号から電源ネットワーク障害をフィルタリングするための方法および装置に関する。特に、本発明は、真空アーク再溶解プロセスまたは電気スラグ再溶解プロセスのような、冶金電気再溶解プロセスにおける溶解炉内の電極ギャップの閉ループ制御のためのシステムの改善された電極ギャップ閉ループ制御のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば電気スラグ再溶解プロセスまたは真空アーク再溶解プロセスなどの冶金電気再溶解プロセスにおいては、低電圧での大電流が、炉室内の電極の再溶解に用いられ、電極の端部から溶解材料への電流伝達によって、電極材料は、完全に溶かされて、高純度特性を持つ液状の溶解材料へ変換される。
【０００３】
電気再溶解プロセスは、まっすぐにされた後に固まるとともに欠陥のない構造を有する最高純度の鋼を生産するための冶金プロセスである。このプロセスによると、固い鋼のブロックがスラグ槽に漬けられ、ブロックは、電極の機能を有するとともに溶かされる。硫黄および非冶金含有物は、スラグを通過するときにスラグによって吸収され、その後沈殿する。鋼は、スラグの下で固まる。この方法で生産された鋼は、改善された技術的特性を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
真空アーク溶解プロセスは、改善された化学的特性および機械的特性ならびに均一性を有するとともに最高の品質要求を満足する高品質の溶解材料を生産するための溶解プロセスである。この目的のために、冷却された炉室において、真空または低空気圧内でアークによって電極が溶かされ、炉室の端部に液状の溶解材料が堆積し、溶かされている電極の低部端と液状の溶解金属の上昇面との間のギャップをできるだけ等しくすることに関する高精度な閉ループ制御が実行されなければならない。
【０００５】
通常、そのような電極ベースの冶金再溶解プロセスは、高い電流消費機器が存在するとともに、電圧降下、電圧レベルの変動、および高周波数スイッチングインパルスなどのような、電源ネットワークにおける対応する障害が発生する厳しい電気的環境において実行される。たとえば、複数の照明装置および加熱装置または駆動モータは、出力コントローラおよび／または反転整流器によって作動し、それによって、電源ネットワークにおける電気駆動の高周波数スイッチングインパルスが検出され得る。これらの障害は、再溶解プロセスのための直流または交流の電源電圧へも影響し、それらにおいて検出され得る。
【０００６】
通常、発生するネットワーク障害は周期的であり、すなわち、これらは、たとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのような、周波数または電源ネットワークの周波数の倍数に対応して発生する。したがって、上記ネットワーク障害の大部分について、ネットワーク期間に対する位相関係が定められ得る。上記障害は、再溶解プロセスのための供給電圧として変換されるときに再溶解プロセスの電気システムへ送られ、そこで悪影響を及ぼし得る。現代の再溶解炉においては、溶解材料の表面からの電極のギャップの閉ループ制御である、溶解材料の品質の主な要因となる、電極ギャップの閉ループ制御は、電極から溶解材料への電圧または電流の非直接的な計測に基づいており、発生する短絡回路が検出され、これらの短絡に基づいて電極ギャップが閉ループ制御を受け得る。均一な液滴短絡の一定の発生は、一定の電極ギャップを示す。したがって、たとえば、狭い電圧範囲または短い時間インターバルにおける電極短絡の高い精度の検出を用いた改善された電極閉ループ制御を考慮する並行したさらなる開発がある。これらの場合においては、供給電流に影響するネットワーク障害は、電極ギャップの閉ループ制御に特に悪影響を及ぼす。
【０００７】
冶金電気再溶解プロセスにおける電源ネットワーク障害がフィルタリングされ得る装置および方法を提供することが本発明の課題であり、それによって、電極電流の電圧または電流の低下の検出に基づく特に高精度な電極ギャップの閉ループ制御が実行され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、独立クレームに従う装置および方法によって解決される。有利なさらなる実施の形態は、従属クレームの主題である。
【０００９】
本発明によると、冶金電気再溶解プロセスにおける電極信号から電源ネットワーク障害をフィルタリングするための装置が提供され、特に、溶解炉の電極ギャップの閉ループ制御のためのシステムの電極ギャップ閉ループ制御に用いられ得る。装置は、電極信号、特に、電極の電極電流および／または電極電圧を計測するための少なくとも１つの電極センサ装置と、ネットワーク信号、特に、ネットワーク電流および／またはネットワーク電圧を計測するためのネットワークセンサ装置と、電極信号からネットワーク信号のネットワーク障害をフィルタリングするためのフィルタ装置とを備え、それによって、ネットワーク障害を持たない電極信号が出力され得る。
【００１０】
上記装置によって、電極の再溶解に用いられる電気的電極信号、たとえば、電極電圧または流れている電極電流が計測され、ネットワークセンサ装置のデータが記録され、これらから、たとえば、ネットワーク電流、ネットワーク電圧、またはネットワーク周波数が決定され得る。さらに、本発明は、電極信号からネットワーク信号のネットワーク障害をフィルタリング可能なフィルタ装置をさらに備え、それによって、訂正された電極信号が提供され得る。それによると、たとえば、周期的に発生するネットワーク障害が抑制される。電極信号およびネットワーク信号の比較によって、ネットワークに入力された障害が電極信号において特定されるとともに排除され、それによって、電極信号は、周囲の電気設備のいかなる障害の影響もない再溶解プロセスの情報のみを含む。そのような方法でフィルタリングされた電極信号は、たとえば、電極と溶解材料の液状の表面との間のギャップの高精度な閉ループ制御を可能とし、それによって、再溶解材料の品質の向上が達成され得る。
【００１１】
有利なさらなる実施の形態によると、フィルタ装置は、電極信号およびネットワーク信号の関連する信号範囲の周波数フィルタリングするための少なくとも１つの周波数フィルタユニットを含み得る。たとえば、フィルタ装置は、キャパシタンス、インダクタ、理想的な抵抗などの従来のフィルタ要素、または、周期的に発生するネットワーク障害を電極信号からフィルタリングし得る、トランジスタ、サイリスタ、またはＩＣのような回路要素を含むアクティブフィルタ回路を含み得る。しかしながら、周波数フィルタユニットは、関連する信号障害を電極信号からアナログ処理またはデジタル処理でフィルタリング可能とするために、電極信号またはネットワーク信号を分析する複合信号処理ユニットも含み得る。
【００１２】
もう１つの有利なさらなる実施の形態によると、フィルタ装置は、ネットワーク信号および／または電極信号を互いに適合させるための少なくとも１つの適合ユニットと、適合された信号を互いから減算するための減算ユニットとを含み得る。交流に基づく再溶解プロセスの場合においては、たとえば、ネットワーク信号または電極信号のスケーリングは、双方の信号が互いに増幅的に適合可能であることをもたらす。それによって、互いからの信号の単純な減算は、再溶解プロセスによって引き起こされた障害をもたらすだけである。それによって、この短絡情報に基づいて、電極閉ループ制御が実行され得る。直流電圧の再溶解プロセスの場合においては、たとえば、ネットワーク信号が整流されるとともに電極信号の大きさに適合される。それによって、この場合、減算は、ネットワーク誘導エラーのフィルタリングももたらし得る。
【００１３】
有利なさらなる実施の形態によると、フィルタ装置は、ネットワーク位相値を検出するための位相検出ユニットと、複数の位相記憶場所に電極信号および／またはネットワーク信号の離散時間の位相関連サンプルを記憶するための記憶ユニットとを含み得る。したがって、フィルタ装置は、以下に位相記憶場所と称される記憶場所において、位相検出ユニットによって、たとえば、ネットワーク位相のゼロポイントに基づいて決定され得る、決定されたネットワーク位相値に対応して、離散時間にて電極信号および／またはネットワーク信号のサンプルを取得し得る。したがって、フィルタ装置は、後続の位相時期、すなわち、ネットワーク期間のサンプル時期において、後続のサンプルの離散表現を記憶し得る。このように、ネットワーク信号および／または電極信号のサンプリングされた位相が分析され、繰り返されたサンプリングの後に、顕著なネットワーク障害がフィルタリングされ得る。
【００１４】
さらに、先行する実施の形態を基にして、位相検出ユニットは、ネットワーク位相識別手段、特に、ＰＬＬ位相識別手段を有利に有し得る。位相検出ユニットは、位相、すなわち、ネットワーク電圧の期間のゼロポイントの時期を識別する課題を有する。この目的のために、ネットワーク位相識別手段、たとえば、位相結合制御またはＰＬＬ位相識別手段（位相ロックループ）として知られる位相識別手段を用いることが便利である。位相ロックループと称される位相サーボループは、位相位置とこの接続における振動の周波数とを検出し得る電子回路アセンブリであり、外部のネットワーク信号と生成された信号との間の可能な限り小さい位相偏移が達成され得る。これは、ネットワークが重大なネットワーク障害を受ける場合であっても、ネットワークの位相を識別およびモニタするように機能し、正確な位相情報を確実に提供し得る。これは、ネットワーク期間内のサンプルを個別の位相記憶場所に高精度に結び付け得る。
【００１５】
サンプリングされた電極信号またはネットワーク信号が位相に関連して記憶される場合には、原理的には任意の可能な方法で実現され得る。先行する実施の形態から始まって、有利なさらなる実施の形態においては、位相検出ユニットは、マルチプレクサユニットと、デマルチプレクサユニットとを含み得る。マルチプレクサユニットは、位相記憶場所へ電極信号および／またはネットワーク信号のサンプルを結び付けることが可能であり、デマルチプレクサユニットは、正しい位相関係において位相記憶場所のサンプルを読み出すことが可能である。この場合、位相検出ユニットの検出された位相に基づいて、特定の位相時期のサンプルを結び付け得る所定の位相記憶場所へいずれの場合にも接続されるマルチプレクサを作動させることが提案され、マルチプレクサは、検出された位相の関数として１つの位相記憶場所からもう１つへ進めることができる。それに対応して、検出された位相に対応して位相記憶場所の内容がデマルチプレクサによって読み取られ、それらの値は、記憶された信号を再構築するために連続的に読み出され得る。したがって、位相検出ユニット、マルチプレクサユニット、およびデマルチプレクサユニットの組み合わせは、ネットワーク期間に亘る電極信号またはネットワーク信号の時間的推移を記憶し得る、いわゆる位相記憶場所において、サンプリングされた値を記憶するように機能する。したがって、ネットワーク期間に亘る信号の推移の位相値に従ってグループ分けされた増分表示が利用可能である。位相記憶場所の値の間における個別の位相ギャップは一定値に選択され得るが、これらは変更可能であってもよい。したがって、多くの変化または障害インパルスが発生する位相範囲においては、個別の位相ポイント間において変化がほとんど発生しない範囲よりも小さい位相ギャップを選択することが都合がよい。
【００１６】
先行する実施の形態を基にして、有利な方法において、フィルタ装置は、電極信号における周期的なネットワーク障害を分析するための周期性分析ユニットをさらに含み得る。周期性分析ユニットは、記憶ユニットの位相記憶場所に記憶された位相関連サンプルを読み出し、変更し、および記憶することが可能である。ここで、周期性分析ユニットは、個別の位相記憶場所へのアクセスを有し、この中の位相に関連したサンプルを読み出し、上記サンプルを互いに比較し、たとえば、いくつかの期間に亘る、個別の位相記憶場所における値の推移を観察し、特定の位相記憶場所に周期的な信号部分が存在するか否かを識別し得る。これらは、周期的なネットワーク障害として識別され、統計的に分布した電極信号の短絡障害から区別され得る。そのような定位相障害は、位相記憶場所における周期性分析ユニットによって差し引かれ、それによって、記憶された電極信号からネットワーク障害が取り除かれ得る。
【００１７】
先行する実施の形態を基にして、周期性分析ユニットは、位相記憶場所の事前に記憶された履歴サンプルを用いて、位相記憶場所の帰属サンプルを調整可能に平均化または平滑化することが可能であり、および／または、時間に関して隣接する位相記憶場所のサンプルを用いてサンプルを調整可能に重み付けすることが可能である。これに関して、先行するネットワーク期間の履歴サンプルを有するいくつかのレジスタを、各位相記憶場所が含むことが考えられる。周期性分析ユニットは、各位相の現在記憶されているサンプルを、同一の位相時期の先行するサンプルと、または隣接する位相記憶場所の現在値および履歴値と比較し得る。ここで、時間またはネットワーク期間履歴において隣接するものに関して、平均化、平滑化、および分析の実行が可能である。
【００１８】
周期性分析ユニットは、特定の位相範囲または時間インターバルにおける高振幅変化の範囲を単純な方法で識別し得る。ここで、適応時間フェンスを生成するために、周期性分析ユニットがマルチプレクサユニットおよびデマルチプレクサユニットのスイッチング位相インターバルを適合可能に制御できることが考えられ、有利である。たとえば、周期性分析ユニットは、障害がほとんど発生しない位相範囲において大きいスイッチング位相インターバルを規定し、高周波数障害が発生する位相範囲において小さい位相時間インターバルを決定し得る。それによって、マルチプレクサユニットおよびデマルチプレクサユニットは、等間隔のサンプリングを実行できないが、むしろ、位相時間インターバルに亘って発生する増幅値の適合調整可能なサンプリングを実行し得る。したがって、関連した周波数範囲における障害を適合調整可能なフィルタリングが達成され得る。たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのネットワーク期間に対して１，０００〜５，０００個の位相記憶場所が生成され得る。これは、１，０００個の記憶場所の場合に１６〜２０μｓの位相時間インターバルに対応する。このように、２５ｋＨｚまでの範囲のネットワーク障害が考慮され得る。それに対応して、多数の位相記憶場所を用いて、より高い周波数を有するネットワーク障害が考慮され得る。通常、モータ制御反転整流器は、１６ｋＨｚのサンプル周波数において動作し、出力コントローラは、２０ｋＨｚ以上の範囲まで重大な障害インパルスを引き起こす。そのため、１，０００〜２０，０００個の多くの位相記憶場所が都合がよくなる。
【００１９】
１つの側面においては、本発明は、冶金電気再溶解法における電極信号から電源ネットワーク障害をフィルタリングするための方法を提供する。方法は、特に、電極ギャップの閉ループ制御のために用いられ、好ましくは、先行する請求項のいずれか１項に記載の装置を用い得る。これに関連して、電極信号、特に、電極の電極電流および／または電極電圧、ならびに、ネットワーク信号、特に、ネットワーク電流および／またはネットワーク電圧またはネットワーク周波数が計測され、電極信号からネットワーク信号のネットワーク障害がフィルタリングされる。それによって、ネットワーク障害を持たない電極信号が出力され得る。フィルタリング方法は、少なくとも１つの位相関係と同様に、ネットワーク電圧から取得され得る自身の電極信号の推移を考慮する。計測されたネットワーク電圧に基づいて、電源ネットワークから電極信号に達した障害は、電極信号から排除され得る。たとえば、電極信号から位相関連ネットワーク障害を取り除くために、ネットワーク信号から推定され得る位相関係は、この目的に機能する。
【００２０】
有利なさらなる実施の形態によると、電極信号およびネットワーク信号は、互いに適合され、互いから減算され得る。たとえば、交流電圧に基づく再溶解プロセスの場合において、ネットワーク信号は、スケールされた態様に電極信号の大きさへ変形され、それから減算され得る。電極信号におけるすべての対応するネットワーク信号障害は、排除され得る。再溶解プロセスによって影響される障害のみが含まれる電極信号が残る。直流電圧に基づく再溶解プロセスの場合には、ネットワーク信号が整流され得る。整流されたネットワーク信号においては、ネットワーク障害が表され、再溶解プロセスによって引き起こされる障害のみを分析できるために、スケールされた態様に整流された電極信号からこれらが差し引かれ得る。
【００２１】
有利なさらなる実施の形態の方法に対応して、ネットワーク信号に基づいて、ネットワーク位相が識別され、電極信号の位相関連サンプルが記憶され得る。それによって、電極信号サンプルに基づいて、周期的なネットワーク障害が識別され、電極信号から差し引かれ得る。したがって、この手順は、電極信号の位相関連サンプルを記憶し、ネットワーク期間に関するそれらの位相関係を分析することを提案する。障害信号部分に関連するネットワーク位相は、電極信号サンプルからフィルタリングされ得る。
【００２２】
有利なさらなる実施の形態に対応して、サンプルは、先行するサンプルを用いて平均化され、および／または、位相隣接サンプルを用いて調整可能に重み付けされ、特に、大きさ、位相、および／または周波数に依存して重み付けされ得る。小さい位相差を有する位相サンプリングによって、サンプルは、不明確な態様で正確な位相に関連するだけである。したがって、隣接する位相値および先行するネットワーク位相値が考慮され、位相関係を解析する場合には、重み付けされた、または平滑化された形式で考慮される点においてフィルタリング効果の改善が達成され得る。
【００２３】
追加的な、または代替的なフィルタリングオプションは、たとえば、位相の近接を調べることによって位相変動を有する障害が発生するそのような位相場所に配置すること、および、これらの時期に、フィルタリングされた信号を他のフィルタ、たとえば、適合されたトラップ周波数を有するローパスフィルタを通してフィルタリングすることとされ得る。適合は、この位相場所における障害のタイプに起因する。
【００２４】
たとえば、サイリスタコントローラは、ヒータをすばやくオン・オフし、長期間に亘って、位相４０°＋／−１°〜２°において不規則に変動させる。したがって、３８°〜４２°の範囲内においてロードスロープが発生する。たとえば、このスロープは、たとえば１０ｋＨｚのスペクトラムに対応するスティープネスである。フィルタは、３８°〜４２°の範囲内の障害を効果的にフィルタリングすることができない。なぜなら、この範囲内においては、障害の位相が変化するからである。しかしながら、位相位置が３８°〜４２°の間である時間インターバルにおいてのみスイッチオンされる、１０ｋＨｚ未満のトラップ周波数を有する下流のローパスフィルタは、この高周波数の位相不鮮明な障害を抑制し得る。いわば、このローパスフィルタは、電極信号を「修整」し、それによって、確実に障害が重畳されない部分のみが抑制されない。したがって、特に、１０°よりも小さい、好ましくは、５°よりも小さい、小さい位相時間インターバルにおいてのみ選択的にスイッチオンされる周波数フィルタ、特に、ローパスフィルタは、統計的に未訂正の短絡情報に影響することなく、周期的に発生する障害を効果的に抑制し得る。さらに、この期間に発生する障害信号は、電極ギャップの閉ループ制御を調べるときに無視され得る。この目的のために、閉ループ制御のための装置、たとえば、液滴検出器へ無視されるべき信号部分のローカライゼーションの情報を伝達することが有利である。
【００２５】
有利なさらなる実施の形態に対応して、サンプルの位相インターバルは、発生する信号変化に対応して適合され得る。ネットワーク期間内の２つのサンプルの時間インターバルである位相インターバルが、たとえば、ネットワーク電圧の変化、または電極信号の変化に適合され、それによって、電極信号またはネットワーク信号内の高周波数障害を用いて、障害がほとんどない範囲においてよりも短い位相インターバルである、より良いサンプリングが固定され得る。したがって、位相サンプルの有限の分解能によって、改善された精度のフィルタリング効果が達成され得る。適合は、所望のフィルタ精度、または所望のフィルタ範囲の設定によっても影響され得る。
【００２６】
有利なさらなる実施の形態によると、サンプルの数は、特に、ネットワーク障害のタイプおよび範囲、および／または再溶解プロセスの位相に変化可能に適合され得る。たとえば、わずかな電極障害のみが発生する、またはネットワーク障害が下位の役割のみを担う初期の再溶解位相においては、比較的粗い分解能のネットワークフィルタが選択され、高速度の再溶解位相の範囲においては、特に、たとえば高いまたは低い液滴短絡速度の範囲内におけるネットワーク障害を効果的にフィルタリング可能とするために、多数の位相記憶場所を有し、それに応じて高い計算コストを有するできるだけ高い分解能が用いられ得る。このように、障害フィルタは、所望のフィルタ精度に対応して適合的に用いられ得る。
【００２７】
原理的には、位相検出に基づく装置は、その動作のモードに関して、フェーディング蛍光モニタ、たとえば、オシロスコープと比較され得る。そのような方法は、現代のデジタルオシロスコープにおいてデジタル持続モードと称され、複合振動プロセスを分析するように機能する。ネットワーク期間、たとえば、５０Ｈｚ、２０ｍｓ、または、６０Ｈｚ、１６．６６ｍｓにおいて、電極信号データ、たとえば、電極電圧または電極電流が記録され、離散的な位相記憶場所に記憶される。ネットワーク期間が多数回繰り返された後に、平均化および比較動作によって、ネットワーク期間に対して固定された位相関係、たとえば倍音を周期的に有する位相記憶場所において、それらの値のみが常に残存する。一度だけの障害は「消滅する」。これは、オシロスコープの蛍光モニタに亘ってスキミングするとともに発光する電極ビームと比較され得る。これらの信号が周期的に継続して発生しなければ、発光領域は時間とともに消滅する。固定された位相関係を有するそのような周期的に発生する信号は、障害がない電極信号が存在するように、ネットワーク障害として解釈され、最初に記録された電極信号から差し引かれる。この意味において、隣接する位相記憶場所または先行する位相記憶場所の間の平均化は、非持続的な「位相メモリ」として解釈され、それによって、位相関係を有し、１つのネットワーク期間において繰り返され、いくつかのネットワーク期間において発生する信号部分が残存する。たとえば、液滴短絡によって説明され得る確率障害は、記録された位相記憶の信号において表わされない。現在記録されている電極信号からの記憶ユニットにおいて表わされる「発光」信号の減算は、ネットワーク期間に対する固定された位相関係を有する信号部分の抑制をもたらし、したがって、ネットワーク障害として解釈される。
【００２８】
本発明のさらなる利点は、本図面の説明からもたらされる。この図面においては、発明の実施の形態が説明される。図面、説明、および特許請求の範囲は、組み合わさった多くの特徴を備える。当業者は、さらなる妥当な組み合わせに対する個別の特徴を適宜加えるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】電気ベースの電極閉ループ制御を有する冶金電気再溶解装置を概略的に示す図である。
【図２】フィルタ装置の第１の実施の形態を示す図である。
【図３】フィルタ装置の第２の実施の形態を概略的に示す図である。
【図４】フィルタ装置のさらなる実施の形態を示す図である。
【図５】フィルタ装置のさらなる実施の形態を示す図である。
【図６ａ】ネットワーク障害信号に加えて、フィルタリングされていない、フィルタリングされた電極信号を示す図である。
【図６ｂ】ネットワーク障害信号に加えて、フィルタリングされていない、フィルタリングされた電極信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図面においては、同一のまたは類似の要素は、同一の参照番号を有する。
図１は、冶金電気再溶解装置、この場合は、真空電極再溶解装置を概略的に示し、電気溶解炉１０においては、溶解材料３２の液状表面からの電極３０のギャップは、電極駆動装置１２によって調整される。電極駆動装置１２は、電極３０が取り付けられ、溶解材料３２の液状表面からの電極の低部エッジのギャップを調整する電極フィードバー２０を鉛直に動かす。溶解材料３２は水冷真空炉室２２内に含まれ、真空生成装置２４によって低圧または真空が生成される。直接電極ギャップ計測を実行することが困難であるので、電力供給ライン１８を通して電極および溶解材料２３へ供給される電極電流、または、印加された電極電圧である電極信号を調べることによって非直接計測が実行される。この目的のために、電極センサ装置４４、たとえば、電流および／または電圧計測装置が電極３０の電力供給ライン１８へ結合され、その信号は、電極ギャップ４８の閉ループ制御のためのシステムによってタップされる。電極電圧または電極電流は、再溶解電力供給装置１６によって提供される。後者は、電源ネットワーク４２を通して、たとえば、三相交流電流として、またはトランスを介在することによって高電圧ネットワークから供給電圧を受け取る。電気的に近接して設置された高電流消費機器のために、電源ネットワーク４２の得られた電気エネルギは、障害が重畳され得る。上記障害は、たとえば、電気モータ駆動、またはサイリスタベースのディマー回路、照明、ヒータ、機械などの周期的スイッチング動作のような出力コントローラによる位相角度制御に起因する、たとえば、電圧降下、高周波数振動およびインパルスであり得る。上記障害は、電力供給装置１６を通して電極信号へ入力される。それらは、一方では、再溶解プロセスに不利に影響し、他方では、たとえば、ギャップ閉ループ制御のために用いられ得る電極信号の関連するパラメータの直接計測を妨げる。それらは、たとえば、液滴短絡速度、印加される直流電圧の安定性などであり得る。電極信号から悪いネットワーク障害信号をフィルタリングするために、電極ギャップの閉ループ制御のためのシステム４８は、最適な電極ギャップを調整するために電極駆動装置１２を直接作動させることができる電極ギャップの閉ループ制御のための装置７２に加えて、ネットワーク障害フィルタ装置４０を備える。電極ギャップの閉ループ制御のための装置７２は、ネットワーク障害がない電極信号に基づいてギャップの閉ループ制御を実行する。
【００３１】
図２は、ネットワーク障害フィルタ装置４０の第１の実施の形態を示す。図２に示されるネットワーク障害フィルタ装置４０は、電極信号および／またはネットワーク信号のスケーリングに基づき、それによって、双方の信号が互い適合され、互いから減算され得る。この目的のために、ネットワーク障害フィルタ装置４０は、再溶解電極の電力供給ライン１８の電極信号をタップする電極センサ装置４４、たとえば、電圧または電流メータを備える。電極センサ装置４４の電極信号８２は、信号適合ユニット５４へ伝達される。並行して、ネットワークセンサ装置４６は、電源ネットワーク４２のネットワーク信号８６を記録するとともに、信号適合ユニット５４へそれを伝達する。２つの信号適合ユニットは、減算ユニット５６において２つの信号が互いから減算され得るように電極信号８２またはネットワーク信号８６を適合し、それによって、ネットワーク信号８６に存在しないそれらの情報部分のみが電極信号８２に残存する。したがって、ネットワーク障害が電極信号８２から取り除かれ、後者がネットワーク障害を持たない電極信号８０として出力され得る。信号適合ユニット５４は、たとえば、トランス、整流器、中継器、減衰器などを備え得る。特に、直流電圧に基づく電極再溶解プロセスでは、アナログまたはデジタル要素部品に加えて、整流器または反転整流器が含まれ得る。たとえば、デジタル形式において電極信号８２またはネットワーク信号８６を改良し、デジタル処理によってそれらを互いから減算し得る。
【００３２】
図３は、ネットワーク障害フィルタ装置４０のもう１つの実施の形態を概略的に示す。電極センサ装置４４による再溶解電極の電力供給ライン１８からの電極信号８２、およびネットワークセンサ装置４６による電源ネットワーク４２からネットワーク信号８６がタップされ、フィルタ装置５０へ供給される。フィルタ装置５０内において、ネットワーク信号８６が、位相検出ユニット５８によって受け取られ、ネットワーク期間、たとえば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ（持続期間２０ｍｓまたは１６．６６ｍｓ）が識別される。このように、現在識別されているネットワーク信号のネットワーク位相が知られ、ネットワーク位相ベースの大きさ比較が実行され得る。電極信号８２およびネットワーク信号８６は、位相検出ユニット５８へ伝達され、周期性分析ユニット７０に伝えられる。さらに、電極信号８２は、サンプリングされた電極信号部分の位相関連記憶が実行される記憶ユニット６０へ伝達される。したがって、発光モニタ表面に亘る電極ビームスキミングと比較して、電極信号の信号は、記憶ユニット６０の位相記憶場所に記憶され、周期性分析ユニット７０によって、ネットワーク期間関連障害の発生に関して分析され得る。一方、周期性分析ユニット７０は、記憶ユニット６０の位相記憶場所に記憶された電極信号サンプルにおける周期的に発生する障害信号部分を識別するために、先行するおよび隣接する位相場所の信号に加えて、現在の位相時間を考慮し得る。続いて、記憶ユニット６０において識別された障害信号部分は、ネットワーク障害を持たない電極信号８０を出力するために、記録された電極信号８２から差し引かれ得る。
【００３３】
図３に説明される実施の形態を基にして、図４は、ネットワーク障害の位相関連検出に基づくネットワーク障害フィルタ装置４０の実施の形態の詳細な説明を示す。図４のネットワーク障害フィルタ装置４０は、ネットワーク信号８６を記録するためのネットワークセンサ装置４６と、電極信号８２を記録するための電極センサ装置４４とを備える。たとえば、ネットワーク位相識別手段６４、特に、ＰＬＬを備える位相検出ユニット５８は、それぞれに印加されたネットワーク位相の情報に加えて、たとえば、０°〜３６０°まで広がり、たとえば、５０Ｈｚ（２０ｍｓ）または６０Ｈｚ（１６．６６ｍｓ）のネットワーク期間をカバーする、時間オフセットΔｔまたは角度φの形式において、ネットワーク信号８６からネットワーク持続期間を引き出す。ネットワーク信号８６は、ネットワーク位相情報を引き出すためにのみ評価され、さらなる信号処理が必要とされない。なぜなら、上記処理は、電極信号に集中し、電極信号から始まる位相関連障害信号およびネットワーク位相の情報の識別を実行するからである。電極信号８２は、一方では、減算ユニット５６へ伝達され、他方では、ローパスフィルタリングの後に、周波数フィルタユニット５２を経由して、識別された位相の関数として記憶ユニット６０の個別の位相記憶場所６２へのサンプリングされた電極信号の結び付けを実行するマルチプレクサユニット６６へ伝達される。したがって、サンプリングされた電極信号値は、位相関係が各サンプルに対して知られる有限の数の位相記憶場所において記憶される。位相記憶場所６２は、たとえば、瞬時値のサンプリングおよびサンプルの記憶を実行可能なサンプルおよびホールド要素である。この点に関して、特に、位相記憶場所６２は、「忘れやすい」位相記憶場所とされ得るローパスと比較して、たとえば、短い、調整可能な時間後に再び記憶された値を「忘却」するキャパシタ−抵抗構成（ＲＣメンバ）である。したがって、たとえば、１つの期間内に記録された電極信号は、２つから３つのさらなるネットワーク期間の後に、位相記憶場所から完全に消去され得る。記憶ユニット６０の反対側には、デマルチプレクサユニット６８が配置され、デマルチプレクサユニット６８は、正しい位相関係において位相記憶場所６２の記憶された値を読み出し可能、および記憶された電極信号を再構築可能である。再構築された、サンプリングされた電極信号は、減算ユニット５８において実際の電極信号８２から差し引かれて、直流電圧およびネットワーク障害を持たない電極信号８０が出力され得る。位相記憶場所６２の特徴は、障害信号抑制の品質に対して本質的であり、１つ以上のネットワーク期間の後に、記憶された値を忘却、またはそれらを小さくする。これは、発光表面に亘ってスキミングする電極ビームの発光と比較して解釈され得る。信号部分が１回のみ記録される場合は、それらは、ほとんどまったく発光しないか、または短時間のみ発光する。障害信号の周期的な発生は、「発光」または位相記憶場所６２内の持続的な記憶を引き起こし、それによって、電極信号８２から確実に取り除かれ得る。したがって、減算ユニット５６は、特に、ネットワーク期間に対する特定の位相関係によって繰り返し���頻繁に発生するそれらの信号部分を電極信号８２から取り除く。このように、ネットワーク障害のタイプを知ることによって、および位相記憶場所６２の位相関連記憶容量に基づいて、電極信号８２における位相関連信号障害の抑制が実行され得る。好ましくは、位相記憶場所６２は、ＲＣ回路であるか、またはＬＲ回路に等価であるローパスの形式において設計される。
【００３４】
図４に説明された実施の形態と同様に、図５は、図４に説明された実施の形態と同一の要素を本質的に備えるネットワーク障害フィルタ装置４０のもう１つの実施の形態を示す。位相記憶場所６２の「忘れやすさ」はモニタされ、マルチプレクサユニット６６へのアクセスのみを有するだけではなく、デマルチプレクサユニット６８へのアクセスも有するとともに、信号のタイプの関数として電極信号のサンプリングを制御し得る周期性分析ユニット７０によって実現される。したがって、たとえば、高い変動が発生する位相範囲においては、サンプリングされた電極信号の改善された分解能を得るために、より小さい位相インターバルが選択され得る。それに対応して、デマルチプレクサユニットは、周期的なネットワーク障害信号を再構築するために、これらの位相場所における電極信号の改善されたサンプリングを実現しなければならない。さらに、たとえば、個別のサンプルおよびホールド要素または位相記憶場所におけるサンプルを隣接するサンプルと比較し、平均化し、または平滑化するために、および、たとえば、先行するサンプル期間の記憶値を現在のサンプルと比較するために、周期性分析ユニット７０は、記憶ユニット６０の個別の位相記憶場所６２へのアクセスを有し得る。したがって、位相が時間的に隣接するとともに履歴的に先行する位相値による平均化は、たとえば、障害信号の位相ドリフトを考慮するために、期間を通して実行され得る。したがって、周期性分析ユニット７０は、一方で、位相記憶場所６２内において定期的に発生しないサンプルの「緩やかな消滅」を実行し、他方で、先行する値の分析とともに隣接する位相記憶値の考慮を実行し得る。ユニット７０は、たとえば、ローパス、または平均化および減衰関数によって先行する位相値、または隣接する位相値を考慮し、障害信号値の局所的なぼやけを再構築し得る。過去に特定のネットワーク障害が検出されなかった、または電極信号８２における顕著な周期的に発生する障害部分が決定され得ない位相範囲においては、マルチプレクサユニット６６およびデマルチプレクサユニット６８を作動させるために大きい位相サンプリングインターバルが用いられ得る。高い障害強度が発生する範囲、たとえば、ネットワーク信号８６の多数の持続期間を示す周期的な範囲においては、電極信号の高分解能のサンプルである、小さい位相サンプリングステップが記憶ユニット６０において設定され得る。さらに、再溶解位相に依存して、ネットワーク障害信号の高価な分析、または粗いフィルタリングが実行され得る。
【００３５】
最後に、図６は、障害の影響を受けやすい電極信号８２、およびそれから引き出されたネットワーク障害を持たない電極障害信号８０の経過を示す。図６ａにおいては、位相関連を示さず、１回のみ発生する液滴短絡８８が、およそ１５ｍｓにおいて明確に見られ得る。さらに、ネットワーク障害を持たない電極信号８０において引き出される電極信号８２において、重複した高調波振動が観察され得る。この点に関して、図６ｂは、位相関連障害部分、特に、ネットワークの高調波の多数の持続期間が明確に識別され得る、識別されたネットワーク障害信号８４を示す。ネットワーク障害信号８４は、デマルチプレクサユニット６８の出力において提供され、それによって、障害の影響を受けやすい電極信号８２から減算ユニット５６によって差し引かれ得る。ネットワーク障害を持たないもたらされた電極信号８０は、直流電圧がなく、本質的に位相に関連した態様で周期的に発生し、ネットワーク障害によって説明され得る障害部分を抑制する。
【００３６】
最先端から知られる静的な周波数フィルタは、関連する周波数範囲のネットワーク障害をフィルタリングし得ることなく、障害信号または電極信号の関連する周波数範囲の周波数制限のみを実行し得る。そのような通常のネットワーク障害は、たとえば、ネットワーク位相へのある位相関係、またはある周期性を有するとともに通常発生する、位相角度制御または反転整流器のスイッチングインパルスとされ得る。たとえば、交流モータの閉ループ制御、加熱または照明の閉ループ制御において、ネットワーク期間に関連するスイッチング障害信号のある周波数関係が発生する。
【００３７】
本発明は、周期的に発生する障害、たとえば、ネットワーク期間の多重の倍音、または統計的に任意の分布を有さない他の周波数関連障害信号をフィルタリングすることを提案する。ネットワーク障害フィルタ装置は、たとえば、真空アーク再溶解プロセス、電気スラグ再溶解プロセス、または同様の電気再溶解プロセスにおいて用いられ得る。位相記憶場所としては、ＲＣメンバ、またはＬＲメンバのような典型的なローパスフィルタ装置が用いられ、それによって、いくつかの期間に亘ってサンプリングされた信号値の遅い消滅を実現し得る。原理的には、フィルタは、フィルタトリガ信号と同一の周波数において発生し、互いに統計的に固定された位相関係を有する障害信号をフィルタリングするために用いられ得る。したがって、整流器障害、位相角度コントローラ障害、またはネットワーク周波数高調波が効果的に抑制される。
【００３８】
１つの実施の形態においては、トリガ信号に基づく振動、たとえば、ネットワーク周波数の現在の位相を記述するトリガ信号から信号が得られる。上記信号は、マルチプレクサおよびデマルチプレクサを制御するとともに、そのときにどの位相記憶場所、すなわち、どのローパスが有効であるかを決定する。障害の影響を受けやすい電極信号は、現在の位相に属するローパスに結び付けられ、サンプリングされ、および時間的に平均化され、そして、デマルチプレクサによる回復の後に、電極信号から再び差し引かれる。したがって、トリガ信号に対する位相が固定された関係を有する障害信号のギャップが達成され、統計的に分布した障害信号、たとえば、液滴短絡が電極信号に残存し得る。
【００３９】
トリガの安定化は、たとえば、ＰＬＬ（位相ロックループ回路）またはＤＬＬ（遅延ロックループ）もしくは類似の回路によって達成され得る。位相記憶は、サンプリング動作を有し、出力値は、その場その場の変化ではなく、いくつかの期間を通して発生する変化におけるタイムラグを伴って入力値に追従する。ローパスのタイムラグは、たとえば、再溶解動作の間、および、たとえば、信号の発生に依存して個別に変更され、高低が選択され得る。ここで、ローパス毎に、出力信号からの入力信号の偏差に依存する値が決定され得る。この偏差は、たとえば、ＲＭＳ（二乗平方根）平均によって実現され得る。各位相記憶場所のローパス動作は、たとえば、この偏差に基づき得る。
【００４０】
位相記憶場所毎のタイムラグは、時間独立重み付け関数によって、その位相に隣接するものおよびそれ自身の先の位相サイクルからの偏差を考慮することによって、位相サイクル毎に新たに決定され得る。この重み付け関数は、特に、時間分割、および／または、周波数分割であり、たとえば、フーリエ変換によってもたらされる。さらに、上記重み付け関数は、自己最適化し、次式に従う周期性分析ユニット７０によって適用される。ＳＨ（ｎ）：＝ｆ（ＳＨ［ｎ−ｊ］［ｚ−ｉ］，ＳＨ［ｎ］［ｚ−ｉ］，ＳＨ［ｎ＋ｊ］［ｚ−ｉ］）、ｎ＝位相記憶場所、ｚ＝先の位相値。したがって、式は、隣接する記憶場所ｎとともに先の期間ｚを考慮し得る。隣接する位相記憶場所のサンプルにおけるファクタリングは、小さい効果のみを有する位相関連を有する障害信号をもたらす。最後に、フィルタ効果は、位相偏差が発生し得る場所において低減される。調整可能な適合減衰は、発生する障害信号の特性にそれ自身を最適に適合する。電極信号からネットワークベースの障害信号を引き出すことによって、電極ギャップの改善された閉ループ制御、または再溶解プロセスのための他の閉ループ制御基準が達成され、再溶解材料の質の上昇をもたらし得る。提案された発明は、小さい技術的費用を有するとともに再溶解結果を著しく改善し、たとえば、改造した現存する再溶解炉にも新たな設備にも用いられ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【国際調査報告】
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