AT392184B - Verfahren zum schmelzen von metall - Google Patents

Description

AT 392 184 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schmelzen von Metall, insbesondere Schrott durch Einwirkung eines zwischen mindestens einer Elektrode und dem zu schmelzenden Metall brennenden Lichtbogens, wobei an der Elektrode und dem zu schmelzenden Metall eine Wechselspannung angelegt und nach dem Zünden des Lichtbogens ein bestimmter Spannungs- und Stromwert, sowie ein bestimmter Leistungsfaktor eingestellt worden und diese Werte durch Nachführen der Elektrode bei konstanter Spannung und konstantem Blindwiderstand des Speisekreises konstant gehalten werden.

Bisher wurde bei einem derartigen Verfahren im Normalfall vom Beginn bis zum Ende des Schmelzvorganges ein konstanter Leistungsfaktor meist in der Größe von etwa 0,8 bis 0,82 eingehalten.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß es bei einer derartigen Verfahrensführung bei Lichtbogenöfen mit einer feuerfest ausgekleideten Wanne und einem auf diese aufgesetzten ringförmigen und von einem Kühlmedium durchströmten Metallkasten, der meist als "Wasserkasten'' bezeichnet wird, häufig zu einem raschen, örtlichen meist begrenzten Verschleiß der Wannenauskleidung im Bereich nahe der Unteikante des Wasserkastens kommt. Dadurch kommt es häufig zu Produktionsunterbrechungen, um eine Reparatur der Auskleidung zu ermöglichen. Meist ist eine solche Reparatur nach etwa 200 - 250 Chargen notwendig.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art voizuschlagen, welches eine weitgehende Schonung der hochbeanspruchten Auskleidung ermöglicht. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß nach dem Zünden des Lichtbogens der Leistungsfaktor auf einen Wert von 0,93 bis 0,76, vorzugsweise von 0,87 bis 0,83 eingestellt und bis zur Erreichung eines vorgegebenen Wertes der Abschmelzung des zu schmelzenden Metalls konstant gehalten wird und anschließend der Strom bei konstanter Spannung erhöht und der Leistungsfaktor auf einen Wert von 0,78 bis 0,62, vorzugsweise 0,76 bis 0,72 abgesenkt und bis zum vollständigen Erschmelzen des Metalles konstant gehalten wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich durch die Einhaltung dieser Verfahrensschritte, wobei die Umschaltung des Leistungsfaktors zweckmäßigerweise erfolgt, sobald die Elektrodenspitzen etwa die Höhe der Unterkante des Wasserkastens erreicht haben, der Verschleiß der Wannenauskleidung drastisch vermindert. So haben Versuche gezeigt, daß statt der beim herkömmlichen Verfahren zwischen zwei Reparaturen möglichen 200 bis 250 Chargen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren 600 und mehr Chargen gefahren werden können.

Außerdem wurde auch festgestellt, daß sich der Strombedarf für eine Charge bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verglichen mit dem bisher üblichen Verfahren um ca. 5 bis 10 % vermindert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Übergang vom höheren auf den niedrigeren Leistungsfaktor sprunghaft erfolgt, wodurch sich die Verfahrensführung wesentlich vereinfacht

Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß gleichzeitig mit der Änderung des Leistungsfaktors die Lichtbogenlänge bzw. der Lichtbogenwiderstand reduziert wird, wobei die Lichtbogenspannung vorzugsweise vom Beginn des Schmelzvorganges an bis über die Änderung des Leistungsfaktors hinaus konstant gehalten wird. Dadurch ist es unter Umständen auch möglich, die im Elektrodenkreis eingeschaltete Induktivität weitgehend konstant zu halten und die Änderung des Leistungsfaktors im wesentlichen durch die Änderung der Lichtbogenlänge bzw. des Lichtbogenwiderstandes zu erzielen. Wird dabei die Lichtbogenspannung konstant gehalten, so ergibt sich überdies der Vorteil, daß die Elektroden nur während einer relativ kleinen Zeitspanne pro Charge, und zwar nach der Verminderung des Leistungsfaktors und des Lichtbogenwiderstandes mit dem maximalen Strom beaufschlagt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß diese Änderung erst zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem der größte Teil des zu erschmelzenden Metalles bereits geschmolzen ist.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Diagramm der Verfahrensführung beim Schmelzen von Metall mittels Lichtbogeneinwirkung nach dem Stand der Technik, Fig. 2 ein ähnliches Diagramm der Verfahrensführung gemäß der Erfindung und Fig. 3 schematisch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß dem bisherigen Verfahren wird der Schmelzvorgang mit einer gewählten Einstellung von Strom bzw. Elektrodenabstand und Spannung (U) ab der beendeten Zündung des Lichtbogens bis zum vollständigen Erschmelzen der Charge gefahren. Diese Einstellung entspricht z. B. dem Punkt (17 UHP) in Fig. 1. Dabei wird meist ein Leistungsfaktor von cos φ = 0,82 eingestellt, wobei verschiedene Werte des Leistungsfaktors als Strahlen (L) angedeutet sind. Dabei wird die Spannung (U) konstant gehalten und der Strom durch Einhaltung eines entsprechenden Abstandes zwischen der Elektrode bzw. den Elektroden und dem zu schmelzenden Metall bzw. Einhaltung eines bestimmten Lichtbogenwiderstandes geregelt. Dazu werden die Elektroden mittels entsprechender von einem Regler gesteuerten Stelleinrichtungen nachgeführt.

Der Leistungsfaktor wird durch Einschalten einer entsprechenden Induktivität eingestellt

Um nach dem vollständigen Erschmelzen einer Charge diese bis zum Abstich auf Temperatur zu halten, wird die dem Lichtbogen zugeführte Leistung durch Reduzierung der Spannung und auch Änderung der Lichtbogenlänge vermindert. Dabei ändert sich, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, auch der Leistungsfaktor.

Die verschiedenen Spannungsstufen sind in Fig. 1 mit den Bezugszeichen (10) bis (16) bezeichnet

Im Gegensatz dazu ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, gemäß der Erfindung vorgesehen, nach dem Zünden des Lichtbogens einen bestimmten Spannungs- und Widerstandswert einzustellen und dabei einen hohen Leistungsfaktor von z. B. cos φ = 0,85 einzuhalten. Diese Einstellung wird beibehalten, bis die Charge auf eine bestimmte Höhe niedergeschmolzen ist -2-

Claims (3)

1. AT 392 184 B Dann wird z. B. durch rasche Verminderung der Lichtbogenlänge der Strom bei konstanter Spannung (U) erhöht und gleichzeitig der Leistungsfaktor auf einen Wert von z. B. cos φ = 0,74 vermindert. Dies ist aus Fig. 2 durch den Kurvenzug (17^ormai 17 UPH') entlang des eine konstante Spannung symbolisierenden Kreisbogens (U) ersichtlich. Danach werden die dem Punkt (17 UHP') entsprechenden Werte von Spannung, 5 Strom und Leistungsfaktor bis zum vollständigen Erschmelzen der Charge beibehalten, wobei der Punkt (17 UHP') der maximalen Leistung entspricht. Ist dann die Schmelze nur mehr auf Temperatur zu halten, so kann die Spannung (U) vermindert werden, wobei der Leistungsfaktor cos φ im wesentlichen konstant bleibt. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Lichtbogenlänge und die im Elektrodenkreis eingeschaltete Induktivität konstant gehalten wird. Die für das 10 Warmhalten der Schmelze vorgesehenen Werte sind in Fig. 2 mit (10') bis (15') bezeichnet, wobei aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit auf die Darstellung der verschiedenen Spannungswerte verzichtet wurde. In Fig. 3 ist eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Mit (20) ist ein Lichtbogenofen üblicher Bauart bezeichnet, der eine mit einer feuerfesten Auskleidung versehene Wanne (21) aufweist, auf der ein von einem Kühlmedium durchströmter ringförmiger Metallkasten 15 bzw. Wasserwanne (22) aufgesetzt ist. Auf diesem Wasserkasten (22) ist ein Deckel (23) aufsetzbar, der von den Elektroden (24) durchsetzt ist. Die Elektroden (24) sind mittels nicht dargesteller Stelleinrichtungen vertikal einzeln verstellbar. Wie in Fig. 3 angedeutet, wird zu Beginn des Schmelzvorgangs mit relativ langen und daher einen hohen Widerstand aufweisenden Lichtbögen gefahren, wogegen, sobald die Elektroden (24) etwa die Höhe der 20 Unterkante des Wasserkastens (22) erreicht haben, bzw. die Charge auf dieses Niveau niedergeschmolzen ist, auf einen kurzen Lichtbogen übergegangenen wird, wodurch aufgrund der Verminderung des Wirkwiderstandes des Lichtbogens die Wirkleistung bei konstanter Spannung und konstanter Induktivität ansteigt. Gleichzeitig sinkt dabei der Leistungsfaktor ab, doch kann zur Erzielung des gewünschten niederen Leistungsfaktors von cos φ = 0,74 ein Nachregeln der Induktivität erforderlich sein. 25 An der schematisch angedeuteten Zeichnung (25) der Elektroden (24) ist ein Fühler (26) angeordnet, der mit einer Regeleinrichtung (27) verbunden ist, bei der mittels der Einstellorgane (28, 29 bzw. 28', 29') zwei verschiedene Soll-Werte für den Widerstand des Lichtbogens und den Leistungsfaktor cos φ einstellbar sind und die eine nicht dargestellte Umschalteinrichtung aufweist, mit der von den einen auf die anderen Soll-Werte umgeschaltet werden kann. Diese Umschalteinrichtung spricht auf ein dem Niveau der Unterkante des 30 Wasserkastens (22) entsprechendes Signal des Niveaufühlers (26) an. Durch den Übergang auf die für das Fertigschmelzen der Charge vorgesehenen Soll-Wert wird der Antrieb (30) der Stelleinrichtung der Elektroden (24) im Sinne einer Verkleinerung des Abstandes der Elektroden (24) von der Schmelze beaufschlagt. Falls erforderlich, wird auch ein Antrieb (31) zur Verstellung der im Elektrodenkreis vorgesehenen, nicht dargestellten variablen Induktivität aktiviert, um den gemäß Punkt 35 (17 UHP') in Fig. 2 vorgegebenen Strom bei vorgegebener Spannung, die mittels eines Stellers (32) stufig einstellbar ist, und vorgegebenen Leistungsfaktor einhalten zu können. Ist nach dem vollständigen Erschmelzen der Charge die Schmelze auf Temperatur zu halten, so wird mittels der auf den Steller (32) einwirkenden Einstelleinrichtung (33) die Spannung stufenweise vermindert, wobei die eingestellten Soll-Werte für den Lichtbogenwiderstand und den Leistungsfaktor beibehalten (Fig. 2 Linienzug 40 (i’ÖTHJEF)). 45 PATENTANSPRÜCHE 50 1. Verfahren zum Schmelzen von Metall, insbesondere Schrott durch Einwirkung eines zwischen mindestens einer Elektrode und dem zu schmelzenden Metall brennenden Lichtbogens, wobei an der Elektrode und dem zu schmelzenden Metall eine Wechselspannung angelegt und nach dem Zünden des Lichtbogens ein bestimmter 55 Spannungs- und Stromwert, sowie ein bestimmter Leistungsfaktor eingestellt werden und diese Werte durch Nachführen der Elektrode bei konstanter Spannung und konstantem Blindwidmstand des Speisekreises konstant gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zünden des Lichtbogens der Leistungsfaktor auf einen Wert von 0,93 bis 0,76, vorzugsweise von 0,87 bis 0,83 eingestellt und bis zur Erreichung eines vorgegebenen Wertes der Abschmelzung des zu schmelzenden Metalls konstant gehalten wird und anschließend 60 der Strom bei konstanter Spannung erhöht und der Leistungsfaktor auf einen Wert von 0,78 bis 0,62, vorzugsweise 0,76 bis 0,72 abgesenkt und bis zum vollständigen Erschmelzen des Metalles konstant gehalten wird. -3- AT 392 184 B
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom höheren auf den niedrigeren Leistungsfaktor sprunghaft erfolgt 5 Hiezu
3. 3 Blatt Zeichnungen