DE1924364A1

DE1924364A1 - Regeleinrichtung fuer eine Vorrichtung zur Elektroraffination von Metallen

Info

Publication number: DE1924364A1
Application number: DE19691924364
Authority: DE
Inventors: Allen Alec George
Original assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Current assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Priority date: 1968-05-14
Filing date: 1969-05-13
Publication date: 1969-11-27
Also published as: FR2008517A1; SE365820B

Description

Patentanwalt

Dr.-Ing. Wilhelm Reiche!

Frankfurt/Main-1
. Päiksiraße 13 59 H

ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London W.1, England

Regeleinrichtung für eine Vorrichtung zur Elektroraffination von Metallen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung, die sich in einer Vorrichtung zur Elektroraffination von Metallen verwenden laßt. - -

Bei der Elektroraffination von Metallen hat insbesondere die Tiefe und die Form der flüssigen Metallschmelze an der Oberseite -des sich verfestigenden Ingots einen merklichen Eini'Luß auf die Struktur und die Qualität des Ingots. Zur Herat ellung eines Ingots mit homogener Struktur und zur Vermeidung einer le'gierungssegregation wäre es ideal, wenn die Metallschmelze die Gestalt einer flachen Schüssel bzw. eines flachen Tellers aufweisen würde. Die Hauptfaktoren, durch v/elche die Tiefe und die Form der Metallschmelze bestimmt werden, sind die Geschwindigkeit, mit der das geschmolzene Metall abgeschieden wird, d.h. die'Wachstumsgeschwindigkeit don ingots, die Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze durch die Wunde und den Boden der Form hindurch und der Abstand /,wLochen dem unteren Ende der Elektrode und der Oberseite dea Ingots. Die Wachstumsgeschwindigkeit des Ingots hängt von der Auflösungsgeschwindigkeit der Elektrode ab, die "ihrerseits durch die in der Elektrode umgesetzte Energie beeinflußt v/ird. Wenn die wirksame Schmelzleistung an der Elek-

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trode aufgrund einer Erhöhung der Speisespannung oder einer Verringerung der thermischen Verluste des Systems erhöht-v/ird, dann wird auf der Oberseite des Ingots relativ" schnell fills'- ' siges Metall abgeschieden bzw. muß der Bereich, über den ein. Wärmetransport stattfindet, vergrößert werden, um stabile· ; ·" thermische Bedingungen aufrecht zu erhalten. Da die Xühlkapa--. zität der Wände und des Bodens der Form unverändert bleiben, kann der Bereich, über den der Wärmetransport stattfindet, nur dadurch vergrößert werden, daß der Bereich, in welchem die Verfestigung stattfindet, ebenfalls vergrößert wird, so daß die Metallschmelze tiefer wird und die' Form einer umgekehrten Glocke annimmt. Wenn jedoch die Metallschmelze eine solche, einer umgekehrten Glocke ähnliche Gestalt aufweist _y dann treten Legierungssegrcgationen auf und werden Verunreinigungen und Legierungssegregätionen in der Mitte des sich verfestigenden Teils des Ingots eingefangen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Segeleinrichtung zur Regelung der Wachstumsgeschwindigkeit des Ingots und/ oder des Abstandes zwischen dem unteren Ende der Elektrode und der Oberseite des Ingots zu schaffen, damit die Tiefe und die Form der flüssigen Metallschmelze innerhalb erwünschter Grenzen gehalten werden können. -

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung für eine Vorrichtung zur Elektroraffination von Metallen ist gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Wachstumist- und der Wachstumsollgeschwindigkeit des Ingots und zum Erzeugen eines für die Differenz der beiden Geschwindigkeiten charakteristischen Differenzsignals und durch eine in Abhängigkeit vom Differenzsignal gesteuerte Steuervorrichtung zur Steuerung der Speisespannung zwischen Elektrode und Ingot- bzw. zum Konstantregeln der Verbrauchsgeschwindigkeit der Elektrode auf den Wert, der der Wachstumsollgeschwindigkeit des Ingots entspricht.

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Die Regeleinrichtung kann außerdem eine Einrichtung zum Indern der Relativbewegung zwischen der Elektrode und der Form aufweisen·, so daß ein vorgewählter Abstand zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite'des sich bildenden Ingots aufrechterhalten'bleibt.

Die Einrichtung zum Vergleichen der Wachstumistgeschwindigkeit des Ingots mit der Wachstumsollgeschwindigkeit und zum Erzeugen eines Differenzsignals kann eine oder mehrere geeignete Meßfühler, die an den Seiten der Form angeordnet sind und zur Überwachung der lage des oberen Endes des Ingots dienen, oder eine Kraftmeßdose aufweisen, mittels der das Gewicht des wachsenden Ingots überwacht wird. Schließlich könnte diese Einrichtung auch eine oder mehrere Sonden enthalten, mittels denen die Lage des oberen Endes des Ingots überwacht wird". Die Meßfühler können Thermoelemente, kapazitive Sonden, Röntgengeräte, induktive Sonden, auf radioaktives Material im Ingotmetall ansprechende Sonden oder auch z.B. Schall- oder Ultraschallvorrichtungen sein.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Regeleinrichtung für eine Vorrichtung zur Elektroraffination von Metallen gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung üurn Erzeugen e^.nes für den Abstand zwischen dem unseren Elektrodenende und der Oberseite des wachs enden Ingots charakteristischen Referenzsignals und durch eine in Abhängigkeit vom -Referenzsignal gesteuerte Steuervorrichtung zum Einstellen der Speisespannung zwischen Elektrode und Ingot auf einen Wert, bei dem die. Elektrode mit einer solchen Geschwindigkeit verbraucht wird, daß ein vorgewählter Abstand zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des wachsenden Ingots erhalten bleibt. .

•Das Referenzsignal kann dadurch erzeugt werden, daß die Vergleichs einrichtung ein Spannungsmeßgerät zum Erzeugen eines für die Spannung zwischen dem unteren Elektrodenende und der

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Oberseite des Ingots charakteristischen Signals, ein Strommeßge-. ■ rät zum Erzeugen eines für den zwischen Elektrode und Ingot fließenden Strom charakteristischen Signals und eine Impedanzüberwachungsvorrichtung aufweist, in welcher die Spannungs- und Stromsignale kombiniert und zu einem für die Impedanz zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des wachsenden Ingots charakteristischen Signal verarbeitet werden. Gemäß einer anderen Ausfuhrungsform kann das Referenzsignal auch dadurch erzeugt werden, daß die Vergleichs einrichtung ein oder mehrere Meßfühler aufweist, die an den Seiten der Form angeordnet sind und zur Überwachung der Lagen des unteren Elektrodenendes und der Ober- ^ seite des wachsenden Ingots dienen. Die Meßfühler können auch

hierbei Thermoelemente, kapazitive Sonden, Röntgengeräte, induktive Sonden, auf radioaktives Material innerhalb des Ingotmetalls . ansprechende Sonden oder auch z.B. Schall- oder Ultraschallvorrichtungen sein. .

Die Relativbewegung zwischen der Elektrode und der Form kann dadurch hervorgerufen werden, daß die Elektrode mit vorgewählter Geschwindigkeit in das Schlackenbad eingeführt wird.

Es ist jedoch nicht erforderlich, daß die Relativbewegung zwischen der Elektrode und der Form aus einer Bewegung der Elektrode ■ relativ zur Form besteht. Es ist vielmehr auch möglich, daß die

Form relativ zur Elektrode bewegt wird^ wie dies bereits in einer w früheren britischen Anmeldung (47 656/68) vorgeschlagen ist, auf die hiermit Bezug genommen wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beiliegenden Beschreibung ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.

Die Fig. 1 zeigt, teilweise im Schnitt, eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Elektroraffination mit einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.

Die" Figuren 2 und 2 zoigcn in ähnlicher Form wie in Fig. 1 weitere Auciührungsbeispiele der erfindungsgernäßen Regeleinrichtung, q _{n q fi} /_q / _{n 7} - ρ

Gemäß Pig. 1 enthält eine Vorrichtung zur Elektroraffination eine ringförmige, wassergekühlte Form 1, in die eine verbrauchbare Elektrode 3 ragt, aus der ein Ingot 5 gebildet werden' soll. Das untere Ende der Elektrode 3 ist in ein Schlackenbad 7 eingetaucht, das sich oberhalb des sich in der Form 1 bildenden Ingots befindet. Die Elektrode 3 ist derart angeordnet, daß sie mittels einer Winde 9, die durch einen Elektromotor 11 mit veränderbarer Drehzahl betrieben wird, in das Schlackenbad gesenkt werden kann. Die mittels einer WechseIspannungs-Speisequelle 13 zwischen die Elektrode 3 und die Bodenplatte 15 der Form 1 gelegte Spannung kann entweder kontinuierlich oder in kleinen Schritten mittels einer Steuervorrichtung 17, z.B. einen Anzapfumschalter an einem Transformator,verändert werden.' Zur Messung der Spannung zwischen dem unteren Ende der Elektrode 3 und der Oberseite des wachsenden Ingots 5, d.h. des Spannungsabfalls an dem zwischen diesen beiden liegenden Teil der Schlacke 7, ist ein Spannungsmeßgerät 19 vorgesehen, durch das ein dieser Spannung entsprechendes Ausgangssignal abgegeben wird. Zum Messen des Stroms, der zwischen der Elektrode 3 und dem Ingot 5 fließt, und zum Erzeugen eines dem Stromwert entsprechenden Ausgangssignals ist ein Strommeßgerät 21 vorgesehen. Die Ausgangssignale vom Spannungsmeßgerät 19 und vom Strommeßgerät 21 werden einem Impedanzüberwachungsgerät 23 zugeführt, in welchem die beiden Signale kombiniert und zu einem Ausgangssignal verarbeitet werden, welches charakteristisch für die elektrische Impedanz zwischen der Elektrode 3 und dem Ingot ist. Das Ausgangssignal des Impedanzüberwachungsgeräts 23 wird einer Steuervorrichtung 25 zugeführt, mittels der die Drehzahl des Elektromotors 11 und daher die Geschwindigkeit, mit der die Elektrode 3 durch die Winde 9 in die Schlacke gesenkt wird, derart verändert werden kann, daß die Impedanz zwischen der Elektrode und dem Ingot und daher der Abstand zwischen der Elektrode und dem Ingot auf einem vorgewählten " V/ert gehalten wird. An einem Halterungsarm 29, der die Elektrode 3 trägt, ist eine Kraftmeßdose 27 angebracht, mittels

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der das Gewicht der Elektrode überwacht und ein Ausgangssignal erzeugt wird, das charakteristisch für das abnehmende Gewicht der Elektrode, während diese aufgelöst wird, und daher auch charakteristisch für die Wachstumgeschwindigkeit des Ingots 5 ist. Das Ausgangssignal von der Kraftmeßdose 27 wird einer Vergleichsanordnung 31 zugeführt, in welcher die Istwachstumgeschwindigkeit des Ingots 5 mit seiner Sollwachstumgeschwindigkeit verglichen und ein Differenzsignal erzeugt wird, das die Differenz zwischen den beiden angibt. Dieses Differenzsignal wird der Steuervorrichtung 17 für die Speise-, spannungssteuerung zugeführt, um die Spannung zwischen der Elektrode und dem Ingot derart zu verändern, daß die Elektrode mit einer solchen Geschwindigkeit aufgelöst bzw. verbraucht wird, die zur erwünschten Sollwachstumgeschwindigkeit _cdes Ingots führt. ..." ·

Bei Verwendung der Vorrichtung zur Elektroraffination wird zwischen die Bodenplatte 15 und die Elektrode 3 die Speisewechsels pannung gelegt, damit zwischen diesen beiden ein Strom fließt und das untere Elektrodenende, das in die Schlakke 7 eintaucht,·abschmilzt. Wenn das Elektrodenende 3 aufgelöst ist und das geschmolzene Metall unter Bildung des Ingots 5 an der Bodenplatte 15 abgeschieden ist, wird die Elektrode 3 ■ mittels der JWinde 9 mit einer solchen Geschwindigkeit gesenkt, daß der Abstand zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des Ingots 5 auf einem vorgewählten Wert bleibt. Im Impedanzüberwachungsgerät 23 werden die vom Spannungsmeßgerät 19 und vom Strommeßgerät 21 zugeführten Signale kombiniert und zu einem Ausgangssignal verarbeitet, das der Steuervorrichtung 25 zugeführt wird, um.die Drehzahl des Elektromotors derart zu verändern, daß zwischen dem unteren Ende der Elektrode 3 und der Oberseite des wachsenden Ingots 5 ein vorgewählter Abstand erhalten bleibt. Mittels der Kraftmeßdose wird das abnehmende Elektrodengewicht überwacht und ein Signal erzeugt, das für das abnehmende Elektrodengewicht und damit für die Wachstumgeschwindigkeit des Ingots 5 cha-

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rakteristisch ist. Dieses Signal wird der Vergleichsanordnung zugeführt·, in der dieses Signal mit einer erwünschten Sollwachstumgeschwindigkeit verglichen wird, durch welche das Bad des geschmolzenen Metalls 33 gemäß Fig. 1 die Gestalt einer, flachen Schüssel oder eines flachen Tellers erhält, und in der ein für die Differenz zwischen den beiden Wachstumgeschwindigkeiten charakteristisches Differenzsignal erzeugt wird. Dieses Differenzsignal wird der Steuervorrichtung 17 zugeführt, um die Spannung zwischen der Elektrode und dem Ingot 5 auf einen solchen Wert einzustellen, daß die Elektrode mit einer Geschwindigkeit aufgelöst bzw. verbraucht wird, die zur erforderlichen Wachstumgeschwindigkeit des Ingots führt, um dadurch die Metallschmelze 33 in ihrer im wesentlichen tellerförmigen-Gestalt zu halten.

Obgleich die beschriebene Vorrichtung zur Überwachung des Gewichtes der Elektrode eine Kraftmeßdose aufweist, mittels der die Istwachstumgeschwindigkeit des Ingots festgestellt wird, kann gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung auch eine Kraftmeßdose 41 vorgesehen sein, mittels der das Gewicht der Form 1 überwacht und damit das zunehmende Gewicht des wachsenden Ingots 5 bzw. die Wachstumgeschwindigkeit des Ingots festgestellt werden kann.

Es ist weiterhin möglich, die Wachstumgeschwindigkeit des Ingots 5 öurcn ein oder mehrere Heßsonden 43 zu überwachen, die an den Seix-en der Form angeordnet sind und Aus gangs Signa Ie . liefern, die die Lage der Oberseite des wachsenden Ingots 5 angeben«, Derartige Meßsonden kennen Thermoelemente, kapazitive Sonden, Hontgengerate,, induktive Sonden, auf radioaktives Material im Ingotmetall ansprechende Sonden oder auch κ.3. Schall- oder UItraschallνorrichtungen sein oder aus solchen bestehen. Das Wachstum des Ingots kann auch durch andere geeignete Sonden, überwacht werden, die Ausgangssignale abgeben, die für die Lage der Oberseite des. Ingots charakteristisch sind." ,-- ' ■'■■":

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Die in Pig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Elektroraffination von Metallen kann dadurch abgewandelt werden, daß sie von einer Dreiphasen-Energiequelle gespeist wird, in welchem-Pail die Verbindung zur Bodenplatte 15 der-Form nicht erforderlich ist und die drei^: Phasen zum Betrieb je einer unabhängigen verbrauchbaren Elektrode 3 verwendet werden. Die Elektroden 3 können dann unabhängig voneinander in die Metallschmelze 7 gesenkt werden, wobei jede Elektrode mit einem besonderen Eintauchmechanismus und einer besonderen Einrichtung zum Aufrechterhalten eines vorgewählten Abstands zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des Ingots 5 gekoppelt ist. Gleichfalls könnten die drei Elektroden auch mittels eines gemeinsamen Eintauchmechanismus in die Metallschmelze gesenkt und mit einer gemeinsamen Einrichtung zum Aufrechterhalten eines vorgewählten'Abstands zwischen den unteren Elektroden- . enden und der Oberseite des Ingots innerhalb vorgewählter Grenzen gekoppelt sein.

Die in Pig. 2 dargestellte Vorrichtung zur Elektroraffination enthält eine ringförmige, wassergekühlte Form 1, in die eine auflösbare Elektrode 3 ragt, aus welcher ein Ingot 5 hergestellt werden soll. Das untere Elektrodenende ist in ein Schlackenbad 7 eingetaucht, das sich oberhalb dee eich in der Form 1 bildenden Ingots befindet. Die Elektrode 3 wird mittels einer Winde 9, die durch einen auf eine vorwählbare konstante Drehzahl einstellbaren Elektromotor 11 betrieben wird, in ein Schlackenbad 7 getaucht. Eine Weöhselspannungs-SpeiseCjuelie 13 ist zwischen die Elektrode 3 und eine Bodenplatte 15 der Pornj geschaltet, so daß die Spannung zwischen der Elektrode 3 und dem Ingot 5 entweder kontinuierlich oder in kleinen Schritten mittels einer Steuervorrichtung 17, z.B. einem Anzapfumschalter an einem Transformator, verändert werden kann. Ein Spannungsmeßgerät 19 dient zum Messen der Spannung zwischen der Elektrode 3 und dem Ingot 5, d.iu zum Messen'des Spannungsabfalls am dem zwischen Elektrode und Ingot befindlichen Teil der Schlacke 7 sowie zum Erzeugen eines Ausgangssignals, durch

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das der Wert dieser Spannung angezeigt wird. Zum Messen des zwischen der Elektrode 3 und dem Ingot 5 fließenden Stroms, und zum Erzeugen eines den jeweiligen Stromwert anzeigenden Ausgangssignals ist ein Stromroeßgerät 21 vorgesehen. Die Ausgangssignale vom Spannungsmeßgerät 19 und vom Strommeßgerät 21 werden einem Impedanzüberwachungsgerät'23 zugeführt, in welchem die beiden Signale kombiniert und zu einem Referenzsignal verarbeitet werden, das für die elektrische Impedanz und damit für den Abstand zwischen dem unteren Ende der Elektrode 3 und der Oberseite des Ingots 5 charakteristisch ist. Das vom Impedanzüberwachungsgerät 23 erzeugte Referenzsignal wird der Steuervorrichtung 17 zugeleitet. In dieser wird es zur Einstellung der Speisewechselspannung auf einen solchen Wert verwendet, daß die in der Elektrode .3 umgesetzte elektrische leistung genau so; groß ist, wie von der Elektrode 3 bei derjenigen Geschwindigkeit verbraucht wird, mit der sie durch die Winde 9 gesenkt wird, während zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des Ingots 5 ein nahezu konstanter vorgewählter Abstand aufrechterhalten wird. Die Geschwindigkeit, mit der die Elektrode in das Schlackenbad 7 gesenkt wird, und der vorgewählte Abstand zwischen dem unteren Elektrodenende und·der Oberseite des sich bildenden Ingots 5 sind geeignet derart gewählt, daß das geschmolzene Metall 33 im wesentlichen eine der -idea/Len, flachen !ellerform entsprechende Gestalt erhält. . . ■

Das für den Abstand zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des Ingots 5 charakteristische Referenzsignal braucht nicht durch Überwachung des Stroms und der Spannung gebildet werden, sondern kann mit Hilfe von ein oder mehreren Ifiihlern 43 erzeugt werden, die an den Seiten der Form 1 angeordnet sind und zur Überwachung der Lagen der Oberseite des Ingots und des unteren Endes der Elektrode 3 geeignet sind. Die Fühler können Thermoelemente, kapazitive Sonden, Röntgengeräte, induktive Sonden, auf radioaktives Material im Ingotmetall ansprechende Sonden oder auch z.B. Schall- oder Ultraschallvorrichtungen sein. .

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Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung besteht darin, daß der Eintauchmechanisrous für die schwere, sperrige Elektrode 3 und ihren Halterungsarm 29 einfacher und billiger als im zuvor beschriebenen Beispiel ist, da die Elektrode 3 nur mit vorgewählter Geschwindigkeit in das Schlackenbad 7 gesenkt werden braucht und diese Geschwindigkeit nicht entsprechend den Änderungen anderer Parameter der Vorrichtung kontinuierlich verändert werden braucht» Außerdem kann der Ingot 5 einem Heißtopping unterzogen werden, indem die Eintauch-, geschwindigkeit der Elektrode 3 in die ?orm 1 stetig verkleinert wird, da die an der Elektrode 3 verbrauchte Leistung und damit die Geschwindigkeit, mit der die Elektrode verbraucht" wird, automatisch entsprechend verlangsamt werden·

Wenn die Vorrichtung nach Fig. 2 mittels einer Dreiphasen-Spannungsquelle gespeist wird, dann ist die Zuleitung zur Bodenplatte 15 der Form 1 nicht erforderlich, und jede der drei Phasen der Spannungsquelle kann zum Betrieb einer getrennten verbrauchbaren Elektrode 3 verwendet werden. Die drei Elektroden werden dann mit vorgewählter Geschwindigkeit Jn das Schlackenbad 7 eingeführt, wobei der zu den Elektroden fließende Strom und die Spannung zwischen den Elektroden überwacht •und zum Einstellen der Spannungen der drei Phasen der Spannungsquelle verwendet werden, so daß die an jeder Elektrode verbrauchte elektrische Leistung gerade eine solche Größe aufweist, wie· die Elektrode bei der Geschwindigkeit, mit der sie in das Schlackenbad eingeführt wird, verbraucht, während eine im wesentlichen konstante Eintauchtiefe dieser Elektrode in dem Schlackenbad aufrechterhalten wird. Die Elektroden können unabhängig voneinander eingetaucht werden, wobei jede Elektrode einen eigenen Eintauchmechanismus aufweist und die Spannung zwischen jeder Elektrode und dem Ingot durch unabhängige Referenzsignale über je eine Steuervorrichtung.gesteuert wird, die jeder Elektrode einzeln zugeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die drei Elektroden auch durch

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einen gemeinsamen Eintauchmechanismus in das Schlackenbad getaucht werden, wobei die Spannung zwischen den Elektroden und .dem Ingot durch ein gemeinsames Referenzsignal gesteuert werden, das charakteristisch für den Mittelwert der Einzelabstände zwischen den drei Elektroden und dem Ingot ist.

Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Elektroraffination enthält eine ringförmige, wassergekühlte Form 1, in die eine verbrauchbare Elektrode 3 ragt, aus der ein Ingot hergestellt werden soll. Das .untere Elektrodenende ist in ein Schlackenbad 7 eingetaucht, das sich oberhalb des sich bildenden Ingots 5 befindet. Die Elektrode kann mittels einer Winde 9, die durch einen Elektromotor 11 mit variabler Drehzahl betrieben wird, in das Schlackenbad 7 gesenkt werden. Eine Wechselspannungs-Speisequelle 13 ist zwischen die Elektrode 3 und die Bodenplatte 15 der Form geschaltet, wobei die zwischen der Elektrode 3 und dem Ingot 5 liegende Spannung entweder kontinuierlich oder in kleinen Schritten mittels einer Steuervorrichtung 17 gesteuert werden kann, die beispielsweise aus einem Anzapfumschalter eines Transformators besteht. Ein Spannungsraeßgerät 19 dient zum Messen der Spannung zwischen dem unteren Slektrodenende und der Oberseite des Ingots 5, d.h. zum Messen des Spannungsabfalls an dem zwischen diesen beiden befindlichen Seil der Schlacke, sowie zum Erzeugen eines für den Wert dieser Spannung charakteristischen Signals. Zum Messen 4 es zwischen,der Elektrode 3 und dem Ingot 5 fließenden Stroms und zum Erzeugen eines für den Wert dieses Strom charakteristischen Signals dient ein Strommeßgerät 21. Die Ausgangssignale vom Spannungsmeßgerät 19 und vom Strommeßgerät 21 we-rden einer Impedanzuberwachungs vor richtung 23 zugeleitet, in v/elcher diese beiden Signale kombiniert und zu einem Ausgangssignal verarbeitet v/erden, welches die elektrische Impedanz : zwischen der Elektrode 3 .und dem Ingot 5 anzeigt. Das Ausgangssignal vom lEpedanzüberwachungssignal wird einer Steuervorrichtung 25 zugeleitet, um die Drehzahl des Elektromotors und damit die Geschwindigkeit zu verändern, -mit der die Elek-

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trode 3 durch die Winde 9 in das Schlaclcenbad 7 gesenkt wird, so daß die Impedanz sswischen der Elektrode 3 und dem Ingot 5 und damit der Abstand zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des Ingots einen vorgewählten Wert beibehält. Ein Meßgerät 35 dient zum Peststellen der Geschwindigkeit, mit der· die Elektrode 3 in das Schlackenbad eingetaucht wird, und zum Erzeugen eines für die Eintauchistgeschwindigkeit charakteristischen Signals. Ein weiteres Gerät 37 dient zum Erzeugen eines Signals, das eine erwünschte Eintauchsollgeschwindigkeit anzeigt. Die Ausgangssignale der beiden zuletzt, erwähnten Geräte 35 und 37 werden einer Vergleichsanordnung .39 zugeleitet, in welcher die beiden Eintauchgeschwindigkeiten verglichen und ein Fehlersignal erzeugt wird, das die. Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeiten anzeigt. Das Pehlersignal£ wird der Steuervorrichtung 17 für die Speisespannung zugeführt und zur Steuerung der Speisespannung auf einen solchen Wert verwendet, daß die in der Elektrode umgesetzte Leistung · so groß ist, daß die Elektrode mit derjenigen Geschwindigkeit verbraucht bzw. aufgelöst wird, bei der die Eintauchsoilge- ^: schwindigkeit beibehalten bleibt. Der vorgewählte Wert des elektrischen Widerstandes und damit'des Abstands zwischen Elektrode und Ingot und die erwünschte Eintaucheöligeschwindigkeit der Elektrode können derart gewählt werden, daß eine Metallschmelze 33 entsteht, die im wesentlichen eine der idealen flachen lellerform entsprechende Gestalt besitzt. Die die ~~ Geräte 35 und 37 und die Vergleichsanordnung 39 aufweisende Einrichtung kann eine-mechanische Einrichtung Bein, die beispielsweise ein Differenzialgetriebe mit zwei Wellen enthält, welche mit Drehzahlen angetrieben werden, die der Eintauohistgeschwindigkeit und der erwünschten Eintauchsollgeschwindigkeit entsprechen und die eine dritte Welle mit einer Drehzahl antreiben, die gleich der.Differenz zwischen den beiden Eintauchgeschwindigkeiten ist. Die dritte Welle würde dann auf die Steuervorrichtung 17 für die Speisespannung einwirken und die zwischen Elektrode 3 und Ingot '5 liegende Spannung verän- ■ dem,' Alternativ kann die Einrichtung zum Peststellen und Ver-

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gleichen der beiden Eintauchgeschwindigkeiten elektrischer Art sein und "beispielsweise Geräte 35 und 37 aufweisen, die für die Eintauchist- "bzw. Eintauchsollgeschwindigkeit charakteristische Signale liefern, die dann mittels der Vergleichsanordnung 39 verglichen und zu einem dritten elektrischen Differenzsignal verarbeitet werden, das für die Differenz zwischen- den "beiden Eintauchgeschwindigkeiten charakteristisch . ist.

Wenn die in Pig. 3 gezeigte Vorrichtung zur Elektroraffination mittels einer Dreiphasen-Speisespannungsquelle betrieben wird, dann kann die Leitung zur Bodenplatte 15 "fehlen und können die drei Phasen zum Betrieb je einer unabhängigen verbrauchbaren Elektrode verwendet werden. Die zwischen den-Elektroden und dem Ingot 5 fließenden Ströme bzw. zwischen diesen liegenden Spannungen werden dann zur Erzeugung eines Signals verwendet, das zum Verändern der Elektrodeneintauchgeschwindigkeiten dient. Das Differenzsignal, das die Differenz zwischen der Eintauchist- und der Eintauchsollgeschwindigkeit angibt, wird dann zur Einstellung der drei Phasen der Speisespannung verwendet, da,mit die in jeder Elektrode umgesetzte elektrische Energie so groß ist, wie diese Elektrode bei derjenigen Gea.chwindigkeit verbraucht, bei der ein vorgewählter Abotand !■wischen dem ,unteren Ende der entsprechenden Elektrode und der Oberseite dec Ingots beibehalten wird. Die Elektroden können unabhängig voneinander in das Schlackenbad eingetaucht werden, wobei jeder Elektrode ein eigener ElektrOdeneintauchroechanismus und eine eigene Steuervorrichtung zugeordnet ist. Alternativ können die drei Elektroden mittels eines gemeinsamen Eintauchmechanismus' in das Sch.laeke.nbad eingetaucht werden, wobei der Eintauchmechanismus durch die Mittelwerte der Spannungen zwischen den Elektroden und dem Ingot und die Mittelwerte der zwischen den Elektroden und dem Ingot fließenden Utröme sowie durch die .Mittelwerte der Eiatauchist- und Eint.auchaollgesGhwindigkeiten. und den Mittelwert der Differenzen zwischen, diesen, beiden, gesteuert würde.

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Ein automatisches Heißtopping eines Ingots ist möglich, wenn die Eintauciisollgeschwindigkeit stetig verkleinert wird, da die Auflösegeschwindigkeiten der Elektroden automatisch auf einen Wert eingestellt wurden, "bei dem ein vorgewählter Abstand zwischen den „Elektroden und dem Ingot beibehalten wird.

Es ist für die Erfindung nicht wesentlich, daß die fielativbewegung zwischen der Elektrode und der Porn aus einer Bewegung der Elektrode relativ zur Form besteht. Vielmehr ist es auch möglich, die Porm nach oben in Richtung der Elektrode zu bewegen, wie es bereits in der früheren britischen Patentanmeldung 47 656/68 vorgeschlagen worden ist.

Weiterhin ist es für die Erfindung weder wesentlich, daß⁷ die Wachstumsollgeschwindigkait des Ingots während der gesagten Herstellungsperiode des Ingots nahezu unverändert ist, noch daß der vorgewählte Abstand zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des Ingots während des gesamten Verfahrens unverändert bleibt. Es könnte vielmehr Vorsorge dafür getroffen sein, daß diese Parameter entweder automatisch, gemäß einem Programm oder manuell verändert werden, uid sie irgendwelchen plötzlich auftretenden Problemen anzupassen. Beispielsweise könnten diese Parameter deshalb verändert werden, um einen Ausgleich für die schnell abnehmende Kühlwirkung der. Bodenplatte der lOrm während des Anfangsstadiums des Ingotwachstums zu schaffen oder um ein Heißtopping in den letzten Verfahrensstufen während der Herstellung des Ingots zu bewirken.

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Claims

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Patentansprüche

Γ 1 .J Regeleinrichtung für eine Vorrichtung zur Elektroraffination von Metallen, die eine Einrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der verbrauchbaren Elektrode und der Form aufweist, in der Ingot gebildet und in deren Schlakkenbad die Elektrode eintaucht, gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung (31) zum Vergleichen der Wachstuiaist- und der V/achs turas öliges chwindigke it des Ingots und zum Erzeugen eines für die Differenz der beiden Ge-

' schwindigkeiten charakteristischen Differenzsignals und durch eine in Abhängigkeit vom Differenzsignal gesteuerte Steuervorrichtung (17) zur Steuerung der Speisespannung zwischen Elektrode (3) Und Ingot (5) bzw. zum Konstantregeln der Verbrauchsgeschwindigkeit der Elektrode auf den Wert, der der Wachstumsollgeschwindigkeit des Ingots entspricht.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (11, 25) zum Ändern der Relativgeschwindigkeit zwischen Elektrode und Form vorgesehen ist, die zur Aufrechterhaltung eines vorgewählten Abstandes zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des Ingots dient.
3. Regeleinrichtung nach, Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Vergleichseinrichtung eine Kraftmeßdose (27) zur Überwachung des Gewichts der sich auflösenden Elektrode aufweist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Vergleichseinrichtung eine Kraftmeßdose (41) zur Überwachung des wachsenden Ingots aufweist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch, g ekennzeichnet, daß die Vergleichs einrichtungeine I-IeSsonce (4-5) zur Überwachung der Lage der Oberseite des

Ingots aufweist. 9098Α8/07Ί8 -

β. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet , daß die Vergleichs einrichtung ein oder mehrere Meßfühler (43) aufweist, die an den Seiten der Form (1) angeordnet sind und zur Überwachung der Lage der Oberseite des wachsenden Ingots dienen.'

7. Regeleinrichtung für eine Vorrichtung zur Elektroraffination von Metallen, die eine Einrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der verbrauchbaren Elektrode und der Form aufweist, in we Icher der Ingot gebildet wir.d und in deren Schlackenbad die Elektrode eintaucht,

gekennzeichnet durch eine Vergleichseinrichtung (23) zum Erzeugen eines für den Abstand zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des wachsenden Ingots charakteristischen Referenzsignals und durch eine in Abhängigkeit vom Referenzsignal gesteuerte Steuervorrichtung (17) zum Einstellen der Speisespannung zwischen Elektrode und Ingot auf einen Wert, bei dem die Elektrode mit einer solchen Geschwindigkeit verbraucht wird, daß ein vorgewählter Abstand zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des wachsenden Ingots erhalten bleibt.

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 7,.. dadurch gekennzeichnet , daß die Vergleichs einrichtung (23) ein Spannungsmeßgerät (19) zum Erzeugen e.ines für die Spannung zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des Ingots charakteristischen Signals, ein Strommeßgerät (21) -zum Erzeugen eines für den zwischen Elektrode und Ingot fließenden Strom charakteristischen Signals und eine Impedanzüberwachungsvorrichtung (23) aufweist, in welcher -die Spannungs- und Stromsignale kombiniert und zu einem für die Impedanz zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des wachsenden Ingots charakteristischen Signal verarbeitet werden.

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9. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch ,gekennzeichnet , daß die Vergleichs einrichtung ein oder mehrere Meßfühler aufweist,· die an den Seiten der Form angeordnet sind und zur Überwachung der lagen des unteren Elektrodenendes und der Oberseite des wachsenden Ingots dienen.

10. Regeleinrichtung für eine Vorrichtung zur Elektroraffiliation von Metallen, die eine Einrichtung zum Erzeugen einer konstanten Relativ "bewegung zwischen der' verbrauchbaren Elektrode und der Porm aufweist, in welcher der Ingot gebildet wird und in deren Schlackenbad die Elektrode eintaucht, gekenn ζ eichne.t durch eine Steuervorrichtung (57), die' durch aus den zwischen der Elektrode (3) und dem Ingot (5) liegenden Spannungen bzw. zwischen der Elektrode und dem Ingot fließenden Strömen erzeugte Spannungs- und Stromsignale steuerbar ist und durch welche die Speisespannung zwischen Elektrode und Ingot auf einen solchen Wert steuerbar ist, daß die Elektrode bei der konstanten vorgewählten Relativgeschwindigkeit, mit der sie in das Schlackenbad eingetaucht wird, verbraucht wird, während zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des wachsenden Ingots ein im wesentlichen konstanter Abstand erhalten bleibt.

11. Regeleinrichtung für eine Vorrichtung zur El ektr or äff inaction von Metallen, die eine Einrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der verbrauchbaren Elektrode und der !»Orj/i aufweist, in welcher der Ingot gebildet wird und in deren Schlaqkenbad die Elektrode eintaucht, gekennzeichnet d u r Q h e.ine Einrichtung (11, 25) zum Verändern der Relativbewegung zwischen Elektrode und Form und zum Konstanthalten des Abstandes zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des. Ingots, auf einem vorgewähltem Wert, ferner duroh eine Ve^gleiGhseinrioht.ung (39) sum Vergleichen der Eintauohist- und einer vorgewählten Eintauoh§öligesohwindig-■"ke.it (57) der Elektrode und zum Erzeugen, eines für die Uiffe-

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renz zwischen den beiden Geschwindigkeiten charakteristischen Fehlersignals, und durch eine in Abhängigkeit von Pehlersignal gesteuerte Steuervorrichtung (17) zum Einstellen der Speisespannung zwischen Elektrode und Ingot auf einen solchen Wert, daß die Elektrode mit einer Geschwindigkeit verbraucht wird/ ■ bei der sowohl die Eintauchsollgeschwindigkeit der Elektrode als auch der vorgewählte Abstand zwischen dem unteren Elektrodenende und der Oberseite des Ingots erhalten bleiben.

12. Regeleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Vergleichs einrichtung (39) ein Differentialgetriebe mit zwei drehbaren Bauteilen aufweist, die mit' einer der Eintauchist- bzw. der Eintauchsollgeschwindigkeit entsprechenden Drehzahl angetrieben werden und einen weiteren drehbaren Bauteil mit einer der Differenz zwischen den beiden Eintauchgeschwindigkeiten entsprechenden Drehzahl antreiben.

1.3. Regeleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , da.3 die Vergleichs einrichtung (39)' zwei Einrichtungen zur Erzeugung von elektrischen, den Eintauchist- bzw. Eintauchsollgeschwindigkeiten der Elektrode charakteristischen Signalen aufweist und daß eine weitere Einrichtung vorgesehen ist, in welcher diese beiden Signale verglichen und zu einem dritten, der Differenz der beiden Eintauchgeschwindigkeit'en entsprechenden Signal verarbeitet werden.

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