DE2350425A1 - Verfahren zur bestimmung von betriebsbedingungen von metallurgischen prozessen in lichtbogenoefen - Google Patents

Verfahren zur bestimmung von betriebsbedingungen von metallurgischen prozessen in lichtbogenoefen

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DE2350425A1 DE19732350425 DE2350425A DE2350425A1 DE 2350425 A1 DE2350425 A1 DE 2350425A1 DE 19732350425 DE19732350425 DE 19732350425 DE 2350425 A DE2350425 A DE 2350425A DE 2350425 A1 DE2350425 A1 DE 2350425A1
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Description

FRAMKFUrT(MAIN), 6. OKT. 1973
V/Kl Elkem-Spigerverket A/S, Oslo 3, Middelthunsgate 27, Norwegen,,
Verfahren zur Bestimmung von Betriebsbedingungen, von metallurgischen Prozessen in. Lichtbogenofen» :
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Betriebsbedingungen von metallurgischen Prozessen in-Lichtbogenofen, welche aussehliesslich oder teilweise unter Anwendung von elektrischen Lichtbogen arbeiten« Das Verfahren kann Anwendung finden bei Elektroöfen, die mit einem offenen elektrischen Lichtbogen über einem Schmelzbad: arbeiten, wie auch bei solchen, bei denen die Elektroden in das Einsatzgut eintaucheno
Einige metallurgische Prozesse werden in Elektroöfen mittels einer Kombination von Lichtbogen-und Widerstandserwärmung durchgeführt. Als Beispiele hierfür dienen Prozesse zum Schmelzen und Raffinieren von Öxidsehlacken und SuIfid— schlacken sowie elektrothermisch^ Reduktionsprozesseβ Bei diesen Prozessen ist es allgemein bekannt, dass eine direkte und kontinuierliche Bestimmung der im Schmelzofen herrschenden
en ^
Bedingung sehr schwierig und in den meisten Fällen gar unmöglich ist. Dies trifft insbesondere auf Prozesse zu, bei welchen
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die Elektroden in eine feste Charge eintauchen. Es ist daher ein starkes Bedürfnis vorhanden, Wege und Möglichkeiten zu
·
haben, um Messungen auszuführen, welche Informationen liefern können, die zur Steuerung der Prozesse anwendbar sind.
Zur Befriedigung dieses Bedürfnisses wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass zur Bestimmung von Betriebsbedingungen von metallurgischen Prozessen in Lichtbogenofen ein elektrischer Wert, der von der nicht linearen Lichtbogencharakteristik beeinflusst wird, mit an sich bekannten Einrichtungen gemessen und umgesetzt wird, so dass ein Signal erhalten, wird, das den Grad der Abweichung von der Kurve der Versorgungsspannung angibt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bei Anwendung für elektrische Reduktionsprozesse wird das erhaltene Signal zur Steuerung des Kohlenstoff-Oxid-Verhältnisses in der Rohmaterialmischung herangezogen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das erhaltene Signal bei Anwendung für Raffinierprozesse zur Steuerung des Temperaturverlaufs oder zur Steuerung der Zugabe des Rohmaterials herangezogen.
Nach der Erfindung ist somit ein Verfahren gegeben, mit welchem es auf der Basis der Messung einer einfach zu erreichenden elektrischen Variabelen möglich ist, Signale abzuleiten, welche Informationen geben über den Ablauf des jeweiligen Prozesses. Die Aufzeichnung kann dabei kontinuierlich vorgenommen werden. Das dem Verfahren zu Grunde liegende Prinzip ist anwendbar für Oefen, die eine oder auch mehrere Elektroden aufweisen. Dabei wird gemäss der Erfindung ein elektrischer Wert gemessen, welcher von der nicht linearen Lichtbogencharakteristik beeinflusst wird, beispielsweise der Spannungsabfall zwischen dem Elektrodenhalter und dem Ofenboden. Der elektrische Wert wird mit an sich bekannten Mess einrichtungen gemessen und
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•Einrichtungen zur Umsetzung in Signale, beispielsweise Filtern zugeführt, so dass ein Signal entsteht, welches anzeigt den Grad der Abweichung der *e^p- Kurve der eingespeisten Spannung oder der iTetzspannung, also der Versorgungsspannung«. Anhand der anliegenden Zeichnung wird in schematischer Meise eine Anwendung für das Verfahren der Erfindung dargestellt» Diese Darstellung zeigt im Prinzip und in vereinfachter Tfeise den elektrischen Schaltkreis für eine Elektrode in einem Lichtbogenofen· Dabei werden die nachstehenden Symbole mit den angegebenen Inhalten verwendet.
U: Vom elektrischen Hetz eingespeiste Spannung Gesamtreaktanz in Hetz und Sammelschiene Gesamtreaktanz in Elektrode und Lichtbogen
Innenwiderstand im Hetz und Widerstand in Sammelschiene
Ulektrodenwiderstand
Impedanz des Lichtbogens
x.i Impedanz im Schmelzbad und eventuell festem Material im Boden des Ofens
R1-: Leitfähigkeit zwischen Elektrode und Charge
E: Spannung gemessen zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden
ein den Bei Prozessen, bei welchen mit gutauch=feen Elektroden gearbeitet wird, tritt in einigen lallen eine Leitfähigkeit R1- in der Charge auf, welche die Lichtbogenimpedanz R, shuntet. Die Spannung E kann zwischen dem Elektrodenhalter und dem Ofenboden gemessen werden. Die &a?»eee» L*» Lp, R^, Rp, R, und R,-können Üblicherweise als lineare Schaltkreiselemente angesehen werden, wogegen der Lichtbogenwiderstand R, nicht linear iste Die Charakteristik von R, ist eine Punktion der Temperatur, des Drucks, der Zusammensetzung des Gases und der Rohmaterialien sowie der geometrischen Bedingungen in der Lichtbogenzone. Die
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Impedanz E2, sowie En- variieren ebenfalls in Abhängigkeit von Temperatur, Materialzusammensetzung und geometrischen Verhältnissen. Die nicht lineare Idchtbogenimpedanz kann einen Gleichrichteffekt bewirken, und auch dazu führt, dass der Elektrodenstrom etwas abweichen wird von der Kurve der ein-
gespeisten Spannung. Aufgrund der Eeaktanz im Schaltkreis wird eine Verzerrung der Spannungskurve am Schaltkreis ermittelt, beispielsweise durch Messung der zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden auftretenden Spannung E. Bei Anwendung von Wechselstrom wird die Spannungskurve dann Oberwellen (höhere harmonische) der Grundfrequenz aufweisen. Der Umfang der Oberwellen wird bei einem gegebenen Ofen und bei gegebenen • Betriebsbedingungen hauptaächlich bestimmt von der Charakteristik der Lichtbogenwerte R,, R2, und Rj-. Die Verzerrung der Spannungskurve ist somit ein Mass für diejenigen Betriebsbedingungen, welche die Werte R^, E2, und E1- beeinflussen. Gemäss der Erfindung ist es beispielsweise möglich, die Spannung E zu messen, diese einer Filterung zu unterwerfen und ein Signal zu erzeugen, welches den Grad der Abweichung von der Kurve der eingespeisten Spannung U anzeigt. Dieses Signal gibt Aufschluss über die Bedingungen während des Prozesses, meistens hauptsächlich über die Temperatur, und daher kann das Signal eingesetzt werden zur Steuerung des Ablaufes des Prozesses.
Das Verfahren nach der Erfindung kann beispielsweise angewendet werden zur Steuerung der Eohmaterialzugabe bei Schlacken-Raffinmer-Prozessen und zur Steuerung des Kohlenstoff-Oxid-Verhältnisses (Kohlenstoffanteil) bei Eeduktionsprozessen. Die Steuerung des Temperaturverlaufs, der Rohmaterialzugabe und des Kohlenstoffanteils kann automatisch oder von Hand durchgeführt werden.
5»< Beim S dimeIzen einer Oxidschlacke in einem 2700 kVA, 3 Phasen '* Lichtbogenofen vom Typ eines Elektrostahlofens ist mittels ** einfacher Filtrierung von 50 Hz und Gleichrichten der zwischen dem Elektrodenhalter.und dem Schmelzbad gemessenen Spannung
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eine Signal-variation im Verhältnis von 1:5 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Prozesses aufgezeichnet worden. Ein kaltes Schmelzbad, welches beispielsweise bei aussergewöhnlich grosser Zugabe von Material in den Ofen erreicht wird", wird eine reduzierte Verzerrung des Spannungsdiagrammes hervorrufen, während eine heisse Oxidschmelze eine erhöhte Verzerrung ergeben wird. Dies kann dadurch erklärt werden, dass der elektrische Widerstand in der. Oxidschmelze stark "abhängig ist von der Temperatur, durch welche das Verhältnis zwischen E^ und E7, geändert wird« Bei^einBia heissea Schmelzbad wird der Hauptte.il des Spannungsabfall es im Schaltkreis oberhalb des Lichtbogens liegen, während ein kälteres Schmelzbad einen verstärkten Spannungsabfall längs B. bewirken wird, was den Anteil der Erwärmung durch den Widerstand erhöhen und den Lichtbogen reduzieren wird. ' ..
Die Aufzeichnung von gemessener, gefilterter und gleichgerichteter Spannung zwischen einem Elektrodenhalter und dem Ofenboden in einem grösseren 3 Phasen Eeduitionsofen zur Herstellung von FerrosiliGium hat gezeigt, dass die Verzerrung der Spannungskurve sehr stark von den Betriebsbedingungen, insbesondere <ür©m Kohlenstoff-Oxid-Verhältnis in
.der Eohmaterialmischung (Kohlenstoffanteil) abhängig ist. Variationen im Kohlenstoffanteil·von - 5 fo gegenüber dem Normalen ergeben Signalvariationen von + 3 Q $» wobei der Zusammenhang zwischen Kohlenstoffanteil und Verzerrung derart ist, dass ein höherer Kohlenstoffanteil"eine geringere Verzerrung ergibt. Als Erklärung "ELetfür känir angeführt werden, dass ein erhöhter Kohlenstoffanteil zu einer höheren Temperatur im Schmelzkrater,;möglicherweise weit über 2ood°Ö, führt. Bei höheren Temperaturen in der öasatmosphäre, die die Elektrodenspitze umgibt, wird die Lichtbogenimpedanz linearer werden als bei niederen Temperaturen (Leitfähigkeit im Plasma) und die Verzerrung des Spannungsdiagrammes geringer sein. Ein verstärktes Shunten des Lichtbogens durch Rc bei -steigendem · Kohlenst off anteil in der Charge wird einen Einfluss in der-
selben Sichtung haben. ' -
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Claims (3)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur Bestimmung von Betriebsbedingungen von etallurgischen Prozessen in Lichtbogenofen, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Wert, der von der nicht linearen Lichtbogencharakteristik beeinflusst wird, mit an sich bekannten Einrichtungen gemessen und umgesetzt wird, so dass ein Signal erhalten wird, das den Grad der Abweichung von der Kurve der Versorgungsspannung angibt„
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung für elektrische Reduktionsprozesse das Signal zur Steuerung des Kohlenstoff-Oxid-Verhältnisses in der Hohmaterialmischung herangezogen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung für Raffinier-Prozesse das Signal zur Steuerung des Temperaturverlaufs herangezogen wird.
    4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anwendung für Raffinier-Prozesse das Signal zur Steuerung der Zugabe des Rohmaterials herangezogen wird.
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DE2350425A 1972-10-09 1973-10-08 Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsofens zur Herstellung von Ferrosilicium Expired DE2350425C3 (de)

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