DE2350425B2

DE2350425B2 - Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsofens zur Herstellung von Ferrosilicium

Info

Publication number: DE2350425B2
Application number: DE2350425A
Authority: DE
Inventors: Nils Skedsmokorset Skreien (Norwegen)
Original assignee: Elkem Spigerverket AS
Current assignee: Elkem ASA
Priority date: 1972-10-09
Filing date: 1973-10-08
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2366190C2; AU6115473A; NO141141C; FI55087C; IN140547B; SE409056B; DE2350425A1; JPS547968B2; FI55087B; CA1021834A; ES419434A1; IT993923B; JPS4972733A; US3909242A; FR2202618A5; YU258873A; NO141141B; DE2350425C3; ZA737361B; BR7307715D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsofens mit in dün Mr'ler eintauchenden Elektroden und verdecktem Lichtbogen zur Herstellung von Ferrosilicium.

In bekannter Weise werden verschiedene metallurgische Prozesse in Elektroöfen mittels einer kombinierten Lichtbogen- und Widerstandserwärmung durchgeführt Beispiele hierfür sind Prozesse zum Schmelzen und Raffinieren von Oxydschlacken und Sulfidschlacken sowie elektrothermische Reduktionsprozesse. Bei diesen Prozessen ist es allgemein bekannt, daß eine direkte und kontinuierliche Bestimmung der im Schmelzofen herrschenden Bedingungen sehr schwierig und in den meisten Fällen sogar unmöglich ist Dies trifft insbesondere auf Prozesse zu, bei welchen die Elektroden in eine feste Charge eintauchen. Es ist daher ein starkes Bedürfnis vorhanden, Wege und Möglichkeiten zu schaffen, um Messungen auszuführen, welche ausreichende Informationen liefern können, die zur Prozeßsteuerung einsetzbar sind.

Aus »elektrowärme international«, Band 26 (1968), Seiten 453 — 455, ist es bekannt, daß beim Stahlschmelzen mittels Lichtbögen in Drehstrom lichtbogenofen am Anfang der Einschmelzperiode, solange der Stahl noch fest ist, ZUndspitzen und Netzrückwirkungen auftreten, und zwar infolge des sich während des Einschmelzens von Stahl ständig verändernden Licht- w> bogenbrennverhaltens, das erst am Ende der Einschmelzperiode unter Berücksichtigung der Strom- und Spannungsverläufe einigermaßen stabil wird. Die insbesondere im anfänglichen Bereich der Einschmelzperiodc auftretenden Zündspitzen können gemäß dieser h> Vorveröffentlichung dadurch verringert werden, daß beim Stahlschmelzen Argon-Gas durch die Elektroden in den Ofen eingeblasen wird.

Die DE-AS It 59112 betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Lichtbogenofens, der zum möglichst schnellen Einschmelzen von Schrott unter Ausnutzung der maximal zulässigen Lichtbogendauerleistung bestimmt ist Zur Regelung des Lichtbogenofens wird gemäß dieser Vorveröffentlichung als Regelgröße das Verhältnis des Scheitelwertes der (rechteckförmigen) Lichtbogenspannung zum Scheitelwert der (sinusförmigen) Spannung des Lichtbogenstromkrei^es verwendet Dieses Verfahren beruht darauf, daß der Verlauf der Lichtbogenleitung bei einem bestimmten Wert dieses Verhältnisses ein Maximum aufweisen solL Zur Verringerung des meßtechnischen Aufwandes soll es auch möglich sein, statt der Scheitelwerte die arithmetischen Mittelwerte zu benutzen.

Der beschriebene Stand der Technik befaßt sich somit im letztgenannten Fall mit einer Erhöhung der Lichtbogenleistung zur Verkürzung der Einschmelzzeit von Schrott und im vorletzten Fall nut einer Stabilisierung von Lichtbogen zur Vermeidung von Netzrückwirkungen. Demnach bezieht sich dieser Stand der Technik ausschließlich auf die Lichtbogeneigenschaften und nicht auf eine Erfassung metallurgischer Betriebsgrößen unter Ausnutzung der Lichtbogeneigenschaften zwecks Steuerung von Prozeßabläufen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Verfahren der im Oberbegriff genannten Art in möglichst zweckmäßiger Weise Meßgrößen zugänglich zu machen, die eine Prozeßsteuerung ermöglichen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden auftretende elektrische Betriebsspannung gemessen wird, daß der vom Kurvenverlauf der Versorgungsspannung des Lichtbogenofens abweichende Oberwellengehalt der Betriebsspannung als eine im wesentlichen für den Kohlenstoffanteil der Möllerzusammensetzung bezeichnende Größe bestimmt wir<J und daß diese Bestimmungsgröße zur Betriebssteuerung des Kohlenstoffanteils bzw. der Materialbeschickung benutzt wird. Mit anderen Worten wird hier eine von der nichtlinearen Lichtbogencharakteristik abhängige und von der metallurgischen Betriebsgröße, nämlich des Kohlenstoffanteils bzw. der Materialbeschickung, über den Lichtbogen beeinflußte elektrische Betriebsgröße, nämlich die elektrische Betriebsspannung zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden, gemessen und bezüglich ihres abweichenden Oberwellengehalts zur Prozeßsteuerung benutzt. Bei der Erfassung der metallurgischen Betriebsgröße dient der Lichtbogen als Übertragu.igs- bzw. Umformerglied, das von der metallurgischen Betriebsgröße beeinflußt wird und seinerseits die elektrische Betriebsgröße beeinflußt. Dieses Verfahren ist äußerst vorteilhaft, da es hierdurch möglich ist, den metallurgischen Betriebsablauf in relativ einfacher Weise ohne Probenentnahme und dergleichen zu überwachen und Werte für die metallurgische Betriebsgröße festzustellen, so daß gegebenenfalls eine vollkontinuierliche oder automatische Steuerung des Betriebsablaufs möglich ist

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, über eine Messung einer einfach zu erzielenden elektrischen variablen Signale abzuleiten, die über den jeweiligen Prozeßablauf Informationen geben und eine unmittelbare Prozeßsteuerung zulassen. Dabei kann eine Aufzeichnung kontinuierlich vorge-

notnmen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für öfen mit einer oder auch mehreren Elektroden anwendbar. Die elektrische Betriebsgröße bzw. die Betriebsspannung zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden wird mit an sich bekannten Meßeinrichtungen gemessen und Umsetzungseinrichtungen, wie Filtern, zugeführt, um ein Signal zu erzeugen, welches den Abweichungsgrad bzw. den abweichenden Oberwellengehalt der gemessenen Betriebsspannung vom Kurvenverlauf der Ver sorgungs- oder Netzspannung angibt. Dieses Signal wird als eine im wesentlichen den Kohlenstoffanteil der Möllerzusammensetzung bezeichnende Bestimmungsgrö3e zur Betriebssteuerung des Kohlenstoffanteüs bzw. der Materialbeschickung benutzt.

In der Zeichnung ist in schematischer Weise die Anwendung des erfmdungsgemäiien Verfahrens dargestelltDiese Zeichnung zeigt im Prinzip und in vereinfachter Weise den elektrischen Schaltkreis für eine Elektrode in einem Lichtbogen-Reduktionsofen. In der Zeichnung haben die dort verwendeten Symbole die folgenden Bedeutungen:

U: Versorgungsspannung des lichtbogenofens, d.h. die vom elektrischen Netz aus eingespeiste Spannung;

Lf. Gesamtreaktant in Netz und Sammelschiene; L₂: Gesamtreaktant in Elektrode und Lichtbogen;

Rr. Innenwiderstand des Netzes und Widerstand der Sammelschiene;

R2: Elektrodenwiderstand; R₃: Impedanz des Lichtbogens;

R₄: Impedanz des Schmelzbades und eventuell von festem Material im Boden des Ofens;

Ry. Leitfähigkeitsimpedanz zwischen Elektrode und Charge;

E: Zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden gemessene Betriebsspannung.

Bei dem hier erörterten Verfahren mit eintauchenden Elektroden und verdecktem Lichtbogen tritt in einigen Fällen in der Charge eine Impedanz Rs auf, die in elektrischer Hinsicht parallel zur Lichtbogenimpedanz Ri liegt Die Betriebsspannung E wird zwischen dem Elektrodenhalter und dem Ofenbogen gemessen. Die Größen Lu Lt, Ru Ri, R* und R5 können üblicherweise als lineare Schaltkreiselemente abgesehen werden, während der Lichtbogenwiderstand Ri nichtlinear ist Die Charakteristik von A3 ist eine Funktion der Temperatur, des Drucks, der Zusammensetzung des Gases und der Rohmaterialien sowie der geometrischen Bedingungen in der Lichtbogenzone. Die Impedanzen Αι sowie Ri variieren ebenfalls in Abhängigkeit von Temperatur, Materialzusammensetzung und geometrischem Verhältnissen. Die nichtlineare Lichtbogenimpedanz kann einsn Gleichrichteffekt bewirken, und sie führt auch dazu, daß der Elektrodenstrom etwas von der Kurve der eingespeisten bzw. Versorgungsspannung abweicht Auf Grund der Reaktanzen im Schaltkreis ergibt sich eine Verzerrung der Spannungs kurve am Schaltkreis, d. h. ein gegenüber der Versorgun|»sspannung abweichender Oberweilengehalt der Betriebsspannung zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden. Der Gehalt an Oberwellen wird bei einem gegebenen Ofen und bei gegebenen Betriebsbedingungen hauptsächlich von der Charakteristik der Werte

ίο Rj, Ri und A₅ bestimmt Die Verzerrung der Betriebsspannuingskurve ist somit ein Maß für diejenigen Betriebsbedingungen, weiche die Werte R₃, R* und A₅ beeinflussen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Betriebsspannung E zu messen sowie einer Filterung zu unterwerfen und ein Signal ;tu erzeugen, welches den von der eingespeisten Versorgungsspannung U abweichenden Oberwellengehalt, d.h. den Grad der Kurvenabweichung, der Betriebsspannung E anzeigt Dieses Signal gibt Auf-Schluß iäbev die Prozeßbedingungen, d. h. den Kohlenstoffanteil der Möllerzusammensetz^ig, so daß es zur Betriehssteuerung des Kohienstoffanuils bzw. der Materiailbeschickung und damit zur Steuerung des Betriebsablaufs benutzt werden kann. Die bei dem vorliegenden Reduktionsprozeß erfolgende Steuerung des K< hlenstoffanteüs (Kohlenstoff-Oxyd-Verhältnis) bzw. der Materialbeschickung kann automatisch oder von Hand durchgeführt werden.

Eine Aufzeichnung von gemessener, gefilterter und

gleichgerichteter Betriebsspannung zwischen einem Elektrodenhalter und dem Ofenboden in einem größeren 3-Phasen-Reduktionsofen zur Herstellung von FeiTosüicium hat gezeigt, daß- die Verzerrung der Betriebsspannungskurve sehr stark von den Betriebsbedingungen und insbesondere vom Kohlenstoffanteil bzw. Kohlenstoff-Oxyd-Verhältnis in der Rohmaterialmischurig abhängig ist Veränderungen im Kohlenstoffanteil von ±5% gegenüber dem normalen Wert führen zu Siginalveränderungen von +30%. Der Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffanteil und der auftretenden Verzerrung bzw. dem abweichenden Oberwellengehalt ist dergestalt, daß ein höherer Kohleniitoffanteil zu einer geringeren Verzerrung und umgekehrt führt Hierfür kann als Erklärung angeführt

+ > werden,, daß ein erhöhter Kohlenstoffpnteil zu einer höheren Temperatur im Schmelzkrater führt, möglicherweise zu einer Temperatur von weit über 2000° C. Bei höheren Temperaturen der die Elektrodenspitze umgebenden Gasatmosphäre wird die Lichtbogenimpe-

>o danz linearer als bei niedrigen Temperaturen (Leitfähigkeit im Plasma), werhalb sich auch geringere Verzerrungen bzw. Oberwellengehalte im Betriebsspannungv verlauf !ergeben. Ein bei steigendem Kohlenstoffanteil in der Charge erfolgendes verstärktes Überbrücken des

Yt Lichtbogens durch /?₅ hat einen Einfluß in derselben Richtung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsofens mit in den Möller eintauchenden Elektroden und verdecktem Lichtbogen zur Herstellung von Ferrosilicium, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden auftretende elektrische Betriebsspannung gemessen wird, daß der vom Kurvenverlauf der Versorgungsspannung des Lichtbogenofens abweichende Oberwellengehalt der Betriebsspannung als eine im wesentlichen für den Kohlenstoffanteil der Möllerzusammensetzung bezeichnende Größe bestimmt wird und daß diese Bestimmungsgröße zur Betriebssteuerung des KohJenstoffanteils bzw. der Materialbeschickung benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Betriebsspannung gefiltert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Betriebsspannung gleichgerichtet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung gefiltert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung gleichgerichtet wird.

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