DE2366190C2

DE2366190C2 - Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogenofens zum Schmelzen von Oxidschlacke

Info

Publication number: DE2366190C2
Application number: DE2366190A
Authority: DE
Inventors: Nils 2020 Skedsmokorset Skreien
Original assignee: Elkem ASA
Current assignee: Elkem ASA
Priority date: 1972-10-09
Filing date: 1973-10-08
Publication date: 1983-01-05
Also published as: SE409056B; US3909242A; DE2350425B2; IN140547B; NO141141C; ES419434A1; ZA737361B; DE2350425C3; AU6115473A; FI55087B; YU258873A; DE2350425A1; BR7307715D0; FR2202618A5; JPS547968B2; CA1021834A; IT993923B; NO141141B; FI55087C; JPS4972733A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogenofens zum Schmelzen von Oxidschlakke.

In bekannte'' Weise werden verschiedene metallurgische Prozesse in Elektroöfen mittels eine, kombinierten Lichtbogen- und Widerstandserwärmung durchgeführt Beispiele hierfür sind Prozesse mm Schmelzen und Raffinieren von Oxidschlacken und Sulfidschlacken sowie elekirothermische 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 cm starkes Bedürfnis vorhanden. Wege und Möglichkeilen zu schaffen, um Messungen auszuführen, welche ausreichende Informationen liefern können, die zur Prozeßsteuerung einsetzbar sind.

Aus »elektrowärme international«, Band 26 (1968), Seiten 453—465. ist es bekannt, daß beim Stahlschmelzen mittels Lichtbögen in Drehstromlichtbogenöfen am Anfang der Einschmelzperiode, solange der Stahl noch so fest ist. Zündspitzen und Netzrückwirkungen auftreten. Es wird die Ursache der Spannungsspitzen (Oberwellengehalt) untersucht, die infolge des sich während des Einschmelzens von Stahl ständig verändernden Lichtbogenbrennverhaltens entstehen, das erst am Ende der Einschmelzperiode unter Berücksichtigung der Strom- und Spannungsverläufe einigermaßen stabil wird. Durch geeignete Maßnahmen soll eine Stabilisierung der Lichtbogenspannung (und -ströme) zur Vermeidung von Rückwirkungen auf das Versorgungsnetz herbeigeführt werden. Insbesondere im anfänglichen Bereich der Einschmelzperiode können gemäß dieser Veröffentlichung die auftretenden Zündspitzen dadurch verringert werden, daß beim Stahlschmelzen Argon-Gas durch die Elektroden in den Ofen eingeblasen wird.

Die DE-AS Il 59 112 betrifft ein Verfahren zur Regelung eines L.ichtbogenofens. der zum möglichst schnellen Einschmelzen von Schrott unier Ausnutzung der maximal zulässigen Lichtbogendauerleistung bestimmt ist Zur Regelung des Lichtbogenofens wird gemäß dieser Veröffentlichung als Regelgröße das Verhältnis des Scheitelwertes der (rechteckförmigen) Lichtbogenspannung zum Scheitelwert der (sinusförmigen) Spannung des Lichtbogenstromkreises verwendet. Dieses Verfahren beruht darauf, daß der Verlauf der Lichtbogenleistung bei einem bestimmter» 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 Kali mit einer Erhöhung der Lichtbogenleistung zur Verkürzung der Einschmelzzeit von Schrott und im erstgenannten Fall mit 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 bzw. thermischer Betriebsgrößen unter Ausnutzung der Lichtbogeneigenschaften zum Zweck der Steuerung von Prozeßabläufen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Verfahren der im Oberbegriff genannten Art in möglichst zweckmäßiger, einfacher Weise eine Bestin\.nungsgröße für die Schmelzbadtemperatur zu erhalten.

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 bei möglichst weitgehender Konstanthaltung der übrigen Parameter als eine im wesentlichen für die Temperatur des Schmelzbades bezeichnende Größe bestimmt wird und daß dies« Briiimmungsgröße zur Betriebssteuerung der Schmelzbadtemperatur bzw. der Oxidschlackenzugabe benutzt w«rd. Demnach wird hier eine von der nichtlinearen Lichtbogencharakteristik abhängige und bei einer weitgehenden Konstanthaltung der übrigen Parameter von der Schmelzbadtemperatur über den Lichtbogen beeinflußte elektrische Betriebsgröße, nämlich die elektrische Betriebsspannung zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden, gemessen und bezüglich ihres abweichenden Oberwellengehaltes zur Prozeßsteuerung, das heißt zur Steuerung der Schmelzbadtemperatur bzw. der Oxidschlackenzugabe, benutzt. Bei der Erfassung der Schmelzbadtemperatur dient der Lichtbogen als Übertragungs- bzw. Umformerglied, das von der Schmelzbadtemperatur 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 Schmelzbadtemperatur festzustellen, so daß gegebenenfalls eine vollkontinuierliche oder automatische Steuerung des Betriebsabiaufs 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 vorgenommen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist

für Öfen mit einer oder auch mehreren Elektroden anwendbar. Die elektrische Betriebsgröße bzw, die Betriebsspannung zwi^crh?i Elektrodenhalter und Ofenboden wird mit an sich bekannten Meßeinrichtungen gemessen und Umsetzungseinrichtungen zum Erzeugen eines Signals zugeführt, welches den Abweichungsgrad bzw. den abweichenden Oberwellengehalt der gemessenen Betriebsspannung vom Kurvenverlauf der Versorgungs- oder Netzspannung angibt Dieses Signal wird als eine im wesentlichen die Schmelzbadtemperatur bezeichnende Bestimmungsgröße zur Betriebssteuerung der Schmelzbadtemperatur bzw. der Oxidschlakkenzugabe benutz^.

In ·.*. r;-:rrer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die elektrische Betriebsspannung und die Versorgungsspannung gefiltert wird. Statt dessen oder zusätzlich ist es auch möglich, daß die elektrische Betriebsspannung und die Versorgungsspannung gleichgerichtet wird. Hierdurch ist es in sehr einfacher Weise möglich, den abweichenden Oberwellengehalt als Maß für die Schmelzbadtemperatur festzustellen.

In der Zeichnung ist in schematischer Weise die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt Diese Zeichnung zeigt im Prinzip und in vereinfachter Weise den elektrischen Schaltkreis für eine Elektrode in einem Lichtbogenofen zum Schmelzen von Oxidschlacke. In der Zeichnung haben d^;e dort verwendeten Symbole die folgenden Bedeutungen:

U: Versorgungsspannung des Lichtbogenofens, das heißt die vom elektrischen Netz aus eingespeiste Spannung;

Li; Gesamtreaktanz in Netz und Sammelschiene-,

Ly Gesamtreaktanz in Elektrode und Lichtbogen;

Ry. Innenwiderstand des Netzes und Widerstand der Sammelschiene;

Ry. Elektrodenwiderstand;

Ry. Impedanz des Lichtbogens;

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

Λ5: Impedanz 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 /?? auf, die in elektrischer Hinsicht parallel zur Lichtbogenimpedanz Ri liegt. Die Betriebsspannung E wird zwischen dem Elektrodenhalter und dem Ofenboden gemessen. Die Größen Li, Li, R\, Ri, Ra und Λ5 können üblicherweise als lineare Schaltkreiselemente angesehen werden, während der Lichtbogenwiderstand Ri nichtlinear ist. Die Charakteristik von Hi ist eine Funktion der Temperatur, des Drucks, der Zusammensetzung des Gases und der Rohmaterialien sowie der geometrischen Bedingungen in der Lichtbogenzone. Die Impedanzen Ra sowie /?5 variieren ebenfalls in Abhängigkeit von Temperatur. Materialzusammensetzung und geometrischen Verhältnissen. Die nichtlineare Lichtbogenimpedanz kann einen Gleichrichtereffekt bewirken, und sie fuhrt auch dazu, daß der-F'ekfradeimfom eiwas von der Kurve des von der Versorgungsspannung U aufgeprägten Versüfgungsstroiiies abweicht. Aufgrund der Reaktanzen im Schaltkreis ergibt sich ein«' Verzerrung der Spannungskurve am Schaitiue'S, Ηρτ ^.iiii: es entsteht t:irt gegenüber der Versorgungsspannung abwuthender übervvellengehalt 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 Ri, Ra und Ri bestimmt Die Verzerrung der Betriebsspannungskurve ist somit ein Maß für diejenigen Betriebsbedingungen, welche die Werte .R₃, Ra und Ri beeinflussen.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Betriebsspannung ZTzu messen sowie einer Filterung zu unterwerfen und ein Signal zu erzeugen, welches den von der eingespeisten Versorgungsspannung U abweichenden Oberwellengehalt, das heißt den Grad der Kurvenabweichung, der Betriebsspannung E anzeigt. Dieses Signal gibt Aufschluß über die Prozeßbedingungen, das heißt über die Temperatur des Schmelzbades, wenn die übrigen ",eeinflussenden Parameter im wesentlichen konstant gc'ia'ten werden. Somit kann das genannte Signal zur Betriebssteuerung der Schmelzbadtemperatur bzw. d^r Oxidschlackenzugabe und damit zur Steuerung des Betriebsablaufes benutzt wurden. Die bei dem Schmelzen von Oxidschlacke erfolgende Steuerung der Schmelzbadtemperatur bzw. der Oxidschlackenzugabe kann automatisch oder von Hand durchgeführt werden.

Beim Schmelzen von Oxidschlacke in ^inem 3-Phasen-Lichtbogenofen vom Typ eines Elektrostahlofens mit 2700 kVA ist mittels einfacher Filtrierung von 50 Hz und Gleichrichten der zwischen dem Elektrodenhalter und dem Ofenboden gemessenen Spannung eine Signalvariation im Verhältnis von 1 ; 5 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Prozesses aufgezeichnet worden. Ein kaltes Schmelzbad, welches beispielsweise bei außergewöhnlich großer Zugabe von Oxidschlacke in den Ofen erreicht wird, «vird "ine reduzierte Verzerrung des Spannungsdiagrammes hervorgerufen, während eine heiße Oxidschmelze eine erhöh 3 Verzerrung ergeben wird. Dies kann dadurch erklärt werden, daß der elektrische Widerstand in der Oxidschmelze stark von der Temperatur abhängig ist, durch welche das Verhältnis zwischen R_t und Ra geändert wird. Bei einem heißen Schmelzbad wirci der Hauptteil des Spannungsabfalles im Schaltkreis über dem Lichtbogen liegen. Demgegenüber bewirkt ein kälteres Schmelzbad einen verstärkten Spannungsabfall an Ra. so daß hierdurch der Anteil der Erwärmung durch den Widerstand erhöht und durch den Lichtbogen reduziert wird. Insgesamt kann somit der vom Kurvenveilauf der Versorgungsspannung des Lichtbogenofen» pbweichende Oberwellengehalt der Betriebsspannung bei einer ausreichenden Konstanthaltung der übrigen Parameter al« ein Maß für die Schme'sbadteniperatur benutzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb eines Lichtbogenofens zum Schmelzen von Oxidschlacke, dadurch gekennzeichnet, da3 die zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden auftretende elektrische Betriebsspannung gemessen wird, daß der vom Kurvenverlauf der Versorgungsspannung des Lichtbogenofens abweichende Oberwellengehalt der Betriebsspannung bei möglichst weitgehender Konstanthaltung der übrigen Parameter als eine im wesentlichen für die Temperatur des Schmelzbades bezeichnende Größe bestimmt wird und daß diese Bestimmungsgröße zur Betriebssteuerung der Schmelzbadtemperatur bzw. der Oxidschlackenzu- |₅ gäbe benutzt wird.

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

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