DE2657116C2 - Monitoring method for metal melting in electric arc furnaces - Google Patents

Monitoring method for metal melting in electric arc furnaces

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Description

Die Erfindung bezieht süh 3uf die Elektrometallurgie, nämlich auf Überwachungsmeth.· Jen für das Metallschmelzen in Lichtbogenofen.The invention also relates to electrometallurgy, namely on monitoring meth. · Jen for metal melting in electric arc furnace.

Das effektivste Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Metallerzeugung in Lichtbogenofen.The most effective field of application of the invention is metal production in electric arc furnaces.

Bei der Metallerschmelzung in Lichtbogenofen ist es besonders wichtig, folgende Arbeitsgänge zu überwachen: Zeitpunkt des Durchschmelzend des Einsatzes, des Abschaltens des Ofens wegen der Nachbeschickung, des erfolgten Einschmelzens des Einsatzes einschließlich der schlackenbildenden und legierenden Materialien, Schlackenarbeit und Temperaturführung bei der Schmelze. Die Überwachung dieser Arbeitsgänge ist sowohl für die Leistung des Ofens als auch für die Qualität des erschmolzenen Metalls ausschlaggebend. When melting metal in an electric arc furnace, it is particularly important to monitor the following operations: Time when the insert melts, when the furnace is switched off because of the reloading, the completed melting of the insert including the slag-forming and alloying materials, Slag work and temperature control in the melt. The monitoring of these operations is crucial for both the performance of the furnace and the quality of the molten metal.

Es ist ein Verfahren (A. M. Gaj, UdSSR-Urheberschein !94124. Kl. C21C05/52) bekannt, das es gestattet, den Augenblick zu erfassen, wenn das Schmelzen bzw. seine einzelnen Perioden beendigt sind. Bei dem Verfahren mißt man den Stromverbrauch in Amperestunden während der ganzen Schmelzdauer und bes'.immt nach dem Stromverbrauch, ob eine Schmelzperiode beendigt ist.There is a method (A. M. Gaj, USSR copyright! 94124. Kl. C21C05 / 52) known that it allows to grasp the moment when the melting or its individual periods have ended. The method measures the current consumption in ampere-hours during the entire melting period and determines whether a melting period has ended according to the consumption of electricity.

Dieses Verfahren hat sich in der Industrie nicht durchgesetzt, denn der Stromaufwand bei dem Metallschmelzen ist von Gewicht und Beschaffenheit des Einsatzes abhängig; diese Kennwerte aber sind nicht konstant, sondern bewegen sich in recht weiten Bereichen. Bei Kurzschlüssen zwischen Elektroden und Einsatzgut ist der Strom maximal, - dagegen die von ihm an das Metall abgegebene Wärmemenge, weil der Lichtbogen dabei ausbleibt, minimal. Die Folge ist, daß, obwohl die berechneten Amperestunden schon verbraucht sind, das Metall im Ofen noch nicht eingeschmolzen ist.This process has not caught on in industry because of the electricity required to melt the metal depends on the weight and nature of the mission; but these parameters are not constant, but move in quite wide areas. In the event of a short circuit between electrodes and The current is the maximum input material, - on the other hand, the amount of heat given off by it to the metal, because the There is no arc, minimal. The result is that although the calculated ampere-hours have already been consumed the metal in the furnace has not yet melted.

Es ist auch ein Verfahren (I. M. Korobko, Ju. S. Isgojew, UdSSR-Urheberschein 235785, Kl. C21c, 05/52) zum Erfassen des Anfangs der Oxydationsperiode im Schmelzverlauf bekannt. Bei dem Verfahren mißt man den Stromverbrauch in Amperestunden und berücksichtigt Gewicht und Beschaffenheit des F.insatzes, indem man den berechneten Stromaufwand für das Schmelzen entsprechend abändert. Der Stvombedarf wird mit Hilfe eines Computers berechnet. Dieses Verfahren ist von einigen Nachteilen des vorhergehenden Verfahrens frei, jedoch kann die durch Messung erfaßte Anzahl der Amperestunden ihre berechnete Anzahl auch zu einer Zeit erreichen, wo das Metall (wegen öfterer Kurzschlüsse zwischen Elektroden und Einsatzgut) noch nicht eingeschmolzen ist. Durch diesen Umstand konnte sich dieses Verfahren zur Überwachung des Elektroschmelzens in der Industrie nicht durchsetzen.It is also a process (I. M. Korobko, Ju. S. Isgojew, USSR copyright certificate 235785, class C21c, 05/52) for detecting the beginning of the oxidation period in the melting process. The procedure measures the power consumption in ampere-hours and the weight and nature of the application are taken into account, by changing the calculated electricity consumption for melting accordingly. The electricity supply is calculated with the help of a computer. This method suffers from some disadvantages of the previous one Method free, but the number of ampere hours recorded by measurement can be your calculated Number can also be reached at a time when the metal (due to frequent short circuits between electrodes and Charge) has not yet melted down. Due to this fact, this method of surveillance could not be used of electrofusion in the industry.

Es wurde weiter eine Überwachungsmethode für das Schmelzen von Stahl in Lichtbogenofen vorgeschlagen (s. den UdSSR-Urheberschein 358796 H 05b 7/00 vom 23.10.1970). Bei diesem Verfahren werden Bogenstrom- bzw. Bogenspannungsschwingungen durch Zerlegung des elektrischen Signals in harmonische Komponenten und Vergleich der erhaltenen Werte bzw. ihrer Verhältnisse mit Normalgrößen in verschiedenen Bereichen des Schwingungsspektrums kontinuierlich analysiert. Die Normalgrößen werden nach Auswertung der Daten einer Reihe von Schmelzungen statistisch ermittelt.A monitoring method for the melting of steel in an electric arc furnace has also been proposed (See the USSR copyright certificate 358796 H 05b 7/00 of October 23, 1970). In this process, arc current or arc voltage oscillations by breaking down the electrical signal into harmonic components and comparison of the values obtained or their ratios with normal sizes in different Areas of the vibration spectrum are continuously analyzed. The normal sizes are after evaluation statistically determined from the data of a number of melts.

Dieses Verfahren gestattet es, das Sieden von Metall in seiner Intensität, den Zeitpunkt der Einschmelzung von schlackenbildenden und legierenden Materialien und schlechte Schlackenarbeit zu erfassen.This process allows the boiling of metal in its intensity, the time of melting of slag forming and alloying materials and poor slag work.

Es eignet sich aber für die Erfassung des Schmelzgutzustandes während des Schmelzprozesses nicht und setzt eine vorangehende statistische Auswertung der Daten einer Vielzahl von Chargen zur Erhaltung von sicheren Bezugsgrößen bei jedem einzelnen Ofen voraus.However, it is suitable for recording the state of the melt material not during the melting process and requires a previous statistical evaluation of the Data from a large number of batches to maintain reliable reference values for each individual furnace in advance.

Es gibt ferner ein Verfahren zur Erfassung des Schmelzendes für Lichtbogenofen mit Elektrodenregelung (s. Konissi Tzutomu, Automatische Überwachung des Schmelzendes bei Lichtbogenofen. »Chitati Cheron«, 1966, Jahrgang 48, Heft 2, S. 266-273).
Bei diesem Verfahren wird die absolute Elektrodengeschwindigkeit ab einem bestimmten Wert für alle drei Phasen gemessen und mit ihrem Normalwert verglichen.
There is also a method for detecting the end of melting for electric arc furnaces with electrode control (see Konissi Tzutomu, Automatic monitoring of the end of melting in electric arc furnaces. "Chitati Cheron", 1966, Volume 48, Issue 2, pp. 266-273).
With this method, the absolute electrode speed is measured from a certain value for all three phases and compared with its normal value.

Dieses Verfahren aber gestattet es eben nur, das Ende der Einschmelzung zu erfassen, hat wie das vorhergehende eine vorangehende statistische Auswertung der Daten einer Mehrzahl von Chargen zur Erhaltung eines sicheren Vergleichswertes zur Voraussetzung und ist sowohl gegen Änderungen am Elektrodenverstellsystem als auch gegen eine andere Beschaffenheit des Einsatzgutes sehr empfindlich.But this process only allows the end To record the meltdown, like the previous one, has a previous statistical evaluation of the Data from a plurality of batches is a prerequisite for maintaining a reliable comparison value and is against changes to the electrode adjustment system as well as against a different nature of the Items used are very sensitive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsmethode für das Schmelzen von Metallen in Lichtbogenöfen anzugeben, bei der die sich ändernden Bedingungen des Schmelzprozesses auf Grund der Elektronenemission aus dem Einsatzmetall und den schlackenbildenden und legierenden Materialien Berücksichtigung finden.
Diese Aufgabe wird bei einer Überwachungsmethode
The invention is based on the object of specifying a monitoring method for the melting of metals in electric arc furnaces, in which the changing conditions of the melting process due to the electron emission from the metal used and the slag-forming and alloying materials are taken into account.
This task is done with a monitoring method

für das Metallschmelzen in Lichtbogenöfen mit Elektrodenregelung, die in einer Analyse der elektrischen Werte des Lichtbogens und einem Vergleich der Istwerte mit von einer statistischen Auswertung der Daten einer Reihe von Chargen gelieferten Sollwerten besteht, und einer darauf beruhenden Schmelzführung derart, daß der Schmelzprozeß im Sinn des Ausgleichs der eingetretenen Abweichungen der Lichtbogenwerte von den Sollwerten beeinflußt wird, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Lichtbogenspannung und Lichtbogenst"om innerhalb bestimmter Perioden mehrmals gemessen und dann die Summen aus den erfaßten Gleichstrom- bzw. Gleichspannungskomponenten für die einzelnen Meßperioden gebildet werden, wobei die Dauer jeder einzelnen Meßperiode durch die Zeit bestimmt wird, während der die betreffende elektrische Größe einen für die Meßperiode praktisch konstanten Wert erreichen kann.for metal melting in electric arc furnaces with Electrode control resulting in an analysis of the electrical values of the arc and a comparison of the Actual values with setpoints provided by a statistical evaluation of the data from a number of batches exists, and a melt management based on it in such a way that the melting process in the sense of compensation the deviations that have occurred in the arc values from the nominal values are influenced, according to the Invention solved in that the arc voltage and arc surge several times within certain periods measured and then the sums of the recorded direct current or direct voltage components for the individual measurement periods are formed, with the duration of each individual measurement period divided by time is determined, during which the electrical quantity in question is practically constant for the measuring period Can achieve value.

Dieses Verfahren gestattet es, das Schmelzen von Metallen wesentlich zu beschleunigen. Die Analyse der Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsanteile erlaubt es, die wichtigsten Arbeitsgänge genau zu überwachen und hierdurch die Qüäiiiäi des. erschmolzenen metalls weitgehend zu verbessern.This process allows the melting of metals to be accelerated significantly. Analysis of the Direct current and direct voltage components allow the most important work processes to be precisely monitored and thereby the Qüäiiiäi of the. melted metal largely to improve.

Darüber hinaus erhält man durch die Erfindung weitaus bessere Betriebsdaten des Lichtbogenofens: Der Energieverbrauch für das Schmelzen wird geringer, die Überhitzung von Metall bleibt aus, so daß die Entphosphorung besser vor sich gehen kann, und das Metall weniger Abbrand zeigt sowie weniger Gase absorbiert.In addition, the invention provides much better operating data for the electric arc furnace: The energy consumption for melting is lower, the metal does not overheat, so that the Dephosphorization can go better, and the metal shows less burn-up and fewer gases absorbed.

Infolge der erfindungsgemäßen Überwachungsmethode hält die Ofenausmauerung wesentlich langer.As a result of the monitoring method according to the invention, the furnace lining lasts much longer.

Die Messungen werden innerhalb der einzelnen Perioden zweckmäßig kontinuierlich durchgeführt; die Dauer einer Meßperiode kann die von einer Schwingung der Meßgröße bis zur Dauer des kürzesten Arbeitsgangs sein.The measurements are expediently carried out continuously within the individual periods; the The duration of a measurement period can range from one oscillation of the measured variable to the duration of the shortest Be an operation.

Die Kontinuität der Messung ermöglicht es, die Beendigung der einzelnen Arbeitsgänge im Ablauf des Schmelzens von Metall im Lichtbogenofen genauer zu erfassen.The continuity of the measurement makes it possible to terminate the individual operations in the course of the Detecting the melting of metal in the electric arc furnace more precisely.

Die gewählte Einteilung des Prozesses in Meßperioden macht die Erfassung auch eines noch so kurzen Arbeitsganges möglich.The chosen division of the process into measuring periods makes the acquisition even a short one Operation possible.

Andere Ziele und Vorteile der Erfindung erhellen sich aus folgender detaillierten Beschreibung an Hand der Zeichnungen, welche zeigenOther objects and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description with reference to FIG Drawings that show

Fi g. 1 bis 3 die einzelnen Stufen des Schmelzprosses in Lichtbogenofen schematisch,Fi g. 1 to 3 the individual stages of the melt rupture in an electric arc furnace schematically,

Fig. 4 die Kurve der mittleren wahrscheinlichen Werte der Gleilchspannungskomponente der Lichtbogenspannung über der Schmelzzeit,4 shows the curve of the mean probable values of the equilibrium voltage component of the arc voltage over the melting time,

F i g. 5 die Schaltung der einfachsten Einrichtung zur Erfassung der Gleichstromkomponenten von Lichtbogenspannung und -strom,F i g. 5 shows the circuit of the simplest device for detecting the direct current components of arc voltage and current,

Fig. 6 den Anschluß der Einrichtung zur Erfassung der Gleichstromkomponenten von Lichtbogenspannung und -strom an den Lichtbogenofen.6 shows the connection of the device for detection the DC components of the arc voltage and current to the arc furnace.

Bekanntlich wird der Lichtbogenstiom vor allem durch die Thermoemission bedingt, deren Sättigungsstrom In sieh nach der Richardson-Dushrnanschen Formel berechnen läßt.As is well known, the arc stiom is primarily caused by the thermal emission, the saturation current I n of which can be calculated using the Richardson-Dushrnan formula.

Es istIt is

/, = A ■ S /, = A ■ S

■ exp \-y ■ exp \ -y

darin bedeuten:in it mean:

A =120,4 A ■ cm-' · Grad-2 -,ommerfeldsche Ther- A = 120.4 A ■ cm- 'degree- 2 -, ommerfeld thermal

monmissionskonstante, absolute
T Temperatur des Katodenflecks in 0K,
S Fläche des Katodenflecks in cm2,
b austrittsarbeitsproportionale Konstante.
mission constant, absolute
T temperature of the cathode spot in 0 K,
S area of the cathode spot in cm 2 ,
b constant proportional to the work force.

Gieich nach Beginn der Einschmelzung brennt der Lichtbogen zwischen Elektrode 1 und kaltem Einsatzmaterial 2 (Fig. 1). Daher ist zu der Zeit, in der das Einsatzgut 2 als Katode dient, der Sättigungsstrom schwächer und die Spannung am Lichtbogen höher als zu der Halbperiode, in der die Elektrode 1, deren Temperatur gegenüber dem Einsatzmetall höher ist, als Katode dient. Dies bewirkt, daß die Spannung bzw. tier Strom des Lichtbogens eine Gleichstromkomponente aufweist, welche das Spannungs- bzw. Strommittel über die ganze Schwingungsperiode ist.Immediately after the meltdown has started, the arc burns between electrode 1 and the cold feed material 2 (Fig. 1). Hence, at the time that the Charge 2 serves as a cathode, the saturation current is weaker and the voltage at the arc is higher than to the half cycle in which the electrode 1, the temperature of which is higher than that of the insert metal Cathode is used. This causes the voltage or current of the arc to be a direct current component has, which is the voltage or current means over the entire period of oscillation.

Die besonderen Bedingungen, in welchen der Lichtbogen beim Schmelzen brennt (öfteres Abreißen, Kurzschlüsse durch die nach unt . ·■ gehenden Einsatzmaieriaisiücke, a:e die Elektrode rufaiiig berühren können, u. a.), sind die Ursache dafür, daß die Amplitudenwerte und somit die Gleichstromkompo· nenten von Lichtbogenspannung und -strom zufällige GröP.'n sind. Es ist diher nicht möglich, die Kurve der Gleichspannungs- bzw. Gleichstromkomponente für den Schmelzprozeß theoretisch zu berechnen.The particular conditions in which the arc during melting burns (frequent tearing, short-circuiting through the outgoing unt · ■ Einsatzmaieriaisiücke, a:. E can touch the electrode rufaiiig, etc.) are the cause for the fact that the amplitude values and thus the Gleichstromkompo The elements of the arc voltage and current are random quantities. It is therefore not possible to theoretically calculate the curve of the direct voltage or direct current component for the melting process.

Man kann jedoch die Kurve der mittleren wahrscheinlichen Werte der Gleichspannungs- bzw. Gleichstromkomponente zeichnen, auf der dann auch die wirklichen Gleichstromkomponentenmittel über eine bestimmte Zeit bei der Lichtbogenspannung bzw. dem Lichtbogenstrom zu liegen kommen.However, one can draw the curve of the mean probable values of the direct voltage or direct current component, on which the real direct current component means then come to lie over a certain time at the arc voltage or the arc current.

In F i g. 4 ist die·: Kurve der mittleren wahrscheinlichen Werte der Gleichstromkomponente der Lichtbogenspannung für die Einschmelzzeit aufgetragen. Diese Kurve zeigen alle Sorten des zu erschmelzenden Metalls gemeinsam. Während der Oxydacions- und der Reduktionsperiode haben die Gleichstromkomponen ten von Lichtbogenspannung und -strom jeweils einen a..deren Verlauf je nach der Art des zu erschmelzenden Metalls.In Fig. 4 is the ·: curve of the mean probable Values of the direct current component of the arc voltage are plotted for the meltdown time. These Curves show all types of metal to be melted together. During the Oxydacions- and the The DC components of arc voltage and current each have a reduction period a..the course of which depends on the type of metal to be melted.

Beim Zünden des Lichtbogens berühren die Elektroden 1 zunächst den Einsatz 2, dann gehen sie nach oben. Beim Abheben der Elektroden 1 vom Einsatz 2 entsteht der Lichtbogen. Dies ist der Zeitpunkt, wo Kurzschlüsse und Lichtbogenabreißen öfters vorkommen. Bei Kurz-Schlüssen und Lichtbogenabreißen sind Strom und Spannung im Elektroden-Einsatz-Kreis sinusförmig. ihre Gleichstromkomponenten gleich Null. Im Ganzen wird üe Gleichstromkomponente der Lichtbogenspinnung während der Zeit von 0 bis ii ( F i g. 4) größer, denn der Lichtbogen gelangt mit seinem einen Ende auf die Oberfläche der festen und kalten EinsatzmaterialMücke. so daß die Elektronenemission aus um Metall behindert ist.When the arc is ignited, the electrodes 1 first touch the insert 2, then they go up. When the electrodes 1 are lifted from the insert 2, the arc is created. This is where short circuits occur and arcing are common. In the case of short circuits and arcing breaks, current and Voltage in the electrode insert circle is sinusoidal. their DC components are zero. Throughout becomes üe direct current component of the arc spinning during the time from 0 to ii (Fig. 4) greater than one end of the arc hits the surface of the solid and cold feedstock mosquito. so that the electron emission from around metal is disabled.

Die Lichtbogenentladung kommt allgemein erst beiThe arc discharge generally comes only at

eo einer Minimalspannung an den Elektroden zustande, die für die Aufrechterhaltung des den Zwischenelektrodenraum füllenden Gases in ionisiertem Zustand ausreicht. Je höher der lonisationsgrad des Gases ist, desto niedriger ist die Spannung, die man zur Aufrechterhaitung des Lichtbogens braucht. Mit fortschreitendem Durchschmelzen clr\s Einsatzes 2 bilden sich unterhalb der Elektroden 1 Löcher im Einsatz 2. deren Durchmesser um i0 bi«; 60% den Dnr<hmp«pr .-!preo a minimum voltage at the electrodes which is sufficient to maintain the gas filling the interelectrode space in the ionized state. The higher the degree of ionization of the gas, the lower the voltage that is needed to maintain the arc. With continued by melting c lr \ s 2 1 insert holes are formed below the electrodes in use to the diameter 2. i0 bi "; 60% the Dnr <hmp «pr .-! Pr

Elektrode (I ig. 2) übertrifft. D;is geschmolzene Metall 4 fließt hinab und sammelt sich im Ofenherd. Nach erfolgtem Durchschmelzen der Einsatzmaterialschicht 2 nimmt das Ende der Elektrode I schon die unterste I.milage ein, und der Lichtbogen brennt nunmehr, von ■> allen Seiten vom Einsalzmaterial 2 umgeben, auf der Oberfläche der Metallschmelze 3. Das (»as im /.wischenelektrodenrautn (von der Stirnfläche der Elektrode bis /ur Oberfläche der Schmelze) kühlt sich jetzt beim Nulldurchgang der Speisespannung weniger in ab. die Rekombinations- und Diffusionsvorgänge 'm Gr.s verlangsamen sich: folglich hat der Lichtbogen bessere Rrennbedingiingen. Die Gleichstromkomponenten von Strom und Spannung des Lichtbogens verringern sich sprunghaft (Zeitspanne von Λ bis /> in F ι g. 4).Electrode (I ig. 2) exceeds. The molten metal 4 flows down and collects in the furnace hearth. After the layer of material 2 has melted through, the end of the electrode I already occupies the bottom layer, and the arc now burns on the surface of the molten metal 3, surrounded on all sides by the salting material 2. The wiping electrode area (from the face of the electrode to the surface of the melt) now cools less when the supply voltage crosses zero. The recombination and diffusion processes slow down: consequently the arc has better racing conditions The voltage of the arc decrease suddenly (time span from Λ to /> in \ ί Fig . 4).

Mit fortschreitendem Einschmelzen des Linsat/es steigt tier Metallspiegel, bewegen sich die Elektroden aufwärts, wird der Lichtbogen freigelegt, werden die Gleichstromkomponenten von l.ichtbogenspannung und -strom groljer (Zeitspanne von /.· bis u in (F ig. 4). Im Zeitpunkt U (Fig. 3) ist das Einschmelzen vollendet.As the lensate melts down / the metal level rises, the electrodes move upwards, and if the arc is exposed, the direct current components of the arc voltage and current become larger (time span from /. To u in (Fig. 4) The meltdown is complete at time U (FIG. 3).

Die sich einstellende Gleichstromkomponente i'/>, der l.ichtbogcnspannung (F-" ig. 4) ist von Gewicht und chemischer Zusammensetzung des L:insatzin;iterials im 2=> Ofen und von der Metalltemperatur am Finde der Einschmelzperiode (je höher die Temperatur, desto stärker laut Formel (1) der Elektronenstrom aus der Metalloberfläche, desto geringer somit die Gleichstromkomponenten von l.ichtbogenspannung und -strom) abhängig. L/„, hängt weder von der Weise, wie die Elektroden verstellt werden, noch von der Qualität des Einsalzmaterials ab. Diese Faktoren beeinflussen nur die Geschwindigkeit, mit welcher die Mittelwerte der Gleichstromkomponenten der Lichtbogerspanr .ng wachsen, bestimmen also, ob das Zeitintervall von (1 )is h (F i g. 4) größer oder kleiner wird.(. F- "ig 4) which adjusting direct current component i '/>, the l.ichtbogcnspannung is by weight and chemical composition of L: insatzin; iterials in 2 => furnace and the metal temperature at the Locate the Einschmelzperiode (the higher the Temperature, the stronger the electron flow from the metal surface according to formula (1), the lower the direct current components are dependent on the arc voltage and current These factors only influence the speed with which the mean values of the direct current components of the arc voltage grow, i.e. determine whether the time interval from (1) is h (FIG. 4) is larger or smaller.

Während des Einschmelzens kommt es manchmal vor. daß das unten abschmelzende Einsatzgut oben eine stabile Brücke aus nicht eingeschmolzenen festen Materialstücken für einige Zeit bildet. Dann stürzt die Brücke ein (Zeitpunkt f j in F i g. 4). und die Elektrode hat wie am Schmelzanfang wieder ein festes, verhältnismäßig kaltes Einsatzmaterial vor sich. Daher vergrößert sich die Gleichstromkomponente der Uchtbogenspannung in diesem Augenblick sehr, geht dann aber wieder zurück, wie die gestrichelte Linie in Fig. 4 zeigt.It sometimes happens during the meltdown. that the charge melted at the bottom a Forms a stable bridge from unmelted solid pieces of material for some time. Then it falls Bridge on (time f j in FIG. 4). and as at the beginning of the melt, the electrode has a solid, proportionate one cold feed in front of you. Therefore, the DC component of the arc voltage increases very much at this moment, but then goes back again, as the dashed line in FIG. 4 shows.

Je höher die Basiszität der Schlacke (Verhältnis ihrer prozentualen Gehalte an CaO und SiOj) ist, desto geringer ist bekanntlich die Austrittsarbeit der Elektronen aus der Schlackenoberfläche. Bei basischer Schlackenbildung (Zugabe von Kalk auf die Oberfläche des flüssigen Metalls) werden die Gleichstrornkonstanten von Lichtbogenspannung -strom wesentlich kleiner (2- bis 3mal so klein wie U„t). The higher the base rate of the slag (ratio of its percentage contents of CaO and SiOj), the lower the work function of the electrons is known to be from the slag surface. In the case of basic slag formation (adding lime to the surface of the liquid metal), the direct current constants of the arc voltage -current are significantly smaller (2 to 3 times as small as U " t ).

Änderung der Schlackenzusammensetzung und Zu gabe von Legierungsstoffen beeinflussen die chemischphysikalischen Eigenschaften der Schmelze und somit die Größe der Austrittsarbeit der Elektronen aus ihrer Oberfläche. Die Folge ist daß sich die Mittelwerte der Gleichstromkomponenten von Lichtbogenspannung und -strom auch entsprechend ändern. Changes in the slag composition and the addition of alloys influence the chemical-physical properties of the melt and thus the size of the work function of the electrons from its surface. The result is that the mean values of the direct current components of the arc voltage and current also change accordingly.

Durch Erfassung der Gieichstromkomponenten von Lichtbogenspannung und -strom kann man das Schmelzen von Metall in Lichtbogenöfen indirekt überwachen.By capturing the DC components of The arc voltage and current can be used to indirectly monitor the melting of metal in arc furnaces.

Die Sollwerte für die Gleichstromkomponunten von Lichtbogenspannung und -strom gewinnt man aus den Ergebnissen einer statistischen Auswertung der Daten von mehreren Chargen mit einer und derselben Metallsorte. The target values for the direct current components of the arc voltage and current are obtained from the results of a statistical evaluation of the data from several batches with one and the same type of metal.

i-'ür die Messung von Spannung und Strom des Lichtbogens braucht man die serienmäßigen Span· nungs- und Strommesser. Die Cileichstromkomponenten von Lichtbogcnspanung und -strom mißt man auch mit .Seriengeräten. In F i g. 5 ist die Schaltung der einfachsten Einrichtung zur Erfassung der Gleichstromkomponentcn von l.ichtbogcnspannung und -strom angebracht. Diese Einrichtung stellt ein Doppelgliittungsfilter dar. Die Gleichstromkomponente der Lichtbogenspannung bzw. des I.ichtbogenstroms wird an den Punkten α und /1 abgenommen.For the measurement of the voltage and current of the arc one needs the standard voltage and ammeters. The electrical current components of arc voltage and current are also measured with series devices. In Fig. 5 shows the circuit of the simplest device for detecting the direct current components of the electric arc voltage and current. This device is a double smoothing filter. The direct current component of the arc voltage or the arc current is picked up at points α and / 1.

Hei einem lO-t-l.ichtbogenofcn hat dieses Filter beispielsweise folgende Daten:This filter has a 10-to-1 arc furnace for example the following data:

Γ, 160 V. Γ, 160 V.

Γ: - 0.01 V bei C, - (\ - 60 ,1 Γ : - 0.01 V at C, - (\ - 60, 1

Τ~Τ ~ ^ 0,6.^ 0.6.

Der Anschluß der Einrichtung zur Erfassung der Gleichkomponenten von Lichtbogenspanung und -strom an ('en Lichtbogenofen ist in F i g. 6 gezeigt. Der Elektromotor 4 ist an die Einrichtung 5 zur Erfassung der Gleichstromkomponenten von l.ichtbogenspannung strom elektrisch angeschlossen. F3ieser letzteren sind die Registriergerale (ein Spannungsschreiber oder ein Potentiometer) nachgeschaltct.The connection of the device for detecting the DC components of arc voltage and The electric motor 4 is connected to the device 5 for detection the direct current components of the electric arc voltage are electrically connected. The latter the registration devices (a voltage recorder or a potentiometer) are connected downstream.

Die in F i g. 6 dargestellte Schaltung arbeitet wie folgt: Die am Elektrodenhalter 4 abgegriffene Spannung gegen Erde wird an den Eingang der Einrichtung 5 (Klemmen i_/, in Fi g. 5) gelegt. Die Gleichstromkomponente der Lichtbogenspannung wird an den Punkten ab (Fig. 5) entnommen und dem Registriergerät 6 (ein Spannungsschreiber oder ein Potentiometer) zugeführt.The in F i g. The circuit shown in FIG. 6 works as follows: The voltage to ground tapped at the electrode holder 4 is applied to the input of the device 5 (terminals i_ /, in FIG . 5). The direct current component of the arc voltage is taken from points ab (Fig. 5) and fed to the recording device 6 (a voltage recorder or a potentiometer).

Die Analyse der Gleichstronikomponenten von Lichtbogenspannung und -strom gestattet es:The analysis of the electronic components of the Arc voltage and current allow:

1. genau festzustellen, wann sich die Elektroden hindurchgearbeitete haben, wann also der Ofentransformator auf eine andere Spannungsstufe, d.h. die Stromversorgung für den Ofen auf eine höhere bzw. niedrigere Spannung (Zeitpunkt f? in F i g. 4) umzuschalten ist:1. determine exactly when the electrodes through crafted have when so the furnace transformer to a different voltage level, ie, the power to the furnace to a higher or lower voltage (time f g in F i 4?.) Is to be switched:

2. genau den Zeitpunkt zu erfassen, an dem der Ofen wegen der Nachbeschickung (bei einem kleinen Raumgewicht des Einsatzmaterials) abzuschalten ist 2. to record the exact point in time at which the furnace is to be switched off because of the reloading (if the input material has a low density)

3. genau den Augenblick zu registrieren, in dem der Einsatzt praktisch völlig (bis auf die Reste auf den Schrägen im Ofen) eingeschmolzen und der Ofentransformator auf eine niedrigere Spannungsstufe (Zeitpunkt U in F i g. 4) umzuschalten ist;3. to register the exact moment at which the insert is practically completely melted down (except for the remains on the slopes in the furnace) and the furnace transformer is to be switched to a lower voltage level (time U in FIG. 4);

4. den Zeitpunkt für das rechtzeitige Behandeln der schwer einschmelzbaren Massen des Einsatzes durch Blasen mit Sauerstoff (die Kurve Un(O in F i g. 4 würde dann ihren Minimalwert langer beibehalten, d h, das Zeitintervall von ti bis U wäre größer) zu bestimmen;4. the point in time for the timely treatment of the difficult-to-melt masses of the insert by blowing with oxygen (the curve U n (O in FIG. 4 would then retain its minimum value for a longer period, ie the time interval from ti to U would be greater) determine;

5. die Überhitzung von Metall (mit steigender Metalltemperatur fällt U„t) zu vermeiden:5. To avoid overheating of metal (U " t falls with increasing metal temperature ):

6. die Zusammensetzung der Schlacke indirekt zu Oberwachen, denn bei richtig zusammengesetzter Schlacke liegt LJSj beispielsweise bei basischer, 10-t-Öfen nah bei Null oder wechselt das Vorzeichen.6. Indirectly monitoring the composition of the slag, because if the slag is correctly composed, LJ Sj is close to zero or changes its sign, for example in basic, 10-tonne furnaces.

7 87 8

Die Berücksichtigung der genannten Faktoren Schmelzen von Metall in Lichtbogenofen angewandtTaking into account the mentioned factors melting of metal in electric arc furnace applied

ermöglicht es, das Schmelzen von Metall in Lichtbogen- wurde, zeigten, daß bei dieser Methode der Energicver-makes it possible to melt metal in an electric arc, showed that in this method the energicver-

öfen weitgehend zu beschleunigen. brauch für das Einschmelzen 9 bis 10% geringer wird.ovens to speed up largely. The need for melting down is 9 to 10% less.

Die Versuche mit einem lO-t-Lichtbogcnofen, bei die Ofenausmauerung im Mittel 4 bis 5% länger hält undThe experiments with a 10-t electric arc furnace, in which the furnace lining lasts on average 4 to 5% longer and

welchen die neue Überwachungsmethode für das ί der Ofen 3% mehr leistet.which the new monitoring method does 3% more for the ί of the furnace.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Überwachungsmethode für das Schmelzen von Metall in einem Lichtbogenofen mit Elektrodenregelung, die in einer Analyse der elektrischen Werte des Lichtbogens und einem Vergleich der Istwerte mit von einer statistischen Auswertung der Daten einer Reihe von Chargen gelieferten Sollwerten besteht, und darauf beruhender Schmelzführung derart, daß der Schmelzprozeß im Sinn des Ausgleichs der eingetretenen Abweichungen der Lichtbogenwerte von den Sollwerten beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtbogenspannung und Lichtbogenstrom innerhalb bestimmter Perioden mehrmals gemessen und die Summen aus den erfaßlen Gleichstrom- bzw. Gleichspannungskomponenten für die einzelnen Meßperioden gebildet werden, wobei die Dauer jeder einzelnen Meßperiode durch die Zeit bestimmt wirdt während die betreffende elektrische Größe einen für die Meßperiode praktisch konstanten Wert erreichen kann.1. Monitoring method for the melting of metal in an electric arc furnace with electrode control, which consists in an analysis of the electrical values of the arc and a comparison of the actual values with nominal values provided by a statistical evaluation of the data of a number of batches, and melting control based on this in such a way that the melting process is influenced in the sense of compensating for the deviations that have occurred in the arc values from the setpoint values, characterized in that arc voltage and arc current are measured several times within certain periods and the sums are formed from the recorded direct current or direct voltage components for the individual measuring periods, with the duration each individual measuring period is determined by the time t while the relevant electrical quantity can reach a value that is practically constant for the measuring period. 2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen innerhalb der einzelnen Perioden kontinuierlich durchgeführt werden und die Dauer einer Meßperiode aus dem Bereich der Dauei einer Schwingungsperiode der elektrischen Meßgrößen bis zur Dauer des kürzesten Arbeitsganges ausgewählt wird.2. The method according to claim I 1, characterized in that the measurements are carried out continuously within the individual periods and the duration of a measuring period is selected from the range of duration of an oscillation period of the electrical measured variables up to the duration of the shortest operation.
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DE3616344A1 (en) * 1986-05-15 1987-11-19 Thyssen Stahl Ag Method of determining the melting state of the charge in a three-phase-fed arc furnace

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