-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stromversorgung und Leistungsregelung eines Elektroreduktionsofens mit verdecktem Lichtbogen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 4. Allgemein bewegt sich die Erfindung auf dem Gebiet der Elektrometallurgie und kann in der Eisenhütten- und der Buntmetallindustrie, in der chemischen Industrie sowie bei der Produktion von Feuerfeststoffen angewandt werden.
-
Aus der DE-AS 11 69 050 ist ein Drehstromreduktionsofen bekannt, bei dem die Elektroden im Normalfalle ortsfest bzw. stationär gehalten werden und die Leistungsregelung durch Verändern der Frequenz erfolgt, wobei die Frequenz von der Netzfrequenz von 50 Hz beliebig bis herunter zu etwa 1 Hz geregelt werden soll.
-
Aus der DE-AS 11 56 520 ist ein Hochvakuum-Lichtbogenofen bekannt, bei dem den Elektroden wechselnd gepolter Gleichstrom zugeführt wird. Die Regelung der Energie erfolgt dabei durch Verändern der Amplituden im Verhältnis zu den beiden Stromrichtungen und/oder durch Verändern der zeitlichen Dauer des Stromflusses in den beiden Richtungen zueinander.
-
Aus der DE-AS 11 26 045 ist es ebenfalls bekannt, bei der Regelung der Leistung eines elektrischen Verhüttungsofens auf eine Bewegung der Elektroden zu verzichten und stattdessen die Frequenz kontinuierlich in weiten Grenzen zu verändern bis herab zu Frequenzen in der Größenordnung von etwa 1 Hz.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei hohem elektrischem Wirkungsgrad eine präzise und feinfühlige Regelung möglich ist.
-
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 4 angegebenen Merkmale gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt
-
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Einrichtung gemäß der Erfindung,
-
Fig. 2 eine Prinzipschaltung der Einrichtung gemäß der Erfindung,
-
Fig. 3 eine Prinzipschaltung einer der Ausführungsformen eines Frequenzwandlers der Einrichtung gemäß der Erfindung,
-
Fig. 4 eine konstruktive Ausführung eines Paares von Ventilgruppen des Frequenzwandlers gemäß der Erfindung,
-
Fig. 5 Verläufe der Momentanwerte der Ströme in verschiedenen Ventilzweigen und zu verschiedenen Zeitpunkten bei der Einrichtung gemäß der Erfindung.
-
Das Verfahren nach der Erfindung soll durch Beschreibung einer dieses Verfahren realisierenden Einrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht werden.
-
In Fig. 1 ist eine Blockschaltung einer Einrichtung dargestellt, die das Verfahren realisiert und einen zur Umformung von Netzspannung und -strom vorgesehenen Transformator 1 enthält. Die (in Fig. 1 nicht gezeigte) Sekundärwicklung des Transformators 1 ist über eine Stromzuführung 2 an in einem Bad 4 eines Lichtbogenofens 5angeordnete Elektroden 3 angeschlossen. In die Stromzuführung 2 ist ein Frequenzwandler 6 angeschlossen. Am mit der Elektrode verbundenen Teil der Stromzuführung 2 ist ein elektrischer Geber 7 angeordnet.
-
Die Stromzuführung 2 stellt in der Regel ein Konstruktionselement der Einrichtung dar, das sich aus Rohren, Bändern, flexiblen Kabeln, Leitern und Kontaktverbindungen zusammensetzt, die einen Stromdurchgang vom Transformator 1 zum Frequenzwandler 6 und vom Ausgang des letzteren zu den Elektroden 3 gewährleisten. Der Frequenzwandler 6 ist zur Umwandlung eines Stroms der Netzfrequenz in einen Strom mit einer Frequenz von 0,05 bis 30 Hz für die Zuführung zu den Elektroden 3 vorgesehen. Das Bad 4 ist zum Einsatz eines Beschickungsgutes 8, zu dessen Erschmelzen bei einer Erhitzung durch Joulesche Wärme und eine Ausstrahlung eines elektrischen Lichtbogens 9 und zur Durchführung von Redoxreaktionen unter Ausbildung einer aus dem Bad 4 über ein Abstichloch 11 zu entfernenden Schmelze 10 vorgesehen.
-
Die Regelung der elektrischen Leistung der Einrichtung erfolgt mit Hilfe einer Leistungsregeleinheit 12 des Lichtbogenofens und einer Bewegungsvorrichtung 13 für die Elektroden 3. Ein Teil der Eingänge der Leistungsregeleinheit 12 ist an die Stromzuführung 2 seitens des Ausganges des Wandlers 6 zur Abnahme der Spannungswerte und der andere Teil der Eingänge der Einheit 12 an den in der Stromzuführung 2 in Reihe mit den Elektroden 3 zur Abnahme der Effektivwerte der Ströme liegenden elektrischen Geber 7 angeschaltet. Die Ausgänge der Einheit 12 sind an (in Fig. 1 nicht angedeutete) Erregerwicklungen eines Elektroantriebs der mit den Elektroden 3 kraftschlüssig verbundenen Bewegungsvorrichtung 13 angeschlossen. Die Schaltungen der Leistungsregeleinheit 12, der Bewegungsvorrichtung 13 und des elektrischen Gebers 7 sind entsprechend bekannten technischen Lösungen, sog. "Elektrodenregelungen" ausgeführt.
-
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung schließt auch eine Steuereinheit 14 für den Wandler 6 ein, dessen Eingänge an die Stromzuführung 2 über den elektrischen Geber 7 angeschlossen sind. Die Ausgänge der Einheit 14 sind an die Steuereingänge des Frequenzwandlers 6 zur Steuerung der Frequenz und Richtung des Ausgangsstroms des Wandlers 6 angeschlossen. Die Schaltung der Steuereinheit 14 des Wandlers 6 ist nach einer bekannten technischen Lösung ohne Gleichstromzwischenkreis ausgeführt.
-
In Fig. 2 ist eine Prinzipschaltung der Einrichtung dargestellt.
-
Hier ist gezeigt, daß der Transformator 1 eine Primärwicklung 15, die sich im betreffenden Fall aus drei mit ihren Anschlüssen an ein (in Fig. 2 nicht gezeigtes) Hochspannungsdrehstromnetz gelegten Einheiten zusammensetzt, und eine an den Frequenzwandler 6 angeschlossene Sekundärwicklung 16 einschließt. Die Phasenzahl des Transformators 1 und die der Stromzuführung 2 sind gleich drei. Hierbei sind die erste, zweite und dritte Phase der Stromzuführung 2 jeweils mit Positionen 2&min;, 2&min;&min; und 2&min;&min;&min; bezeichnet. Der Wandler 6 schließt (im gegebenen Fall drei) Paare gleichtypiger Ventilgruppen 17&min;, 17&min;&min; und 17&min;&min;&min; ein.
-
Jede Ventilgruppe 17&min;, 17&min;&min; und 17&min;&min;&min; schließt je drei Zweige antiparallel geschalteter Ventile 18 und 19 ein. Hier und ferner im Text sei ein Zweig mit den Ventilen 18, 19 ein Element jeder Ventilgruppe 17&min;, 17&min;&min; und 17&min;&min;&min; genannt, wobei das Ventil 18 eine erste Durchlaßrichtung und das Ventil 19 eine zweite Durchlaßrichtung aufweist. Die Ventilgruppen sind an eine der Phasen 2&min;, 2&min;&min; oder 2&min;&min;&min; der Stromzuführung 2, d. h. an eine der Sekundärwicklungen 16 des Transformators 1 angeschlossen. Von einer Seite sind die Elemente 18, 19 jeder Ventilgruppen 17&min;, 17&min;&min; und 17&min;&min;&min; mit ihren Primäranschlüssen jeweils an die erste 2&min;, zweite 2&min;&min; und dritte 2&min;&min;&min; Phase der Stromzuführung 2 vom Transformator 1 gelegt. Die Sekundäranschlüsse 20 der Elemente 18, 19 sind in jeder Gruppe 17&min;, 17&min;&min; und 17&min;&min;&min; an Anschlußschienen 21 angeschlossen. Die Anschlußschienen 21 der zu einem Paar gehörenden Ventilgruppen 17&min;, 17&min;&min; und 17&min;&min;&min; sind gegeneinander isoliert und an die gleiche entsprechende Elektrode 3 über den beispielsweise in Form von Nebenschlußwiderständen 22 ausgeführten elektrischen Geber 7 angeschlossen. Ein Teil der Stromzuführung 2 ist seitens der Elektroden 3 aus parallel geschalteten, beispielsweise geschichteten, und an die Anschlußschienen 21 der benachbarten, zu verschiedenen Paaren gehörenden Ventilgruppen 17&min; und 17&min;&min;, 17&min;&min; und 17&min;&min;&min;, 17&min;&min;&min; und 17&min; gelegten (bifilaren) Leitern ausgeführt. Eine derartige Anordnung der Leiter der Stromzuführung 2 sichert eine Kompensation des Magnetfeldes auf diesem Abschnitt der Stromzuführung, wodurch eine Verringerung der Blindleistung im Sekundär- und Primärnetz des Wandlers 6 und folglich eine Vergrößerung des Leistungsfaktors hervorgerufen werden.
-
Die Steuereinrichtung 14 ist für eine wechselweise Öffnung und Sperrung der Ventile 18 und 19 mit einer regelbaren Pause zwischen der Sperrung und Öffnung vorgesehen. Die nach Fig. 2 ausgeführte Einrichtung gestattet die Erzeugung eines Drehstroms einer erniedrigten Frequenz von 0,05 bis 30 Hz mit einer rechteckigen Form der Ausgangsspannung, was keine Verzerrungen in der Netzspannung zur Folge hat. Die in Fig. 2 widergegebene Einrichtung hat einen erhöhten Leistungsfaktor (cos φ) gegenüber einem durch einen Strom mit Netzfrequenz gespeisten Lichtbogenofen.
-
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Schaltung des Wandlers 6. Hier ist der Wandler 6 wie auch in Fig. 2 als Schaltung zur unmittelbaren Frequenzwandlung ausgeführt und schließt Paare gleichtypiger Ventilgruppen 17&min;, 17&min;&min;, 17&min;&min;&min; ein, deren jede je drei Zweige antiparallel geschalteter Ventile 18 und 19 enthält. In jeder der Ventilgruppen 17&min;, 17&min;&min;, 17&min;&min;&min; ist jeder der Zweige der Ventile 18, 19 mit seinem Primäranschluß an eine der Phasen 2&min;, 2&min;&min;, 2&min;&min;&min; der Stromzuführung 2 seitens des Transformators 1 geschaltet. Die Sekundäranschlüsse 20 sämtlicher zu einer Gruppe 17&min; oder 17&min;&min; oder 17&min;&min;&min; gehörender Zweige sind an eine entsprechende Anschlußschiene 21geschaltet. In jedem Paar sind die Ventilgruppen 17&min;, 17&min;&min;, 17&min;&min;&min; elektrisch miteinander und mit der entsprechenden Elektrode 3 verbunden.
-
In Fig. 4 ist eine konstruktive Ausführung eines Paares der Ventilgruppen, beispielsweise der Ventilgruppen 17&min; des ersten Paares, dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Zweige der Ventile 18, 19 jeder Ventilgruppe 17&min; mit ihren Sekundäranschlüssen 20 an die Anschlußschiene 21 angelegt sind. Die Anschlußschienen 21 der zu einem Paar gehörenden Ventilgruppen 17&min; liegen einander gegenüber und parallel zueinander zur Sicherung einer Bifilarität. Die mit ihren Primäranschlüssen an die erste 2&min; (Fig. 3), zweite 2&min;&min; und dritte Phase 2&min;&min;&min; der Stromzuführung 2 geschalteten Zweige der Ventilgruppe 17&min; seien hier und im folgenden jeweils ein Zweig der ersten, zweiten und dritten Phase genannt. Indem dann auf Fig. 4 Bezug genommen wird, wird näher auf die gegenseitige Anordnung der zu einer Phase gehörenden Zweige der Ventilgruppen 17&min; eingegangen. Der Zweig der ersten Phase der einen Ventilgruppe 17&min; ist gleichachsig mit dem Zweig der dritten Phase der anderen Ventilgruppen 17&min; angeordnet. Genauso ist der Zweig der dritten Phase 2&min;&min;&min; der einen Ventilgruppe 17 gleichachsig mit dem Zweig der ersten Phase 2&min; der anderen Ventilgruppe 17&min; und die Zweige der zweiten Phase 2&min;&min; der beiden Ventilgruppen 17&min; sind gleichachsig zueinander angeordnet.
-
In ähnlicher Weise sind auch die Ventile 18, 19 und die Anschlußschienen 21 in den restlichen Paaren der Ventilgruppen 17&min;&min; und 17&min;&min;&min; (Fig. 3) angeordnet.
-
In Fig. 5 sind Verläufe der Momentanwerte der Ströme i (Fig. 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) in den Ventilgruppen 17&min;, 17&min;&min;, 17&min;&min;&min;, der Ströme i Fig. 5g, 5h und 5j) über die Elektroden 3 und des Netzstroms i (Fig. 5k) für eine Periode T der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt.
-
Das Schmelzverfahren für ein Beschickungsgut geht in einem Lichtbogenelektroofen wie folgt vor sich.
-
In das Bad 4 des Lichtbogenofens 5 der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung wird unablässig ein Beschickungsgut 8 eingesetzt, das sich aus Oxiden von Metallen und Nichtmetallen (Erzen), einem Reduktionsmittel und Flußmitteln zusammensetzt. Über den Transformator 1 und die Stromzuführung 2 wird in den Eingang des Wandlers 6 ein Strom mit Netzfrequenz geleitet. Vom Ausgang des Wandlers 6 wird den Elektroden 3 ein umgerichteter Strom niedrigerer Frequenz zugeführt, deren Wert aus einem Bereich von 0,05 bis 30 Hz gewählt ist. Dieser umgerichtete Strom fließt über das Beschickungsgut 8 und den brennenden verdeckten wärmeisolierten Lichtbogen 9. Die Steuerung des Frequenzwandlers 6 übernimmt die Steuereinheit 14 (worauf im folgenden näher eingegangen werden soll).
-
Die Erzeugung einer Stromwärme im Beschickungsgut 8 und die Ausstrahlung der Lichtbögen 9 bewirken eine Erhitzung des Beschickungsgutes 8 und die Bildung von Zonen mit hoher Temperatur von 2000 bis 4000° in der Lichtbogenzone. Bei diesen Temperaturen verdampfen die Erzoxide und laufen die Reduktionsreaktionen für die Oxide im gasförmigen Zustand ab. Die sich im Ergebnis der Durchführung der Redoxreaktionen entwickelnden, in den meisten Fällen hauptsächlich aus Kohlenoxid zusammensetzenden Ofengase passieren die höher liegenden Schichten des Beschickungsgutes 8 und erhitzen sie gleichfalls.
-
Hierbei wird das Beschickungsgut 8 in dem Maße, wie es nach unten kommt, allmählich erhitzt, erweicht und geht in einen flüssigen Zustand über, d. h., es schmilzt auf. Die wichtigsten Reduktionsreaktionen verlaufen in der Flüssigkeitsphase, und die reduzierte Metall- und Nichtmetallschmelze 10 fließt in die Schmelzzone 10 ab.
-
In dem Maße der Ansammlung der Schmelze 10 wird sie aus dem Schmelzbad 4 über das Abstichloch 11 entfernt.
-
Im Bad 4 des Lichtbogenofens 5 ändert sich der elektrische Wirkwiderstand in der Zone jeder Elektrode 3 unablässig wegen eines kontinuierlichen Charakters des Vorganges, wobei sich die Stromstärke an den Elektroden 3 gegenüber den Vorgabewerten ändert, was durch den elektrischen Geber 7 registriert wird. Die Signale vom Ausgang des elektrischen Gebers 7 gelangen in die Einheit 14, die den Zündwinkel der Ventile 18, 19des Wandlers 6 ändert. Die Änderung des Zündwinkels der Ventile 18 und 19 veranlaßt eine Änderung der Spannung und des den Elektroden 3 zugeführten Stroms, wodurch eine Leistungsregelung der Einrichtung erreicht wird. Hierbei bedarf es keiner Verstellung der Elektroden 3, was eine stabilere Verteilung der Wärmeenergie über das Bad 4 (Fig. 1) des Lichtbogenelektroofens 5 und eine stabilere Lage von Reaktionszonen zur Folge hat, wodurch eine schnellere und vollständigere Reduktion der Erzelemente erreicht und der gesamte Wirkungsgrad des Lichtbogenofens 5 erhöht wird.
-
Falls die Abweichung des Stroms 10% überzeigt, gibt die Leistungsregeleinheit 12 (Fig. 1) ein Ausgangssignal an die Bewegungsvorrichtung 13 für die Elektroden 3 ab, wodurch eine Niveauregelung der Elektroden 6 zur Wiederherstellung des Vorgabewertes des Stroms wie auch in den bekannten Einrichtungen bewirkt wird. Falls die Verstellung der Elektroden 3 es nicht gestattet, einen vorgegebenen Leistungswert zu erzielen, wird eine Änderung des Wertes der den Elektroden 3 zugeführten Spannung durch Umschaltung der Spannungsstufen des Transformators 1 vorgenommen.
-
Die Frequenzänderung der Spannung und des Stroms, die den Elektroden 6 zugeführt werden, erfolgt entweder stufenweise im Verlauf des Prozesses, oder es wird bei einer für den gegebenen Prozeß optimalen, aus einem Bereich von 0,05 bis 30 Hz gewählten Frequenz gearbeitet. Die Frequenzänderung des Stroms bewirkt eine Umverteilung der im Bad 4 infolge einer Änderung der Wirk- und Blindwiderstände der Stromkreise im Bad 4 umgesetzten Leistung, wobei der Anteil der im Lichtbogen 9 entwickelten Wärme mit der Frequenzerniedrigung des Stroms zunimmt. Die Frequenzerniedrigung des Stroms führt auch zur Vergrößerung des Leistungsfaktors (cos φ) des Lichtbogenelektroofens 5 und des elektrischen Wirkungsgrades der Einrichtung, was seinerseits zur Erhöhung des Wertes der Spannung am Lichtbogen 9 führt.
-
Zur Erzielung einer Frequenzänderung des Stroms mit hohen technischen Parametern (Leistungsfaktor, Leistungsausnutzungsfaktor, kleiner Anteil von Unterschwingungen u. a.) im Schmelzverlauf wird die Frequenzänderung des Stroms im Bereich von 0,05 bis 30 Hz mit Hilfe eines Frequenzwandlers 6 vorgenommen, der durch die Steuereinheit 14 gesteuert wird, welche eine Öffnung und Sperrung der Ventile 18 und 19 (Fig. 2) mit einer regelbaren Pause zwischen der Sperrung und der Öffnung bewirkt. Bei der Ausnutzung des in Fig. 2 dargestellten Wandlers 6 schaltet beispielsweise das vom Ausgang der Einheit 14 eintreffende Signal zuerst die Ventile 18 in einer ersten Richtung für eine bestimmte Zeit durch, dann werden die Ventile 18 nach Abklingen des Signals gesperrt. Nach der regelbaren Pause Δ (Fig. 5) öffnen die vom Ausgang der Einheit 14 (Fig. 2) kommenden Signale die Ventile 19 in der zweiten Richtung. Hierbei ändert sich selbstverständlich die Richtung des über die Ventilgruppen 17&min;, 17&min;&min;, 17&min;&min;&min; fließenden Stroms, während die Dauer der regelbaren Pause Δ (Fig. 5) zwischen der Sperrung der Ventile 18 (Fig. 2) und der Öffnung der Ventile 19 ¹/&sub6; der Periode T (Fig. 5) der Ausgangsspannung beträgt.
-
Es sei die Funktion des Wandlers 6 (Fig. 2) mit Hilfe von in Fig. 5 dargestellten Verläufen geschildert. Zum Zeitpunkt t&sub0; (Fig. 5a) schalten die Ventile 18 (Fig. 2) mit der ersten Durchlaßrichtung der Gruppe 17&min; und die Ventile 19 umgekehrter Durchlaßrichtung der Gruppe 17&min;&min; (s. d. Verlauf 5b) durch. Nach Ablauf der Zeit @O:°KT°k:3&udf54; sperren diese Ventile18, 19 (Fig. 2) zum Zeitpunkt t&sub1; und verbleiben in einem solchen Zustand während der ¹/&sub6; T gleichen Pause Δ (Fig. 5). Zum Zeitpunkt t&sub2; öffnen sich die Ventile 19 (Fig. 2) der Ventilgruppe 17&min; und die Ventile 18 der Ventilgruppe 17&min;&min; (s. den Verlauf 5a bzw. 5b).
-
Zum Zeitpunkt t&sub3; sperren diese Ventile 18, 19 (Fig. 2) nach Ablauf von ¹/&sub3; T, wobei sie in einem solchen Zustand während der Pause Δ verbleiben. Dann wiederholt sich der Vorgang in diesen Ventilgruppen 17&min;, 17&min;&min;. Die Öffnung und Sperrung der Ventile 18 und 19 in den restlichen Ventilgruppen 17&min;&min; und 17&min;&min;&min; (Verläufe 5c, 5d), 17&min;&min;&min; und 17&min; (Verläufe 5e, 5f) erfolgen mit einer Verschiebung um ¹/&sub3; und ²/&sub3; der Periode T in bezug auf die oben beschriebenen Operationen. Infolgedessen fließen in den eine bifilare Konstruktion bildenden Leitern der Stromzuführung 2 (Fig. 2) zu den Elektroden 3 gleiche und entgegengesetzt gerichtete Ströme, was zu einer Kompensation ihres Magnetfeldes führt. In den Verläufen 5g, 5h, 5j sind über die Elektroden 3 fließende Ströme i g , i h , i j aufgezeigt, die eine Summe der in den jeweiligen Verläufen 5a und 5f, 5b und 5c, 5d und 5e wiedergegebenen Ströme darstellen. Der in Fig. 5k dargestellte Netzstrom i k weist keine durch die stromlose Pause bedingten niederfrequenten Pulsationen auf, was es gestattet, den Anteil der Unterschwingungen in der Speisespannung zu reduzieren und den Leistungsfaktor des Wandlers 6 zu erhöhen.
-
Es wird nun auf die Arbeit des in Fig. 3, 4 dargestellten Wandlers 6 eingegangen. In Fig. 3 sind durch Pfeile B&sub1;A&sub1;, C&sub1;B&sub1;, A&sub1;C&sub1; und B&sub2;A&sub2;, C&sub2;B&sub2;, A&sub2;C&sub2; Flußrichtungen der Schaltströme bei der Umschaltung der Zweige der ersten, zweiten und dritten Phase, beispielsweise der Gruppen 17&min;, angedeutet. Es ist ersichtlich, daß die Flußrichtungen der Schaltströme in der vorliegenden Schaltung entgegengesetzt sind, was eine Kompensation ihres Magnetfeldes bei einer bifilaren Anordnung der Anschlußschienen 21 dieser Gruppen 17&min; sichert. Das Letztere bewirkt eine Verringerung des Zündwinkels der Ventile 18, 19 und eine Vergrößerung des Leistungsfaktors des Wandlers 6.
-
Für jeden der im Lichtbogenelektroofen 5 (Fig. 1) verlaufenden technologischen Prozesse sind eigene Gesetzmäßigkeiten der Änderung des elektrischen Widerstandes des Beschickungsgutes 9 und des Stromverbrauches zur Durchführung der Redoxreaktion kennzeichnend. Im Zusammenhang damit wird es möglich, bei einem Strom mit einer von 0,05 bis 30 Hz variierenden Frequenz oder auf einer der Frequenzen innerhalb dieses Bereiches zu arbeiten.
-
Beim Erschmelzen eines hochprozentigen Ferrosiliziums werden beispielsweise die besten Resultate bei der Entwicklung von 60 bis 90% der zum Bad 4 des Lichtbogens 5 in Abhängigkeit vom Siliziumgehalt in der Legierung zugeführten Energie im Lichtbogen 9 erzielt. Bei der Erschmelzung eines beispielsweise 75prozentigen Ferrosiliziums gestattet daher der Übergang zur Arbeit mit einer Frequenz von 5 Hz, den Anteil der im Lichtbogen 9 erzeugten Energie um 15 bis 20% zu erhöhen und dadurch hohe technisch-ökonomische Kennziffern beim Schmelzen in dem gleichen Bad 4 wie auch bei der Erschmelzung eines 45prozentigen Ferrosiliziums zu gewährleisten. Bei einem Legierungswechsel bedarf es keiner Anwendung verschiedener Öfen. So ist bei der Erschmelzung des 45prozentigen Ferrosiliziums die Arbeit bei einem Strom mit einer Frequenz von 12 bis 45 Hz im gleichen Bad 4 des Lichtbogenelektroofens 5 erforderlich.
-
Die Frequenzerniedrigung führt also einerseits zu einer Erhöhung der Nutzspannung an den Elektroden 3 und fördert andererseits eine Umverteilung der Leistung im Bad 4 und eine Verringerung des Anteiles des über das Beschickungsgut 8 fließenden Stroms, was es gestattet, bei einer erhöhten Nutz-Phasenspannung zu arbeiten, ohne den Schmelzverlauf zu stören. Das Letztere führt seinerseits zu einer Erhöhung des elektrischen Wirkungsgrades des Lichtbogenelektroofens 5 und zu einer Steigerung seiner Leistung.
-
So werden bei der Realisierung des Verfahrens und der Einrichtung zur Erschmelzung eines 75prozentigen Ferrosiliziums in einem offenen elektrischen Schmelzofen für Ferrolegierungen mit einer Leistung von 16,5 MVA bei einem Strom mit einer Frequenz von 5 Hz eine Erhöhung des Leistungsfaktors der Anlage von 0,82 auf 0,92, des elektrischen Wirkungsgrades von 0,897 auf 0,914, des Durchsatzes um 15% und eine Verringerung des spezifischen Stromverbrauches um 2% erreicht.
-
Die vorstehend aufgezählten Umstände erlauben es, die Parameter der bestehenden Lichtbogenelektroöfen 5 zu verbessern und neue Aggregate großer Einzelleistung mit hohen technisch- ökonomischen Kennziffern zu schaffen.
-
Das vorliegende Verfahren gestattet es, in weiten Grenzen einen Betrieb des Lichtbogenofens 5 bei unbeweglichen (feststehenden) Elektroden 3 zu gewährleisten. Hierbei werden das Wärmefeld des Bades 4 und die Zonenlage des Beschickungsgutes 8, des Lichtbogens 9 und der Schmelze 10 stabil sein, was es erlaubt, höhere technisch- ökonomische Kennziffern (spezifischer Stromverbrauch, Leistung u. a.) des Vorganges durch eine bessere Ausnutzung der Leistung zu gewährleisten.
-
Darüber hinaus werden die Energieverluste in den Stahlkonstruktionen des Lichtbogenofens 5 und der Produktionsanlage wegen der unter der Wirkung des Elektromagnetfeldes entstehenden Influenzströme geringer zu halten. Dabei verringert sich die Erhitzung dieser Stahlkonstruktionen, wodurch deren Festigkeitsverminderung ausgeschlossen und also die Verwendung einer größeren Auswahl von Magnetwerkstoffen in der Konstruktion des Lichtbogenschmelzofens 5 und der Produktionsanlage ermöglicht werden. Dadurch, daß mit einer erniedrigten Frequenz gearbeitet werden kann, wird auch die Wirkung des Oberflächen- und Naheffektes gemindert, weshalb eine geringere Kupfermenge für die Stromzuführung 2 erforderlich ist, weil der Kupferquerschnitt zum Stromdurchgang besser ausgenutzt wird.
-
Die Ausnutzung des Verfahrens in einem Lichtbogenofen 5 mit einer Leistung von 24 MVA gestattet es beispielsweise, bei einer Stromfrequenz von 10 Hz den Leistungsfaktor um 1 bis 1,5% und den Durchsatz des Lichtbogenofens 5 um 12 bis 14% zu erhöhen.