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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Einschmelzers.
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Der Einsatz von sogenannten Söderberg-Elektroden in elektrischen Einschmelzern ist seit Jahrzehnten Stand der Technik. Selbstbrennende Elektroden, oder die nach ihrem Erfinder "Söderberg" benannten Söderberg-Elektroden, bestehen aus einem Stahlgehäuse, im Wesentlichen aus einem gerippten Zylinder aus Dünnblech, in welches kohlenstoffhaltige Elektrodenmasse eingebracht wird, welches in einem elektrischen Einschmelzer in einer Söderberg-Einrichtung beispielsweise mittels einer Aufnahmevorrichtung in Position gespannt werden kann. Auf diese Weise wird das obere Ende der Söderberg-Einrichtung mit Rohmasse gefüllt. Die gebildete Elektrode, die aus dem unteren Ende der Söderberg-Einrichtung vorsteht, wird im Einschmelzer kontinuierlich verbraucht. Die in der Söderberg-Einrichtung gebildete Söderberg-Elektrode kann während des Betriebs der Söderberg-Einrichtung nach unten fließen, wobei das verbrauchte Material ersetzt werden muss. Während dieses Vorganges fließt die Elektrodenmasse durch eine Zone steigender Temperatur und wird durch die Wärme des Einschmelzers gebacken. Das Material in der Söderberg-Einrichtung besteht somit aus einem oberen Abschnitt, in welcher die Elektrode mit aneinander angebundenen Stahlgehäusen zusammengesetzt wird und die Befüllung mit Elektrodenmasse erfolgt und dadurch einer bewegten Masse entspricht, einem unteren Abschnitt in Form einer harten, gebackenen Elektrode und einem Zwischenabschnitt, in dem sich die Masse allmählich von einer bewegten Masse zu einer harten, gebackenen Elektrode verändert. Der Einfachheit halber werden diese drei Abschnitte nachstehend dennoch als Elektrode bezeichnet, obwohl nur der gebackene untere Abschnitt wie eine Elektrode funktioniert.
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Die Söderberg-Einrichtung ist so konzipiert, dass sich die Elektrode allmählich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt und sukzessive, insbesondere durch Lockern der gespannten Aufnahmevorrichtung und bedingt durch ihre Eigenmasse nach unten geführt werden kann, so dass ungebackene Abschnitte der Masse bei ihrer Annäherung in den Einschmelzer auf immer höhere Temperaturen gebracht werden. Die Aufnahmevorrichtung liegt außerhalb des elektrischen Einschmelzers. Das Nachsetzen der Elektrode erfolgt vorzugsweise unter Volllast, so dass der Betrieb der Elektrode während des Betreibens des elektrischen Einschmelzers aufrechterhalten werden kann, so dass weiterhin Strom durch die Elektrode fließen kann. Ein elektrischer Kontakt zwischen der Aufnahmevorrichtung und dem Elektrodengehäuse kann mittels geeigneter Kontaktbacken bereitgestellt werden.
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Das Stahlgehäuse der verwendeten Söderberg-Elektroden sind überwiegend rundlich geformt und mit einer Reihe von nach innen ragenden Lamellen versehen, die sich radial zur Mitte der Elektrode erstrecken, um der Elektrode mechanische Festigkeit zu verleihen. Die Lamellen und das Gehäuse bestehen in der Regel aus normalem Stahl respektive aus Dünnblech.
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Der Aufbau und das Funktionsprinzip einer Söderberg-Elektrode respektive der entsprechenden Söderberg-Einrichtung sind dem Fachmann geläufig. So ist beispielhaft eine Söderberg-Elektrode aus aneinander angebundenen ringförmigen Blechmantelelementen in ihrem oberen Abschnitt gebildet und mit Elektrodenmasse gefüllt. Durch Stromeinwirkung und/oder Wärmeeinwirkung liegt die Söderberg-Elektrode in ihrem unteren Abschnitt im gebackenen Zustand vor und brennt im Betrieb an ihrem unteren Ende sukzessive ab, so dass dadurch die Söderberg-Elektrode in einer insbesondere bestimmten Taktzeit sukzessive nachgesetzt und weitere Blechmantelelemente an ihrem oberen Ende sukzessive angebunden und mit Elektrodenmasse gefüllt werden.
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Aus der
EP 1 209 243 A1 ist bekannt, einen elektrischen Strom in einem zentralen Leiterelement im oberen Abschnitt einer Elektrode mit bekannter Intensität und Frequenz durchzuleiten, um ein Antwortsignal über in diesem oberen Abschnitt angeordnete Kontaktplatten zu sammeln. Auf diese Weise wird der mit einer bestimmten Frequenz und Spannung erzeugte Strom durch das oben erwähnte zentrale Leiterelement in dem oberen Abschnitt der Elektrode eingeleitet und durch dieses hindurchgeleitet, bis er unter Durchqueren einer Kohlenstoffpaste die Kontaktplatte erreicht. Aus dem Vergleich zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal wird auf den Zustand der Elektrode in ihren einzelnen Bereichen geschlossen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives, im Vergleich zum Stand der Technik einfacheres Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Einschmelzers bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen sind in den nachgeordneten Ansprüchen aufgeführt.
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Die erste Lehre der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Einschmelzers, wobei der elektrische Einschmelzer mindestens eine Söderberg-Elektrode zum Einschmelzen von Einsatzstoffen im elektrischen Einschmelzer umfasst, wobei die Söderberg-Elektrode in ihrem oberen Abschnitt aus aneinander angebundenen ringförmigen Blechmantelelementen gebildet und mit kohlenstoffhaltiger Elektrodenmasse gefüllt wird, wobei die Söderberg-Elektrode in ihrem unteren Abschnitt durch Stromeinwirkung und/oder Wärmeeinwirkung im gebackenen Zustand vorliegt und an ihrem unteren Ende sukzessive abbrennt, so dass dadurch die Söderberg-Elektrode sukzessive nachgesetzt wird und weitere Blechmantelelemente an ihrem oberen Ende sukzessive angebunden und mit Elektrodenmasse gefüllt werden.
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Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch Messen der Schwingungen der mindestens einen Söderberg-Elektrode zumindest eine die Söderberg-Elektrode betreffende Zustandsgröße bestimmt werden kann.
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Jede in Betrieb genommene respektive befindliche Anlage sowie auch einzelne Komponenten in Anlagen, so auch in elektrischen Einschmelzern betriebene Söderberg-Elektrode(n), erzeugen Schwingungen, welche mittels Schwingungsanalyse auf bestimmte Betriebszustände analysiert werden können. Bei einer optimalen bzw. normalen Betriebsweise "schwingt" die mindestens eine Söderberg-Elektrode in einem bestimmten Frequenzbereich. Im Betrieb erzeugt die mindestens eine Söderberg-Elektrode mithin ein eigenes, charakteristisches Schwingungsprofil. Das Schwingungsprofil oder die Schwingungen ändern sich, wenn Zustände von der normalen oder optimalen Betriebsweise abweichen, somit (durch) äußere und/oder innere Umstände auf die mindestens eine Söderberg-Elektrode einwirken.
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Die zu erschmelzenden Einsatzstoffe sind vorzugsweise eisenhaltige Stoffe, wie zum Beispiel Eisenschwamm und/oder Schrott, welche bevorzugt mit Schlackenbildner zu einer Eisenschmelze und einer auf der Eisenschmelze schwimmenden Schlacke erschmolzen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der elektrische Einschmelzer mindestens drei Söderberg-Elektroden und von jeder einzelnen Söderberg-Elektrode werden die Schwingungen gemessen, mit deren Hilfe mindestens eine die jeweilige Söderberg-Elektrode betreffende Zustandsgröße der einzelnen Söderberg-Elektroden bestimmt wird. So kann jede einzelne im elektrischen Einschmelzer betriebene Söderberg-Elektrode einer Schwingungsanalyse unterzogen werden und überprüft werden, ob sich das charakteristische Schwingungsprofil der jeweiligen Söderberg-Elektrode im "optimalen" Bereich befindet. Die Anzahl der eingesetzten Söderberg-Elektroden kann vier, fünf, sechs und bis zu zehn, insbesondere bis zu neun betragen, vorzugsweise abhängig von der Dimension des elektrischen Einschmelzers, in welchem die Söderberg-Elektroden zum Einsatz kommen. Dabei können runde wie auch eckige Einschmelzer zur Anwendung kommen.
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Je nach äußerem und/oder innerem Umstand ergeben sich Schwingungen respektive Schwingungsprofile, welche mit bekannten Schwingungsprofilen, welche speziell für die jeweilige Söderberg-Elektrode beispielsweise in einer Auswerteeinheit hinterlegt sein können, verglichen werden, um Missstände, angezeigt durch "schlechte" respektive von den "optimalen" Schwingungen respektive Schwingungsprofilen abweichende Schwingungen respektive Schwingungsprofile, aufzuzeigen.
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So weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung die mindestens eine Zustandsgröße mindestens auf einen Backzustand im unteren Abschnitt der mindestens einen Söderberg-Elektrode oder von jeder einzelnen Söderberg-Elektrode hin. Je nach Backzustand ergeben sich unterschiedliche Schwingungen respektive Schwingungsprofile. Weichen diese von den "optimalen" und bekannten Werten (Schwingungen, Schwingungsprofile) ab, werden Informationen, welche beispielsweise ebenfalls mit in der Auswerteeinheit hinterlegten und korrespondierenden Werten über den Backzustand der Söderberg-Elektrode in ihrem unteren Abschnitt bereitgestellt werden. Diese können beispielsweise mittels Betriebsversuchen und/oder ermittelten Betriebsdaten erfasst und mit einer bestimmten Information in der Auswerteeinheit hinterlegt werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann an der mindestens einen Söderberg-Elektrode oder an jeder einzelnen Söderberg-Elektrode mindestens ein Schwingmesskopf zur Messung der Schwingungen angeordnet werden. Als Schwingmesskopf kann insbesondere mindestens ein der Fachwelt bekannter Beschleunigungssensor verwendet werden, welcher gleitend oder temporär mit der Söderberg-Elektrode in Kontakt gebracht werden kann. Eine gleitende Kontaktierung ermöglicht ein sukzessives Nachsetzen respektive Absenken der Söderberg-Elektrode und der Beschleunigungssensor kann somit immer auf der gleichen Messposition an der Söderberg-Elektrode dauerhaft im Betrieb verbleiben. Alternativ kann der Beschleunigungssensor für die Dauer, für die ein Nachsetzen respektive Absenken der Söderberg-Elektrode nicht vorgesehen ist, mittels beispielsweise einem zustellbaren Manipulator ein Kontakt hergestellt werden. Insbesondere kann der mindestens eine Schwingmesskopf im oberen und/oder im mittleren Abschnitt der Söderberg-Elektrode kontaktierend angeordnet werden. Mithin können die Schwingungen im oberen und/oder im mittleren Abschnitt der Söderberg-Elektrode gemessen werden. Insbesondere sollten der oder die verwendeten Beschleunigungssensoren keine Resonanzschwingung in der "optimalen" Betriebsweise der Söderberg-Elektrode aufweisen. Vorgänge, wie zum Beispiel das Anbinden weiterer ringförmiger Blechmantelelemente und auch das Befüllen mit Elektrodenmasse, können beispielsweise über digitale Filter (Tiefpass, Bandpass) zum jeweiligen Zeitpunkt ausgeblendet werden.
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Gemäß einer zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung kann mindestens ein kontaktloser Schwingmesskopf in Richtung der mindestens einen Söderberg-Elektrode oder jeweils mindestens ein kontaktloser Schwingmesskopf in Richtung jeder einzelnen Söderberg-Elektrode zur Messung der Schwingungen angeordnet werden. Als Schwingmesskopf kann insbesondere mindestens ein der Fachwelt bekannter Vibrometer bzw. Laservibrometer verwendet werden, welcher auf eine Messposition an der Söderberg-Elektrode gerichtet ist. Somit ist eine dauerhafte Erfassung einer Messposition auch durch ein sukzessives Nachsetzen respektive Absenken der Söderberg-Elektrode nicht gestört. Insbesondere kann sich die Messposition im oberen und/oder im mittleren Abschnitt der Söderberg-Elektrode befinden. Der obere und/oder mittlere Abschnitt sind dabei außerhalb des Einschmelzers angeordnet. Mithin können die Schwingungen im oberen und/oder im mittleren Abschnitt der Söderberg-Elektrode gemessen werden. Vorgänge, wie zum Beispiel das Anbinden weiterer ringförmiger Blechmantelelemente und auch das Befüllen mit Elektrodenmasse können beispielsweise über digitale Filter (Tiefpass, Bandpass) zum jeweiligen Zeitpunkt ausgeblendet werden.
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Verbunden ist der mindestens eine Schwingmesskopf (Beschleunigungssensor, Vibrometer) mit einer Auswerteeinheit, in welcher die gemessenen Schwingungen respektive Schwingungsprofile bearbeitet und mit hinterlegten Schwingungen respektive Schwingungsprofilen verglichen werden und entsprechende Informationen bereitgestellt werden. Mithin liegen Informationen über mindestens eine Zustandsgröße der mindestens einen Söderberg-Elektrode vor, vorzugsweise über den Backzustand.
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Der aktuelle Ist-Wert, welche den mittels Schwingmesskopf gemessenen Schwingungen respektive dem gemessenen Schwingungsprofil entsprechen, kann mit in der Auswerteeinheit hinterlegten Soll-Werten verglichen werden. In der Auswerteeinheit können zu jedem hinterlegten Schwingungsprofil respektive zu jeder Schwingung, welche einem vorgegebenen Soll-Wert entsprechen, Steuer- und/oder Regelsignale hinterlegt sein. Gemäß einer Ausgestaltung können bei einer Abweichung der Zustandsgröße von einem vorgegebenen Soll-Wert Steuer- und/oder Regelsignale zum Ändern eines die Söderberg-Elektrode durchströmenden elektrischen Stroms ausgegeben werden. Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung können bei einer Abweichung der Zustandsgröße von einem vorgegebenen Soll-Wert Steuer- und/oder Regelsignale zum Ändern einer Taktzeit des sukzessiven Nachsetzens der Söderberg-Elektrode ausgegeben werden.
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Durch das Ändern eines die Söderberg-Elektrode durchströmenden elektrischen Stroms und/oder Ändern einer Taktzeit des sukzessiven Nachsetzens der Söderberg-Elektrode kann insbesondere der Backvorgang der Söderberg-Elektrode verbessert werden, mithin positiv Einfluss auf den Backzustand genommen werden.
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Von Soll-Werten abweichende Schwingungen respektive Schwingungsprofile können auftreten durch beispielsweise nicht vollständig gebackene Elektroden. Dies kann dazu führen, dass die Söderbergmasse (Elektrodenmasse) flüssig nach unten aus der Elektrode in den Einschmelzer läuft, ein sogenannter Elektrodendurchbruch. Diesen gilt es auf jeden Fall zu verhindern, da in diesem Fall über die Elektrode keine Leistung mehr in den Ofen eingebracht werden kann. Weiterhin kann der Leistungseintrag durch die Elektrode über die Schlacke durch die Position der Elektrodenspitze zur Metall- oder Eisenbadoberfläche optimiert werden, wobei wenn die Elektrode zu tief eingetaucht ist, die Schlacke nur sehr lokal erhitzt wird, oder wenn die Elektrode nicht tief genug eingetaucht ist, durch Lichtbögen ebenfalls Energieverluste erfolgen können.
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Denkbar, insbesondere zusätzlich zu dem "überwachten" Backzustand, können mithilfe der Schwingungen respektive Schwingungsprofile auch weitere charakteristische Zustandsgrößen gemessen respektive bestimmt werden, so zum Beispiel das Abrennen der Söderberg-Elektrode, die Position der Elektrodenspitze zur Schmelze/Schlacke und die Einhüllung des Lichtbogens.
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Gemäß einer weiteren Lehre betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Backzustands an mindestens einer Söderberg-Elektrode, wobei Schwingungen der Söderberg-Elektrode gemessen werden, wobei die gemessenen Schwingungen mit Soll-Werten verglichen werden und bei Unter- oder Überschreiten der Soll-Werte, Steuer- und/oder Regelsignale zum Ändern eines die Söderberg-Elektrode durchströmenden elektrischen Stroms und/oder Ändern einer Taktzeit zum sukzessiven Nachsetzen der Söderberg-Elektrode ausgegeben werden.
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Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Ausgestaltung der ersten Lehre verwiesen. Entsprechende Merkmale der ersten Lehre sind mithin auch in der weiteren Lehre anwendbar und/oder umsetzbar und für den Fachmann somit nachvollziehbar. Somit sind auch alle Kombinationen einzelner Merkmale der ersten Lehre mit der weiteren Lehre offenbart.
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Näher erläutert wird die Erfindung anhand der folgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Figur 1.
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Die Erfindung betrifft zum einen ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Einschmelzers, wobei der elektrische Einschmelzer mindestens eine Söderberg-Elektrode (1) zum Einschmelzen von Einsatzstoffen im elektrischen Einschmelzer umfasst, wobei die Söderberg-Elektrode (1) in ihrem oberen Abschnitt aus aneinander angebundenen ringförmigen Blechmantelelementen gebildet und mit kohlenstoffhaltiger Elektrodenmasse gefüllt wird, wobei die Söderberg-Elektrode (1) in ihrem unteren Abschnitt durch Stromeinwirkung und/oder Wärmeeinwirkung im gebackenen Zustand vorliegt und an ihrem unteren Ende sukzessive abbrennt, so dass dadurch die Söderberg-Elektrode (1) sukzessive nachgesetzt wird und weitere Blechmantelelemente an ihrem oberen Ende sukzessive angebunden und mit Elektrodenmasse gefüllt werden, wobei im Betrieb Schwingungen der mindestens einen Söderberg-Elektrode (1) gemessen werden, mit deren Hilfe mindestens eine die Söderberg-Elektrode (1) betreffende Zustandsgröße bestimmt wird. Zum anderen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Backzustands an mindestens einer Söderberg-Elektrode (1), wobei Schwingungen der Söderberg-Elektrode (1) gemessen werden, wobei die gemessenen Schwingungen mit Soll-Werten verglichen werden und bei Unter- oder Überschreiten der Soll-Werte, Steuer- und/oder Regelsignale zum Ändern eines die Söderberg-Elektrode (1) durchströmenden elektrischen Stroms und/oder Ändern einer Taktzeit zum sukzessiven Nachsetzen der Söderberg-Elektrode (1) ausgegeben werden.
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In einer schematischen Ansicht in Figur 1 ist mindestens eine Söderberg-Elektrode (1) dargestellt, welche in einem nicht dargestellten elektrischen Einschmelzer, welcher der Gattung OBF bzw. SAF oder aber auch der Gattung EAF entsprechen kann, angeordnet ist. Vorzugsweise kann der nicht dargestellte elektrische Einschmelzer mindestens drei Söderberg-Elektroden (1) umfassen, wobei von jeder einzelnen Söderberg-Elektrode (1) die Schwingungen gemessen werden können, mit deren Hilfe mindestens eine die jeweilige Söderberg-Elektrode (1) betreffende Zustandsgröße der einzelnen Söderberg-Elektroden (1) bestimmt werden kann. Bevorzugt weist die mindestens eine Zustandsgröße mindestens auf einen Backzustand im nicht dargestellten unteren Abschnitt der mindestens einen Söderberg-Elektrode (1) oder von jeder einzelnen Söderberg-Elektrode (1) hin.
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Mindestens ein kontaktloser Schwingmesskopf (2) kann in Richtung der mindestens einen Söderberg-Elektrode (1) oder jeweils mindestens ein kontaktloser Schwingmesskopf (2) kann in Richtung jeder einzelnen Söderberg-Elektrode (1) zur Messung der Schwingungen angeordnet werden, s. Figur 1, oben links. Dabei kann als Schwingmesskopf mindestens ein Vibrometer (2) respektive ein Laservibrometer verwendet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann an der mindestens einen Söderberg-Elektrode (1) oder an jeder einzelnen Söderberg-Elektrode (1) mindestens ein Schwingmesskopf (3) zur Messung der Schwingungen angeordnet werden, s. Figur 1, unten links. Dabei kann als Schwingmesskopf mindestens ein Beschleunigungssensor (3) gleitend oder temporär mit der Söderberg-Elektrode (1) in Kontakt gebracht werden.
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Bevorzugt werden die Schwingungen im oberen und/oder mittleren Abschnitt der Söderberg-Elektrode (1) gemessen.
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Verbunden ist der mindestens eine Schwingmesskopf (2, 3) mit einer Auswerteeinheit (4), in welcher die gemessenen Schwingungen respektive Schwingungsprofile bearbeitet und mit hinterlegten Schwingungen respektive Schwingungsprofilen verglichen werden und entsprechende Informationen bereitgestellt werden. Mithin liegen Informationen über mindestens eine Zustandsgröße der mindestens einen Söderberg-Elektrode (1) vor, vorzugsweise über den Backzustand.
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Der aktuelle Ist-Wert, welcher den mittels Schwingmesskopf (2, 3) gemessenen Schwingungen respektive dem gemessenen Schwingungsprofil entspricht, kann mit in der Auswerteeinheit (4) hinterlegten Soll-Werten verglichen werden. In der Auswerteeinheit können zu jedem hinterlegten Schwingungsprofil respektive zu jeder Schwingung, welche einem vorgegebenen Soll-Wert entspricht, Steuer- und/oder Regelsignale hinterlegt sein, so dass beispielsweise, hier nicht dargestellt, bei einer Abweichung der Zustandsgröße von einem vorgegebenen Soll-Wert Steuer- und/oder Regelsignale zum Ändern eines die Söderberg-Elektrode (1) durchströmenden elektrischen Stroms und/oder Steuer- und/oder Regelsignale zum Ändern einer Taktzeit des sukzessiven Nachsetzens der Söderberg-Elektrode (1) ausgegeben werden.
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Mit der vorgenannten Betriebsweise können früh- oder rechtzeitig Missstände in der Söderberg-Elektrode (1) respektive im gebackenen Zustand in ihrem unteren Abschnitt erfasst werden.