NO141141B - Fremgangsmaate for maaling av metallurgiske driftstilstander ved metallurgiske prosesser i elektriske elektrodeovner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for indikering av metallurgiske driftstilstander i prosesser hvor man benytter elektriske elektrodeovner som drives med vekselstrøm og som helt eller delvis arbeider med lysbue og tar særlig sikte på ovner som arbeider med neddykkede elektroder.

Ved en rekke metallurgiske prosesser benyttes en kombinasjon av lys-

bue- og motstandsoppvarming. Eksempler på slike prosesser er elektriske reduksjonsprosesser for f. eks. fremstilling av ferrosilisium, silisiummetall og kalsiumkarbid i elektriske elektrodeovner som drives med vekselstrøm. Felles for slike prosesser er at direkte og kontinuerlig måling av tilstander inne i smelteovnen er meget vanskelig og i de fleste tilfeller umulig. Dette gjelder spesielt prosesser hvor elektrodene er neddykket i råmaterialblandingen. Det er derfor et sterkt behov for å kunne foreta indirekte målinger som kan gi informasjoner til bruk for kontroll av prosessene.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte hvor en ut fra

måling av lett tilgjengelig elektriske variable kan avlede signaler som gir opplysninger om prosessforløp eller prosesstilstand. Registreringen kan foregå kontinuerlig. Prinsippet er anvendbart for ovner med en eller flere elektroder.

Ifølge oppfinnelsen måles en elektrisk vekselstrømstørrelse, -som

påvirkes av lysbuens ulineære elektriske karakteristikk, f. eks. spennings-fallet mellom eiektrodeholder og ovnsbunn. Da alle elektriske variable i kretsen påvirkes av lysbuens ulinearitet, er det imidlertid også mulig å

ta utgangspunkt i andre målingeT enn denne.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen måles den elektriske spenning mellom elektrodeholder og ovnsbunn og avvik i kurveform mellom den målte spenning og nettspenningen brukes som mål for karbondekningen i råmaterialblandingen og som driftsmåling for styring av karbonandelen, respektive av råmaterialblandingen.

Den elektriske størrelse måles og behandles med i og for seg kjente

måle- og signalbehandlingsinnretninger, f. eks. filtre, slik at det blir dannet et signal som angir graden av avvik fra kurveformen for den påtrykte vekselspenning. Dette kalles i fagspråket å måle relativ harmonisk distortion.

Vedlagte figur viser i prinsipp og i forenklet form den elektriske krets

for én elektrode i en elektrodeovn. Følgende symboler er benyttet:

U: Påtrykt spenning fra det elektriske nett

LI: Totalreaktans i nett og strømskinner

L^: Totalreaktans i elektrode

Ry. Indre motstand i nett og motstand i strømskinner

R2-' Motstand i elektrode

R3: Impedans i lysbue

R^: Impedans i smeltebad og eventuelt fast stoff i ovnsbunneh

R^: Ledningsevne mellom elektrode og charge og i charge

E: Spenning målt mellom elektrodeholder og ovnsbunn

Ved prosesser hvor man arbeider med neddykkede elektroder har en i noen tilfeller ledningsevne mellom elektroden og chargen og i chargen,

R,., som vil shunte lysbueimpedansen. Spenningen E kan måles mellom elektrodeholder og ovnsbunn.. Lp L^, Rj, R2. R 4 og R5 kan oftest betraktes som lineære kretselementer, mens lysbueimpedansen-R^ er ulineær.. Karakteristikken for R^ er en funksjon av temperatur, trykk,

gass- og materialsammensetning og geometri i lysbuesonen. Impedansen R og R^ vil også variere avhengig av temperatur, materialsammensetning og geometri. Den ulineære lysbueimpedansen vil kunne gi like-rettereffekt og dessuten forårsake at elektrode strømmen avviker noe fra den spenningskurveform som påtrykkes. På grunn av reaktansene

i kretsen får man en forvrengning av spenningskurveformene som måles i kretsen, f. eks. ved måling av E mellom elektrodeholder og ovnsbunn. Ved anvendelse av vekselspenning vil da kurveformen for spenningen inneholde overharmoniske av grunnfrekvensen. Innholdet av høyere harmoniske vil for en gitt ovn og driftstilstand i hovedsaken være bestemt av R3, R4 og R5.

Forvrengningen av spenningskurvene er således et mål for de metallurgiske driftstilstander som påvirker størrelsene R^, R^ og R^.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen måler man f. eks. spenningen E, filtrerer denne og lager et signal som angir graden av avvik fra den påtrykte vekselspenning U. Dette signal gir informasjoner om prosessens tilstand, ofte i hovedsak temperatur, og signalet kan benyttes til styring av prosessforløpet.

Oppfinnelsen kan som nevnt anvendes for styring av karbon/oksyd-forholdet (karbondekningen) ved reduksjonsprosesser. Styringen av temperaturforløp, råmaterialtilsats eller karbondekning kan foregå automatisk eller manuelt.

Eksempel

For reduksjonsprosesser i elektriske ovner har en ofte vanskelig for

å styre karbonmengden riktig til enhver tid. Dette skyldes f. eks. varierende kjemisk analyse av koks/kull, spesielt varierende vanninnhold. Varierende karbontap via avgassene kan være en annen årsak. Registrering av målt, filtrert og likerettet spenning mellom elektrodeholdere og ovnsbunn på større trefase reduksjonsovner for fremstilling av ferrosilisium har vist at forvrengningen av spenningskurveformen endrer seg avhengig av karbon/oksyd forholdet i smeltekrateret (karbondekningen). Endringer i karbondekningen på +/- 5% i forhold til det normale har gitt endring av den harmoniske distortion i størrelsesorden -/+ 30%. Sammenhengen her er at øket karbondekning ga lavere forvrengning. En elektronisk datamaskin styrte råmaterialutveiingen til ovnen automatisk på en slik måte at den justerte mengden av karbon i råmaterialblandingen i henhold til den målte harmoniske distortion. Datamaskinen simulerte i denne

oppgaven en PID-regulator, og ønsket setpunkt for den harmoniske "• distortion var i dette tilfellet 12, 5%. En forklaring på virkemåten for denne reguleringsstrategien er at økende karbondekning resulterer i høyere temperatur i smeTtekrateret, sannsynligvis langt over 2000^C. Ved høye temperaturer i gassatmosfæren rundt elektrodespissen er lysbueimpedansen mer lineær -enn ved lavere temperaturer (ledningsevne i plasma), og en får derfor mindre kurveforvrengning. En økende shunting av lysbuen, via R^, ved økende karboninnhold i chargen, vil virke i samme retning.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte ved drift av reduksjonsovner for fremstilling av ferrosilisium, silisium-metall og kalsiumkarbid som drives med vekselstrøm og arbeider med neddykkede elektroder, karakterisert ved at den elektriske spenning mellom elektodeholder og ovnsbunn måles og at avvik i kurveform mellom den målte spenning og nettspenningen brukes som mål for karbondekningen i råmaterialblandingen og som driftsmåling for styring av karbonandelen, respektive av råmaterialblandingen.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at den målte elektriske spenning blir filtrert.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 og 2, karakterisert ved at den filtrerte elektriske spenning blir likerettet.