CN105518401A - 用于运行电弧炉的方法和电弧炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电弧炉（2）和一种用于运行电弧炉（2）的方法，所述电弧炉具有至少一个用于产生电弧（6a，6b，6c）的电极（4a，4b，4c），其中进行输送给所述电极（4a，4b，4c）的电流（I）的额定值围绕预给定的基值（I₀）的振荡。

Description

用于运行电弧炉的方法和电弧炉

技术领域

本发明涉及用于运行电弧炉的方法和电弧炉。

背景技术

电子电弧炉是一种用于熔化和回收钢废料的成套设备。根据钢的多种应用领域，在这样的电弧炉中使用广泛范围的废料。在此，废料可以以刨花和细金属丝直至重的载体或者甚至具有数吨重量的结瘤的形式被输送给电弧炉。

在常规的电弧炉的情况下，在熔化过程开始时将废料作为松散的细碎装进电弧炉中。该细碎可以由一个或者多个电弧非常高效地熔化，因为细碎包围电弧并且因此吸收辐射能量。

在此，在熔化阶段中期望废料的广泛的熔化。即一旦电极的周围环境自由熔化，则涡流的废料塌陷的危险上升，其中废料沿电极方向后续滑移并且可能引起电极断裂。出于该原因，在熔化阶段中以尽可能高的次级电压（现今典型地是：至1200V）运行现代电子电弧炉，由此产生长的电弧并且实现在长的电弧的影响区域中废料的广泛的熔化。实现了熔化时间缩短并且降低了电极断裂的风险。

在较老的电子电弧炉——所述电子电弧炉的炉变压器相比现代设备具有更小的电压级（通常对于较老的设备：最大800V次级电压）——中，通过常规方式不能够实现废料的这样的广泛的熔化。

在废料部分熔化掉之后存在已熔化的钢的液态池，通常众多还更大的还待熔化的废料块可能位于所述液态池中。所述废料块不再被一个/多个电弧直接达到。因此，所述废料块基本上仅仅通过邻近的液态池的对流来熔化。因为熔池的温度仅仅略微位于液相线温度之上并且池运动是小的，所以该熔化需要相对多的时间。

尤其在非常大的废料块的情况下，所需的过程时间增加，使得熔化过程的效率下降。存在以下风险：各个废料块直至出钢还未完全熔化，在最差的情况下所述废料块堵塞出钢口。

除常规的利用篮筐式装料的电弧炉之外，在以下电弧炉中也出现所述现象，其中装料通过井或者连续地进行。必要时甚至放大该效应，因为全部进料被引入到炉器皿的有限区段中。该区段是预定的冷部位。

发明内容

因此，本发明的任务是说明一种用于运行电弧炉的方法以及一种电弧炉，其中避免了这些缺点并且改善了待熔化的钢的熔化过程。

根据本发明，最先提到的任务通过具有专利权利要求1的特征的用于运行电弧炉的方法来解决。因此，在具有至少一个用于产生电弧的电极的电弧炉的运行中实现了输送给电极的电流的额定值围绕预给定的基值的振荡。

在此，在本发明的意义上，不仅输送给所述电极的电流的额定值的从预给定的基值出发并且又返回到所述基值的变化而且输送给所述电极的电流的额定值围绕预给定的基值的周期性变化在此理解为“振荡”。

输送给所述电极的电流的额定值的这样的振荡或者调整（Vertrimmung）能够实现对电极上的电弧长度的影响。在电极上的电弧的有针对性的加长（在同时缩短在必要时其他存在的电极上的电弧的情况下）在熔化运行中——在合适的交替控制的情况下——导致提高的环绕的辐射功率。因此，特别是即使在较老的设备中，尽管炉变压器的低的存在的次级电压也能够实现废料的广泛的熔化。

由此实现了熔化时间的缩短和废料塌陷危险的降低。一旦形成熔池，此外可以借助这样运行的电弧炉产生合适的池运动，所述池运动明显改善了对流的热传递，从而实现了废料的均匀的并且快速的熔化。

因此，根据本发明的方法在以下整个熔化过程上是有利的，所述熔化过程从在炉中存在废料开始，经过存在熔池和废料直至完全溶解熔池中的废料。

在此，当振荡周期性地进行时，对于所述方法被证明是适用的。因此，在多个电极的情况下，能够实现经加长的电弧从一个电极到下一个电极的游走。在此，在废料熔化阶段中的周期频率f尤其是0.05Hz至0.2Hz。

以经加长的电弧在具有特别大的废料部分的炉区域中的延长的停留时间是可能的，其中较快速地通过具有较小的、可较快熔化的废料部分的其余区域。由此能够实现炉的温度变化过程中的均匀化并且因此又能够实现更均匀的和更快速的熔化。在此尤其根据从熔化阶段开始起所计数的短路的数目和/或根据熔池的已经实现的平均辐射分布和/或根据冷却元件的当前壁热负荷来确定在炉空间的确定区域中的停留时间。

特别优选地，所述电弧炉包括三个电极并且相应的电流具有120°的相移。

通过相继在三个电极中的每一个上的电流I的额定值的振荡，有针对性地在分别涉及振荡的电极上产生更长的电弧并且在未涉及的电极上产生与此相对地更短的电弧。这尤其通过阻抗调整到电极调节的（大多对称的）阻抗额定工作点上来实现。由此移动三导体次级电压***的星形接点，使得确定的相承担另一相电压的电压地获得直至1.5倍的电压提高。

为了在数学上描述该效应，下面引入电极的所谓辐射指数RE。

RE=U_arc*P_arc，

其中，U_arc=电极上的电压

并且P_arc=电极的功率

通过辐射指数能够以简化的模型塑造电弧长度和电弧的熔化效果。在此，辐射指数的提高简化地对应于电弧加长。在此，为了提高电极上的辐射指数所需的阻抗调整是与旋转场相关的。在此可以调节阻抗额定值，使得在一个电极上的辐射指数的提高通过在其他电极上的对称的、即分别相同的下降来实现。

对称的辐射提高的例子因此是：

RE（电极1）=120%

RE（电极2）=90%

RE（电极3）=90%

在此，电极1上的电弧加长并且电极2和3上的电弧缩短，更确切地说，以相同程度缩短。

这样的辐射指数调整在起初的熔化阶段中被限制到最大20%。测量已经得出，15%的阻抗调整引起在具有经加长的电弧的电极上的约20%的辐射提高。附加的调整引起到炉中的总功率输入的降低。辐射动态性的高度的预先规定在此可以合理地通过在炉运行程序的相应步骤中的辐射指数预先规定和/或根据当前的变压器级和/或根据当前的曲线号和/或根据谐波的分析来实现。“曲线号”在此理解为变压器级的确定的工作点，其中对于一个变压器级可以调节不同的工作点。在此，可以实现变压器级的确定的曲线号到运行程序的固定分配，其中进行辐射指数调整或者不进行辐射指数调整。

三个电极沿其纵轴线方向看尤其布置在一个圆周线上并且在电弧炉中的较长的电弧反复环绕由所述圆周线包围的区域。这能够通过在三个相中调整模式的循环交换来实现，其中每个电极相继通过辐射提高。形成长的电弧，该电弧从电极到电极地游走并且因此几乎环绕电极包。

优选地，相应地在电弧炉中存在废料并且通过所述电流I的额定值的振荡有针对性地实现由电弧产生的辐射功率的增大。

此外优选地，在电弧炉中存在熔池并且通过所述电流I的额定值的振荡有针对性地产生所述熔池在电弧炉中的运动。在此，尤其有针对性地产生所述熔池的（沿至少一个电极的纵轴线方向来看）环绕所述至少一个电极的运动。该搅拌运动显著支持熔化过程。

在此，这基于以下认识：

通过电弧炉的电极产生的电弧是等离子体射流，所述等离子体射流具有冲量。该冲量作用于液态钢池，由此引起池凹陷进而池运动。力作用F在此与电弧电流的有效值比例过量地，即与输送给电极的电流I比例过量地增加。在此，力F与I²成比例。

通过输送给电极的电流I的额定值围绕预给定的基值的振荡和因此有针对性地还有电弧电流的有效值的振荡，现在使池表面置于振动中。通过该振动可以产生合适的池运动，由此改善对流的热传输。合适的池运动优选地可以通过以下方式产生，即周期性地、尤其以在0.2Hz和2Hz之间的周期频率实现所述振荡。

对流的热传输的进一步改善在三相电电弧炉中除了合适的周期频率的选择以外也通过输送给电极的相应的电流的合适相位来实现，所述三相电电弧炉包括三个尤其成三角形地布置的电极或者电弧。

在常规三相电电弧炉的运行中，在液态池中，电弧非常稳定地在池表面上燃烧。在该运行方式中几乎不出现输送给电极的电流的有效值的波动。由电弧的100Hz（双倍的电网频率）转动决定地，可以激励轻微的池运动。该通过各个电流的相移引起的效应现在可以通过电弧炉的根据本发明的运行附加地用于产生池运动。

通过输送给电极的电流的额定值围绕预给定的基值的根据本发明的振荡并且通过相应电极的各个电流的附加的相移可以实现相对于电弧炉的常规运行增强的转动并且因此实现池的运动。于是，相应电极的各个电流例如具有以下公式：

在此，I是输送给电极的电流的有效值，该有效值由基值I₀和振荡部分组成。φ是相位角，其中在三相电电弧炉的情况下相应的电流具有120°的相移。

电流的振荡和因此钢池围绕基值的运动因此可以通过电流的幅度ΔΙ和/或周期频率f的变化实现。换言之，在熔化过程期间也可以改变幅度ΔΙ和周期频率f，以便产生所期望的池运动。尤其在熔化过程开始时和在开始池运动的情况下可以在一个时间段内提高周期频率。即为了使池运动开始，以低的周期频率f开始，该周期频率然后随着增加的池运动而上升，这又导致再次增加的池运动。在此，周期频率f根据钢池的惯性或者质量来选择。在所考虑的时间段中周期频率f的提高优选如此实现，使得池运动最大化。然后，在所考虑的时间段之后又可以使周期频率f保持恒定。

如果对于所述振荡选择合适的、0.2Hz至2Hz的周期频率f，则在炉器皿中形成环绕波。根据器皿和部分圆直径，相应的频率位于1Hz以下的区域中。结果的可定义地调节的池运动导致所期望的良好的对流式热传递。尤其通过输送给各个电极的电流的周期频率f在池运动的起初产生时的上升可以有利于波的形成。电流的相应周期频率f进而钢池中的环绕波的环绕频率因此被提高，使得钢池的转动速度增加、即钢池的加速度变得最大。

整体上，通过电流的额定值的和随后有效值的和合适的环绕频率的有针对性的振荡产生钢池的强制性转动和钢池的与此伴随的更好的混匀或者温度均匀化。特别在偏心地输送的电能和/或熔化物添加和与此相关的不均匀的能量输入或者偏心的熔化物分布的情况下产生至熔化物的能量的更好的分布或者输送。由此在井状炉的情况下产生较短的过程时间或者装料时间和预加热时间的保证。

根据本发明的方法也可以应用在直流电弧炉中。所述直流电弧炉通常仅仅具有一个、在很少例外情况下具有两个电极。通过输送给电极的电流的额定值的和因此有效值的所定义的变化实现从炉器皿的中心向外行进的波。由此也改善了对流式热传递。

所述方法不仅可用于常规的电弧炉而且可用于井状炉。

根据本发明，第二个所提到的任务通过具有专利权利要求12的特征的电弧炉来解决。这样的电弧炉具有至少一个用于产生电弧的电极和控制/调节单元，在所述控制/调节单元中实现用于执行根据本发明的方法的软件。

本发明的上述特性、特征和优点以及其如何实现的方式和方法结合实施例的以下描述变得更清楚并且更明白地理解，所述实施例结合附图来详细阐述。

附图说明

对于本发明的其他描述参考附图的实施例。其中以示意性原理略图：

图1示出电弧炉的示意性剖面图；

图2示出输送给电极的电流的有效值或者额定值关于时间的曲线图。

具体实施方式

图1示出电弧炉2，所述电弧炉在该情况下具有三个电极4a、4b、4c，所述三个电极用于产生电弧6a、6b、6c以熔化由钢构成的废料部分8。三个电极4a、4b、4c在此成三角形地布置。在电弧炉2的运行期间，废料部分8被熔化，使得形成熔池10。通过相继在三个电极4a、4b、4c中的每个上电弧6a、6b、6c的加长（在同时缩短在另外两个电极上的电弧的情况下）——沿电极的纵轴线方向看——产生环绕的经加长的电弧，由此能够实现废料的更广泛的熔化。

在电弧炉2的一定的运行持续时间之后，通常众多较大的还待熔化的废料块8还位于所形成的熔池10中。所述废料块不再被电弧6a、6b、6c达到。因此，所述废料块基本上仅仅可以通过邻近的液态熔池10的对流来熔化。各个电极4a、4b、4c分别连接到电源12上，借助所述电源给电极4a、4b、4c输送电流I。

为了现在保证位于液态熔池10中的废料部分8的进一步熔化，此外借助控制/调节单元14改变输送给电极4a、4b、4c的电流I，使得实现输送给电极4a、4b、4c的电流I的额定值围绕预给定的基值I₀的振荡。这通过以下方式实现，首先改变相应电极4a、4b、4c的或者电弧6a、6b、6c的电流额定值或者阻抗额定值。例如输送给电极4a的电流I的额定值的时间变化曲线在图2中关于时间t来示出。如可以看出，电流I的有效值周期性地例如以1Hz的频率、在这种情况下正弦形地围绕预给定的基值I₀周期性地振荡。因此，该电流的有效值不保持恒定，而是围绕预给定的基值I₀进行波动。通过电流I的这样的振荡激励熔池10的运动，使得改善对流。因此，电流I具有以下形式：

池运动可以通过频率f和幅度ΔΙ控制。在所示的示例中，相位角是φ=0°。电极4b或者4c的其他电流I错开120°，使得电极4b的电流I的相位角是120°并且电极4c的电流I的相位角是240°。通过该相移附加地实现了熔池10的转动，使得进一步改善对流并且因此可以在较短的时间内熔化废料部分8。

上述方法在技术上可以简单地实现，因为借助常规电弧炉在无设备技术修改的情况下可以实现所述方法。仅仅必须根据上述模式通过编程技术来改变输送给电极的电流的有效值的额定值。为此，在控制/调节单元14中实现相应的用于执行根据本发明的方法的软件。然后，根据相应的额定值预先规定，电流I的实际值通过控制/调节单元14控制/调节到预给定的值上。

尽管在细节上通过优选的实施例详细阐述和描述了本发明，但本发明不限于所公开的示例并且可以由本领域技术人员由此导出其他的变型方案，而不离开本发明的保护范围。

Claims (12)

1.用于运行电弧炉（2）的方法，所述电弧炉具有至少一个用于产生电弧（6a，6b，6c）的电极（4a，4b，4c），其中进行输送给所述电极（4a，4b，4c）的电流（I）的额定值围绕预给定的基值（I₀）的振荡。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述振荡周期性地进行。

3.根据权利要求2所述的方法，其中周期频率（f）是0.2Hz至2Hz。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中通过所述电流（I）的幅度和/或周期频率（f）的改变实现所述电流（I）围绕所述基值（I₀）的振荡。

5.根据权利要求4所述的方法，其中在一个时间段内增加所述周期频率（f）。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中所述电弧炉（2）包括三个电极（4a，4b，4c）并且相应的电流具有120°的相移。

7.根据权利要求6所述的方法，其中通过相继在三个电极（4a，4b，4c）中的每个上的电流（I）的额定值的振荡，有针对性地在分别涉及所述振荡的电极（4a，4b，4c）上产生更长的电弧并且在未涉及的电极上产生与此相对地更短的电弧。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述三个电极（4a，4b，4c）沿其纵轴线方向看布置在一个圆周线上并且在所述电弧炉（2）中的较长的电弧反复环绕由所述圆周线包围的区域。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在所述电弧炉中存在废料并且通过所述电流（I）的额定值的振荡有针对性地实现由所述电弧产生的辐射功率的增大。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中在所述电弧炉（2）中存在熔池（10）并且通过所述电流（I）的额定值的振荡有针对性地产生所述熔池（10）在所述电弧炉（2）中的运动。

11.根据权利要求10所述的方法，其中有针对性地产生所述熔池（10）的沿至少一个电极（4a，4b，4c）的纵轴线方向看环绕所述至少一个电极（4a，4b，4c）的运动。

12.一种电弧炉（2），其具有至少一个用于产生电弧（6a，6b，6c）的电极（4a，4b，4c）和控制/调节单元（14），在所述控制/调节单元中实现用于执行根据以上权利要求中任一项所述的方法的软件。