DE2350425C3 - Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsofens zur Herstellung von Ferrosilicium - Google Patents
Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsofens zur Herstellung von FerrosiliciumInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsofens mit in den Möller eintauchenden
Elektroden und verdecktem Lichtbogen zur Herstellung von Ferrosilicium.
In bekannter Weise werden verschiedene metallurgische Prozesse in Elektroöfen mittels einer kombinierten
Lichtbogen- und Widerstandserwärmung durchgeführt. Beispiele hierfür sind Prozesse zum Schmelzen and
Raffinieren von Oxydschlacken und Sulfidschlacken sowie elektrothermische Reduktionsprozesse. Bei diesen Prozessen ist es allgemein bekannt, daß eine direkte
und kontinuierliche Bestimmung der im Schmelzofen herrschenden Bedingungen sehr schwierig und in den
meisten Fällen sogar unmöglich ist. Dies trifft insbesondere auf Prozesse zu, bei welchen die
Elektroden in eine feste Charge eintauchen. Es ist daher ein starkes Bedürfnis vorhanden. Wege und Möglichkeiten zu schaffen, um Messungen auszuführen, welche
ausreichende Informationen liefern können, die zur Prozeßsteuerung einsetzbar sind.
Aus »elektrowärme international«, Band 26 (1968),
Seiten 453-455, ist es bekannt, daß beim Stahlschmelzen mittels Lichtbogen in Drehstromlichtbogenöfen am Anfang der Einschmelzperiode, solange der
Stahl noch fest ist, ZUndspitzen und Netzrückwirkungen auftreten, und zwar infolge des sich während des
Einschmelzens von Stahl ständig verändernden Lichtbogenbrennverhaltens, das erst am Ende der Einschmelzperiode unter Berücksichtigung der Strom- und
Spannungsverläufe einigermaßen stabil wird. Die insbesondere im anfänglichen Bereich der Einschmelzperiode auftretenden Zündspitzen können gemäß dieser
Vorveröffentlichung dadurch verringert werden, daß beim Stahlschmelzen Argon-Gas durch die Elektroden
in den Ofen eingeblasen wird.
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bO
Die DE-AS 1159112 betrifft ein Verfahren zur
Regelung eines Lichtbogenofens, der zum möglichst schnellen Einschmelzen von Schrott unter Ausnutzung
der maximal zulässigen Lichtbogendauerleistung bestimmt ist. Zur Regelung des Lichtbogenofens wird
gemäß dieser Vorveröffentlichung als Regelgröße das Verhältnis des Scheitelwertes der (rechteckförmigen)
Lichtbogenspannung zum Scheitelwert der (sinusförmigen) Spannung des Lichtbogenstromkreises verwendet. Dieses Verfahren beruht darauf, daß der
Verlauf der Lichtbogenleitung bei einem bestimmten Wert dieses Verhältnisses ein Maximum aufweisen soll.
Zur Verringerung des meßtechnischen Aufwandes soll es auch möglich sein, statt der Scheitelwerte die
arithmetischen Mittelwerte zu benutzen.
Der beschriebene Stand der Technik befaßt sich somit im letztgenannten Fall mit einer Erhöhung der
Lichtbogenleistung zur Verkürzung der Einschmelzzeit von Schrott und im vorletzten Fall mit einer
Stabilisierung von Lichtbogen zur Vermeidung von Netzrückwirkungen. Demnach bezieht sich dieser Stand
der Technik ausschließlich auf die Lichtbogeneigenschaften und nicht auf eine Erfassung metallurgischer
Betriebsgrößen unter Ausnutzung der Lichtbogeneigenschaften zwecks Steuerung von Prozeßabläufen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Verfahren der im Oberbegriff
genannten Art in möglichst zweckmäßiger Weise Meßgrößen zugänglich zu machen, die eine Prozeßsteuerung ermöglichen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden auftretende elektrische
Betriebsspannung gemessen wird, daß der vom Kurvenverlauf der Versorgungsspannung des Lichtbogenofens abweichende Oberwellengehalt der
Betriebsspannung als eine im wesentlichen für den Kohlenstoffanteil der Möllerzusammensetzung bezeichnende Größe bestimmt wird und daß diese
Bestimmungsgröße zur Betriebssteuerung des Kohlenstoffanteils bzw. der Materialbeschickung benutzt wird.
Mit anderen Worten wird hier eine von der nichtlinearen Lichtbogencharakteristik abhängige und von der
metallurgischen Betriebsgröße, nämlich des Kohlenstoffanteils bzw. der Materialbeschickung, über den
Lichtbogen beeinflußte elektrische Betriebsgröße, nämlich die elektrische Betriebsspannung zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden, gemessen und bezüglich
ihres abweichenden Oberwellengehalts zur Prozeßsteuerung benutzt. Bei der Erfassung der metallurgischen Betriebsgröße dient der Lichtbogen als Übertragungs- bzw. Umformerglied, das von der metallurgischen Betriebsgröße beeinflußt wird und seinerseits die
elektrische Betriebsgröße beeinflußt. Dieses Verfahren ist äußerst vorteilhaft, da es hierdurch möglich ist, den
metallurgischen Betriebsablauf in relativ einfacher Weise ohne Probenentnahme und dergleichen zu
überwachen und Werte für die metallurgische Betriebsgröße festzustellen, so daß gegebenenfalls eine vollkontinuierliche oder automatische Steuerung des
Betriebsablaufs möglich ist
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, über eine Messung einer einfach zu
erzielenden elektrischen variablen Signale abzuleiten, die über den jeweiligen Prozeßablauf Informationen
geben und eine unmittelbare Prozeßsteuerung zulassen. Dabei kann eine Aufzeichnung kontinuierlich vorge-
nommen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist
für öfen mit einer oder auch mehreren Elektroden anwendbar. Die elektrische Betriebsgröße bzw. die
Betriebsspannung zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden wird mit an sich bekannten Meßeinrichtungen
gemessen und Umsetzungseinrichtungen, wie Filtern, zugeführt, um ein Signal zu erzeugen, welches den
Abweichungsgrad bzw. den abweichenden Oberwellengehalt der gemessenen Betriebsspannung vom Kurvenverlauf
der Versorgungs- oder Netzspannung angibt Dieses Signal wird als eine im wesentlichen den
Kohlenstoffanteil der Möllerzusammensetzung bezeichnende Bestimmungsgröße zur Betriebssteuerung
des Kohlenstoffanteils bzw. der Materialbeschickung benutzt
In der Zeichnung ist in schematischer Weise die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt
Diese Zeichnung zeigt im Prinzip und in vereinfachter Weise den elektrischen Schaltkreis für
eine Elektrode in einem Lichtbogen-Redukronsofen. In der Zeichnung haben die dort verwendeten Symbole die
folgenden Bedeutungen:
U: Versorgungsspannung des Lichtbogenofens, d.h. die vom elektrischen Netz aus eingespeiste
Spannung;
Li: Gesamtreaktant in Netz und Sammelschiene;
L2: Gesamtreaktant in Elektrode und Lichtbogen;
R\: Innenwiderstand des Netzes und Widerstand der Sammelschiene;
R2: Elektrodenwiderstand;
Ry. Impedanz des Lichtbogens;
ft»: Impedanz des Schmelzbades und eventuell von festem Material im Boden des Ofens;
Rs: Leitfähigkeitsimpedanz zwischen Elektrode und
Charge;
E: Zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden gemessene
Betriebsspannung.
Bei dem hier erörterten Verfahren mit eintauchenden Elektroden und verdecktem Lichtbogen tritt in einigen
Fällen in der Charge eine Impedanz Rs auf, die in
elektrischer Hinsicht parallel zur Lichtbogenimpedanz /?3 liegt Die Betriebsspannung E wird zwischen dem
Elektrodenhalter und dem Ofenbogen gemessen. Die Größen Li, Li, Ri, Ri, Ra und Rs können üblicherweise
als lineare Schaltkreiselemente angesehen werden, während der Lichtbogenwiderstand A3 nichtlinear ist.
Die Charakteristik von A3 ist eine Funktion der
Temperatur, des Drucks, der Zusammensetzung des Gases und der Rohmaterialien sowie der geometrischen
Bedingungen in der Lichtbogenzone. Die Impedanzen Rt sowie Rs variieren ebenfalls in Abhängigkeit von
Temperatur, Materialzusammensetzung und geometrischem Verhältnissen. Die nichtlineare Lichtbogenimpedanz
kann einen Gleichrichteffekt bewirken, und sie führt auch dazu, daß der Elektrodenstrom etwas von
der Kurve der eingespeisten bzu·. Versorgungsspannung
abweicht Auf Grund der Reaxtanzen im Schaltkreis ergibt sich eine Verzerrung der Spannungskurve am Schaltkreis, d. h. ein gegenüber der VersorgungFspannung
abweichender Oberwellengehalt der Betriebsspannung zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden.
Der Gehalt an Oberwellen wird bei einem gegebenen Ofen und bei gegebenen Betriebsbedingungen
hauptsächlich von der Charakteristik der Werte Ri, A4 und Rs bestimmt Die Verzerrung der Betriebsspannungskurve
ist somit ein Maß für diejenigen Betriebsbedingungen, welche die Werte A3, Rt und Rs
beeinflussen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Betriebsspannung E zu
messen sowie einer Filterung zu unterwerfen und ein Signal zu erzeugen, welches den von der eingespeisten
Versorgungsspannung U abweichenden Oberwellengehalt, d. h. den Grad der Kurvenabweichung, der
Betriebsspannung E anzeigt Dieses Signal gibt Auf-Schluß über die Prozeßbedingungen, d. h. den Kohlenstoffanteil
der Möllerzusammensetzung, so daß es zur Betriebssteuerung des Kohlenstoffanteils bzw. der
Materialbeschickung und damit zur Steuerung des Betriebsablaufs benutzt werden kann. Die bei dem
vorliegenden Reduktionsprozeß erfolgende Steuerung
des Kohlenstoffanteils (Kohlenstoff-Oxyd-Verhäitnis)
bzw. der Materialbeschickung kann automatisch oder von Hand durchgeführt werden.
Eine Aufzeichnung von gemessener, gefilterter und gleichgerichteter Betriebsspannung zwischen einem
Elektrodenhalter und dem Ofenboden in einem größeren 3-Phasen-Reduktionsofen zur Herstellung
von Ferrosilicium hat gezeigt daß die Verzerrung der Betriebsspannungskurve sehr stark von den Betriebsbedingungen
und insbesondere vom Kohlenstoffanteil bzw. Kohlenstoff-Oxyd-Verhältnis in der Rohmaierialmischung
abhängig ist. Veränderungen im Kohlenstoffanteil von ±5% gegenüber dem normalen Wert führen
zu Signal Veränderungen von T 30%. Der Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffanteil und der
auftretenden Verzerrung bzw. dem abweichenden Oberwellengehalt ist dergestalt, daß ein höherer
Kohlenstoffanteil zu einer geringeren Verzerrung und umgekehrt führt. Hierfür kann als Erklärung angeführt
werden, daß ein erhöhter Kohlenstoffanteil zu einer höheren Temperatur im Schmelzkrater führt möglicherweise
zu einer Temperatur von weit über 20000C. Bei höheren Temperaturen der die Eiektrodenspitze
umgebenden Gasatmosphäre wird die Lichtbogenimpedanz linearer als bei niedrigen Temperaturen (Leitfähigkeit
im Plasma), weshalb sich auch geringere Verzerrungen bzw. Oberwellengehalte im Betriebsspannungsverlauf
ergeben. Ein bei steigendem Kohlenstoffanteil in der Charge erfolgendes verstärktes Überbrücken des
Lichtbogens durch Rs hat einen Einfluß in derselben Richtung.
Hierzu t Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum Betrieb eines Reduktionsofens mit in den Möller eintauchenden Elektroden und
verdecktem Lichtbogen zur Herstellung von Ferrosilicium, dadurch gekennzeichnet, daß die
zwischen Elektrodenhalter und Ofenboden auftretende elektrische Betriebsspannung gemessen wird,
daß der vom Kurvenverlauf der Versorgungsspannung des Lichtbogenofens abweichende Oberwellengehalt der Betriebsspannung als eine im
wesentlichen für den Kohlenstoffanteil der Möllerzusammensetzung bezeichnende Größe bestimmt
wird und daß diese Bestimmungsgröße zur Betriebssteuerung des Kohlenstoffanteils bzw. der Materialbeschtckung benutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Betriebsspannung
gefiltert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Betriebsspannung gleichgerichtet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung gefiltert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsspannung gleichgerichtet wird.
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