用于運(yùn)行電弧爐的方法和電弧爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于運(yùn)行電弧爐的方法和電弧爐。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子電弧爐是一種用于熔化和回收鋼廢料的成套設(shè)備。根據(jù)鋼的多種應(yīng)用領(lǐng)域， 在這樣的電弧爐中使用廣泛范圍的廢料。在此，廢料可以以刨花和細(xì)金屬絲直至重的載體 或者甚至具有數(shù)噸重量的結(jié)瘤的形式被輸送給電弧爐。
[0003] 在常規(guī)的電弧爐的情況下，在熔化過程開始時(shí)將廢料作為松散的細(xì)碎裝進(jìn)電弧爐 中。該細(xì)碎可以由一個(gè)或者多個(gè)電弧非常高效地熔化，因?yàn)榧?xì)碎包圍電弧并且因此吸收輻 射能量。
[0004] 在此，在熔化階段中期望廢料的廣泛的熔化。即一旦電極的周圍環(huán)境自由熔化，則 渦流的廢料塌陷的危險(xiǎn)上升，其中廢料沿電極方向后續(xù)滑移并且可能引起電極斷裂。出于 該原因，在熔化階段中以盡可能高的次級電壓(現(xiàn)今典型地是:至1200V)運(yùn)行現(xiàn)代電子電弧 爐，由此產(chǎn)生長的電弧并且實(shí)現(xiàn)在長的電弧的影響區(qū)域中廢料的廣泛的熔化。實(shí)現(xiàn)了熔化 時(shí)間縮短并且降低了電極斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。
[0005] 在較老的電子電弧爐一一所述電子電弧爐的爐變壓器相比現(xiàn)代設(shè)備具有更小的 電壓級(通常對于較老的設(shè)備:最大800V次級電壓)一一中，通過常規(guī)方式不能夠?qū)崿F(xiàn)廢料 的這樣的廣泛的熔化。
[0006] 在廢料部分熔化掉之后存在已熔化的鋼的液態(tài)池，通常眾多還更大的還待熔化的 廢料塊可能位于所述液態(tài)池中。所述廢料塊不再被一個(gè)/多個(gè)電弧直接達(dá)到。因此，所述廢 料炔基本上僅僅通過鄰近的液態(tài)池的對流來熔化。因?yàn)槿鄢氐臏囟葍H僅略微位于液相線溫 度之上并且池運(yùn)動(dòng)是小的，所以該熔化需要相對多的時(shí)間。
[0007] 尤其在非常大的廢料塊的情況下，所需的過程時(shí)間增加，使得熔化過程的效率下 降。存在以下風(fēng)險(xiǎn):各個(gè)廢料塊直至出鋼還未完全熔化，在最差的情況下所述廢料塊堵塞出 鋼口。
[0008] 除常規(guī)的利用籃筐式裝料的電弧爐之外，在以下電弧爐中也出現(xiàn)所述現(xiàn)象，其中 裝料通過井或者連續(xù)地進(jìn)行。必要時(shí)甚至放大該效應(yīng)，因?yàn)槿窟M(jìn)料被引入到爐器皿的有 限區(qū)段中。該區(qū)段是預(yù)定的冷部位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本發(fā)明的任務(wù)是說明一種用于運(yùn)行電弧爐的方法以及一種電弧爐，其中避 免了這些缺點(diǎn)并且改善了待熔化的鋼的熔化過程。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，最先提到的任務(wù)通過具有專利權(quán)利要求1的特征的用于運(yùn)行電弧爐 的方法來解決。因此，在具有至少一個(gè)用于產(chǎn)生電弧的電極的電弧爐的運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)了輸送 給電極的電流的額定值圍繞預(yù)給定的基值的振蕩。
[0011] 在此，在本發(fā)明的意義上，不僅輸送給所述電極的電流的額定值的從預(yù)給定的基 值出發(fā)并且又返回到所述基值的變化而且輸送給所述電極的電流的額定值圍繞預(yù)給定的 基值的周期性變化在此理解為"振蕩"。
[0012]輸送給所述電極的電流的額定值的這樣的振蕩或者調(diào)整(Vertrimmung)能夠?qū)崿F(xiàn) 對電極上的電弧長度的影響。在電極上的電弧的有針對性的加長(在同時(shí)縮短在必要時(shí)其 他存在的電極上的電弧的情況下)在熔化運(yùn)行中一一在合適的交替控制的情況下一一導(dǎo)致 提高的環(huán)繞的輻射功率。因此，特別是即使在較老的設(shè)備中，盡管爐變壓器的低的存在的次 級電壓也能夠?qū)崿F(xiàn)廢料的廣泛的熔化。
[0013]由此實(shí)現(xiàn)了熔化時(shí)間的縮短和廢料塌陷危險(xiǎn)的降低。一旦形成熔池，此外可以借 助這樣運(yùn)行的電弧爐產(chǎn)生合適的池運(yùn)動(dòng)，所述池運(yùn)動(dòng)明顯改善了對流的熱傳遞，從而實(shí)現(xiàn) 了廢料的均勻的并且快速的熔化。
[0014]因此，根據(jù)本發(fā)明的方法在以下整個(gè)熔化過程上是有利的，所述熔化過程從在爐 中存在廢料開始，經(jīng)過存在熔池和廢料直至完全溶解熔池中的廢料。
[0015]在此，當(dāng)振蕩周期性地進(jìn)行時(shí)，對于所述方法被證明是適用的。因此，在多個(gè)電極 的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)加長的電弧從一個(gè)電極到下一個(gè)電極的游走。在此，在廢料熔化階段 中的周期頻率f尤其是〇. 〇5Hz至0.2Hz。
[0016]以經(jīng)加長的電弧在具有特別大的廢料部分的爐區(qū)域中的延長的停留時(shí)間是可能 的，其中較快速地通過具有較小的、可較快熔化的廢料部分的其余區(qū)域。由此能夠?qū)崿F(xiàn)爐的 溫度變化過程中的均勻化并且因此又能夠?qū)崿F(xiàn)更均勻的和更快速的熔化。在此尤其根據(jù)從 熔化階段開始起所計(jì)數(shù)的短路的數(shù)目和/或根據(jù)熔池的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的平均輻射分布和/或根 據(jù)冷卻元件的當(dāng)前壁熱負(fù)荷來確定在爐空間的確定區(qū)域中的停留時(shí)間。
[0017] 特別優(yōu)選地，所述電弧爐包括三個(gè)電極并且相應(yīng)的電流具有120°的相移。
[0018] 通過相繼在三個(gè)電極中的每一個(gè)上的電流I的額定值的振蕩，有針對性地在分別 涉及振蕩的電極上產(chǎn)生更長的電弧并且在未涉及的電極上產(chǎn)生與此相對地更短的電弧。這 尤其通過阻抗調(diào)整到電極調(diào)節(jié)的(大多對稱的）阻抗額定工作點(diǎn)上來實(shí)現(xiàn)。由此移動(dòng)三導(dǎo)體 次級電壓系統(tǒng)的星形接點(diǎn)，使得確定的相承擔(dān)另一相電壓的電壓地獲得直至1.5倍的電壓 提尚。
[0019] 為了在數(shù)學(xué)上描述該效應(yīng)，下面引入電極的所謂輻射指數(shù)RE。
[0020] RE=U arc *Parc, 其中，Uarc=電極上的電壓 并且Par。=電極的功率 通過輻射指數(shù)能夠以簡化的模型塑造電弧長度和電弧的熔化效果。在此，輻射指數(shù)的 提高簡化地對應(yīng)于電弧加長。在此，為了提高電極上的輻射指數(shù)所需的阻抗調(diào)整是與旋轉(zhuǎn) 場相關(guān)的。在此可以調(diào)節(jié)阻抗額定值，使得在一個(gè)電極上的輻射指數(shù)的提高通過在其他電 極上的對稱的、即分別相同的下降來實(shí)現(xiàn)。
[0021] 對稱的輻射提高的例子因此是： RE(電極 1)=120% RE (電極2 )=90% RE (電極3 )=90% 在此，電極1上的電弧加長并且電極2和3上的電弧縮短，更確切地說，以相同程度縮短。
[0022] 這樣的輻射指數(shù)調(diào)整在起初的熔化階段中被限制到最大20%。測量已經(jīng)得出，15% 的阻抗調(diào)整引起在具有經(jīng)加長的電弧的電極上的約20%的輻射提高。附加的調(diào)整引起到爐 中的總功率輸入的降低。輻射動(dòng)態(tài)性的高度的預(yù)先規(guī)定在此可以合理地通過在爐運(yùn)行程序 的相應(yīng)步驟中的輻射指數(shù)預(yù)先規(guī)定和/或根據(jù)當(dāng)前的變壓器級和/或根據(jù)當(dāng)前的曲線號和/ 或根據(jù)諧波的分析來實(shí)現(xiàn)。"曲線號"在此理解為變壓器級的確定的工作點(diǎn)，其中對于一個(gè) 變壓器級可以調(diào)節(jié)不同的工作點(diǎn)。在此，可以實(shí)現(xiàn)變壓器級的確定的曲線號到運(yùn)行程序的 固定分配，其中進(jìn)行輻射指數(shù)調(diào)整或者不進(jìn)行輻射指數(shù)調(diào)整。
[0023] 三個(gè)電極沿其縱軸線方向看尤其布置在一個(gè)圓周線上并且在電弧爐中的較長的 電弧反復(fù)環(huán)繞由所述圓周線包圍的區(qū)域。這能夠通過在三個(gè)相中調(diào)整模式的循環(huán)交換來實(shí) 現(xiàn)，其中每個(gè)電極相繼通過輻射提高。形成長的電弧，該電弧從電極到電極地游走并且因此 幾乎環(huán)繞電極包。
[0024] 優(yōu)選地，相應(yīng)地在電弧爐中存在廢料并且通過所述電流I的額定值的振蕩有針對 性地實(shí)現(xiàn)由電弧產(chǎn)生的輻射功率的增大。
[0025]此外優(yōu)選地，在電弧爐中存在熔池并且通過所述電流I的額定值的振蕩有針對性 地產(chǎn)生所述熔池在電弧爐中的運(yùn)動(dòng)。在此，尤其有針對性地產(chǎn)生所述熔池的(沿至少一個(gè)電 極的縱軸線方向來看)環(huán)繞所述至少一個(gè)電極的運(yùn)動(dòng)。該攪拌運(yùn)動(dòng)顯著支持熔化過程。 [0026] 在此，這基于以下認(rèn)識(shí)： 通過電弧爐的電極產(chǎn)生的電弧是等離子體射流，所述等離子體射流具有沖量。該沖量 作用于液態(tài)鋼池，由此引起池凹陷進(jìn)而池運(yùn)動(dòng)。力作用F在此與電弧電流的有效值比例過量 地，即與輸送給電極的電流I比例過量地增加。在此，力F與1 2成比例。
[0027] 通過輸送給電極的電流I的額定值圍繞預(yù)給定的基值的振蕩和因此有針對性地還 有電弧電流的有效值的振蕩，現(xiàn)在使池表面置于振動(dòng)中。通過該振動(dòng)可以產(chǎn)生合適的池運(yùn) 動(dòng)，由此改善對流的熱傳輸。合適的池運(yùn)動(dòng)優(yōu)選地可以通過以下方式產(chǎn)生，即周期性地、尤 其以在0.2Hz和2Hz之間的周期頻率實(shí)現(xiàn)所述振蕩。
[0028] 對流的熱傳輸?shù)倪M(jìn)一步改善在三相電電弧爐中除了合適的周期頻率的選擇以外 也通過輸送給電極的相應(yīng)的電流的合適相位來實(shí)現(xiàn)，所述三相電電弧爐包括三個(gè)尤其成三 角形地布置的電極或者電弧。
[0029]在常規(guī)三相電電弧爐的運(yùn)行中，在液態(tài)池中，電弧非常穩(wěn)定地在池表面上燃燒。在 該運(yùn)行方式中幾乎不出現(xiàn)輸送給電極的電流的有效值的波動(dòng)。由電弧的IOOHz(雙倍的電網(wǎng) 頻率)轉(zhuǎn)動(dòng)決定地，可以激勵(lì)輕微的池運(yùn)動(dòng)。該通過各個(gè)電流的相移引起的效應(yīng)現(xiàn)在可以通 過電弧爐的根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行附加地用于產(chǎn)生池運(yùn)動(dòng)。
[0030] 通過輸送給電極的電流的額定值圍繞預(yù)給定的基值的根據(jù)本發(fā)明的振蕩并且通 過相應(yīng)電極的各個(gè)電流的附加的相移可以實(shí)現(xiàn)相對于電弧爐的常規(guī)運(yùn)行增強(qiáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)并且 因此實(shí)現(xiàn)池的運(yùn)動(dòng)。于是，相應(yīng)電極的各個(gè)電流例如具有以下公式： 1=? + AlSi η(2ττ￡