Verfahren zum Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens (1), der ein Ofengefäß (2) mit einer Schlackentür (12) und einen höhenverstellbaren Elektrodentragarm (5) für mindestens eine Graphitelektrode (4) aufweist. Der Nachteil der kostenaufwendigen und ungenauen Messmethode mit Sauerstofflanze und Ofengewichtmessung wird dadurch vermieden, dass die Höhe des Badspiegels (8) durch rechnerische Verknüpfung von Längenabmessungen bestimmt wird, die zum Teil direkt und zum Teil indirekt sowie vorzugsweise außerhalb des Hochtemperaturbereiches des Elektrolichtbogenofens (1) gemessen werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens, der ein Ofengefäß mit einer Schlackentür und einen höhenverstellbaren Elektrodentragarm für mindestens eine Graphitelektrode aufweist.

[0002] Im Elektrolichtbogenofen ist die Schmelze mit einer oxidischen Schlacke bedeckt. Für den Reinheitsgrad des Stahls und für die Gussqualität ist es wichtig, dass beim Abstich in die Gießpfanne möglichst wenig Schlacke mitläuft. Die Schlacke enthält Sauerstoff, zu dessen Beseitigung Aluminiumzusätze benötigt werden. Das Aluminium wird zu Tonerde oxidiert, die die Gießeigenschaften verschlechtert und das Verstopfen des Tauchausgusses, das sogenannte "clogging" fördert. Außerdem erschwert der Sauerstoff aus dem Eisenoxid in der Schlacke die Entschwefelung und Entgasung des Stahls bei der sekundärmetallurgischen Behandlung.

[0003] Mitgelaufene Schlacke ist visuell schlecht auszumachen. Manche Betreiber benutzen deshalb ein elektromagnetisches Verfahren zur Schlackenerkennung. Dessen Warnsignal erfolgt jedoch erst dann, wenn die Schlacke schon durch das Abstichloch in die Gießpfanne läuft. Erst an den negativen Gießeigenschaften erkennt man, dass der Abstich nicht schlackenarm genug war.

[0004] Es ist bekannt, dass durch den "Badewanneneffekt" - einer Wirbelbildung über dem Abstichloch - der Schlackenmitlauf schon beginnt, bevor die Schlackenschicht das Abstichloch erreicht. Es ist deshalb wichtig, dass der Badspiegel über dem Abstichloch am Ende des Abstichs eine gewisse Mindesthöhe aufweist.

[0005] Diese Mindesthöhe des Badspiegels kann nicht gemessen werden, da das Ofengefäß beim Abstich gekippt wird. Das zulässige Abstichgewicht, das zum Erreichen des Mindestbadspiegels führt, hängt von der Höhe des Badspiegels vor dem Abstich ab. Zwischen dieser Höhe und dem zulässigen Abstichgewicht besteht ein Zusammenhang, für den es Erfahrungswerte gibt, so dass bei bekannter Badspiegelhöhe das zulässige Abstichgewicht ebenfalls bekannt ist.

[0006] Das Abstichgewicht wird mittels Wiegezellen unter der Gießpfanne im Stahlentnahmewagen gemessen, wobei der Abstich so lange erfolgt, bis das zulässige Abstichgewicht erreicht ist. Dabei ist der entscheidende Punkt die Kenntnis der Ausgangshöhe des Badspiegels.

[0007] Bei einem bekannten Verfahren zur Bestimmung der Ausgangshöhe des Badspiegels wird diese aus dem Badgewicht abgeleitet, das durch Messdosen unter den Ofengefäß gemessen wird. Das Badgewicht setzt sich zusammen aus dem Abstichgewicht und dem nach dem Abstich im Ofengefaß verbleibenden Reststahlgewicht. Letzteres vergrößert sich jedoch im Laufe der Zeit, da die feuerfeste Auskleidung des Ofengefäßes vor allem im Bereich des Bodenprofils und an der Wandung im Badspiegelbereich verschleißt als Folge der hohen Temperaturen,
Temperaturwechsel- und Druckwechselbeanspruchungen. Daher ist das Badgewicht kein zuverlässiger Indikator für die Höhe des Badspiegels.

[0008] Beim heutigen Stand der Technik wird die Höhe des Badspiegels gemessen, um ein gezieltes Absenken der Sauerstofflanze in den Konverter bzw. in das Ofengefäß zu erreichen Dazu wird eine wassergekühlte Messsonde mit zwei Kontaktstiften am Messkopf verwendet. Nach Durchtritt durch die Schlackenschicht ändert sich beim Eintauchen der Messsonde in das Stahlbad der elektrische Widerstand zwischen den Kontaktstiften und signalisiert so die Lage des Badspiegels. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig, zumal wenn man die zusätzliche Messung vor dem Abstich in Betracht zieht.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das zum exakten und kostengünstigen Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens kurz vor dessen Abstich führt.

[0010] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Höhe des Badspiegels durch rechnerische Verknüpfung von Langenabmessungen bestimmt wird, die zum Teil direkt und zum Teil indirekt sowie vorzugsweise außerhalb des Hochtemperaturbereiches des Elektrolichtbogenofens gemessen werden. Das genaue Messen von Längen ist in normal temperierter Umgebung vergleichsweise einfach und unaufwendig. Dadurch kann das Messverfahren genau und kostengünstig sein.

[0011] In Weiterbildung der Erfindung wird die Höhe des Badspiegels aus der Differenz des Positionswertes des in Arbeitsstellung befindlichen Elektrodentragarms und der Länge der Graphitelektrode sowie der korrigierten Länge von deren Lichtbogen bestimmt. Dabei werden die Positionswerte des Elektrodentragarmes und die Länge der Graphitelektrode direkt gemessen, die Länge des Lichtbogens indirekt.

[0012] Die Länge des Lichtbogens wird vorteilhafterweise mit Hilfe elektrischer Parameter wie Spannung, Leistungsfaktor, (Cosinus φ) Widerstand, Reaktanz und anderer Messgrößen während des Betriebs bestimmt. Diese elektrischen Messwerte fallen ohne dies im Betrieb an und erfordern keinen zusätzlichen Apparate-, Zeit- und Bedienungsaufwand.

[0013] Es ist von Vorteil, dass bei der Bestimmung der Lichtbogenlänge ein empirisch ermitteltes Korrekturglied für die Unebenheit des Badspiegels berücksichtigt wird. Dadurch steigt die Genauigkeit der Bestimmung des Badspiegels.

[0014] Vorteilhaft ist auch, dass die Länge der Graphitelektrode bestimmt wird als Differenz des Positionswertes des angehobenen Elektrodentragarms und des Positionswertes eines optischen Positionsmessgerätes, mit dessen Hilfe die Spitze der angehobenen Graphitelektrode durch die geöffnete Schlackentür geortet wird. Die Positionswerte von Elektrodentragarm und optischem Messgerät werden in einfacher Weise und außerhalb der Hochtemperaturzone gemessen. Der Kontakt zur Spitze der Graphitelektrode ist ein rein optischer.

[0015] Da die optische Positionsmessung der Spitze der Graphitelektrode nach deren Anhebung im Anschluss an die überhitzungsphase erfolgt, wird die Längenmessung kurz vor dem Abstich vorgenommen. Dadurch wird die genaue Länge der Graphitelektrode unter Berücksichtigung von deren aktuellem Verschleißzustand für die Bestimmung der Badspiegelhöhe herangezogen.

[0016] Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, dass der Elektrodenverbrauch aus dem beim Schmelzprozess gemessenen Verbrauch von elektrischer und chemischer Energie bestimmt wird. Dieses empirische Verfahren bietet eine indirekte Angabe der aktuellen Elektrodenlänge vor dem Abstich.

[0017] Es ist deshalb von Vorteil, dass der Badspiegel mit einer rechnerischen Verknüpfung der Längenabmessungen bestimmt und mit dem aus der beim Schmelzen eingesetzten elektrischen und chemischen Energie errechneten Elektrodenverbrauch kontrolliert wird. Auf diese Weise wird die Sicherheit der Badspiegelmessung weiter erhöht.

[0018] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.

[0019] Es zeigen:

Fig. 1

einen Schnitt durch einen Elektrolichtbogenofen mit Stahlentnahmewagen,

Fig. 2

einen Teil des geschnittenen Elektrolichtbogenofens mit offener Schlackentür und optischem Messgerät.

[0020] Im Elektrolichtbogenofen (1) der Figur 1 wird Elektrostahl aus Schrott und ggf. aus Eisenschwamm und Roheisen erschmolzen. Ein Ofengefäß (2) ist als feuerfest ausgekleidetes kippbares Stahlgefäß ausgebildet, das einen schwenkbaren Ofendeckel (3) aufweist. Auf diese Weise kann der Schrott in Körben von oben in den Ofen eingebracht werden.

[0021] Die Zufuhr der elektrischen Energie für die Beheizung des Elektrolichtbogenofens (1) erfolgt bei Gleichstrombetrieb über eine Graphitelektrode (4). Diese ist an einem Elektrodentragarm (5) befestigt, der mittels einer nicht dargestellten Hubeinrichtung durch eine öffnung im Ofendeckel (3) in den Ofenraum abgesenkt werden kann, wobei seine Position durch einen nicht dargestellten Positionsgeber angezeigt wird. Ein Lichtbogen (6) überträgt die Energie auf die Einsatzstoffe.

[0022] Die Schmelze (7) weist einen Badspiegel (8) auf, der in der rechten Hälfte von Fig. 1 das Niveau vor und in der linken Hälfte während des Abstichs hat. Auf den Badspiegel (8) schwimmt eine Schlackenschicht (9). Der flüssige Stahl ergießt sich in eine Gießpfanne (10), die auf einem Stahlentnahmewagen (11) steht, mit dem die Gießpfanne (10) zu den Gießeinrichtungen oder anderen Weiterbehandlungsanlagen transportiert wird. Unter der Gießpfanne (10) sind Wiegezellen (12) angeordnet, um das abgestochene Stahlgewicht messen zu können.

[0023] Figur 2 zeigt einen Ausschnitt von Fig. 1 mit einer hochgezogenen Schlackentür (13), die die Sicht auf die Spitze der ebenfalls hochgezogenen Graphitelektrode (4) für ein optisches Positionsmessgerät (14) freigibt.

[0024] Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert folgendermaßen:
Nach dem Einschmelzen wird der flüssige Stahl (7) des Elektrolichtbogenofens (1) überhitzt, um eine optimale Abstichtemperatur zu erzielen. Gegen Ende der überhitzung nimmt der Elektrodentragarm (5) die Position H_arm,1 ein. Zu diesem Zeitpunkt ist der Badspiegel (8) glatt und der Lichtbogen (6) brennt ruhig unter der Schlacke (9). Die Lichtbogenlänge L_arc kann über die vorliegenden elektrischen Messwerte des Elektrolichtbogenofens (1) bestimmt werden.

[0025] Wie aus Figur 1 ersichtlich, kann die Höhe des Badspiegels (8) wie folgt ermittelt werden:

[0026] Dabei sind:

H_arm,1 = Position des Elektrodentragarms (5) gegen Ende der überhitzung,

L_gr = die Länge der Graphitelektrode (4) unter dem Elektrodentragarm (5),

L_arc = die Länge des Lichtbogens (6),

c = ein Korrekturglied zur Berücksichtigung der Unebenheit der Badoberfläche.

[0027] In Figur 2 ist die Ermittlung der Elektrodenlänge L_gr schematisch dargestellt.

[0028] Dabei sind:

H_arm,2 = die Position des Elektrodentragarms (5) nach Anheben der Graphitelektrode (4),

H_gr = Position der Elektrodenspitze (mittels optischem Positionsmessgerät (14) durch die offene Schlackentür (13) geortet).

[0029] Der Messwert L_gr wird mit dem auf dem Elektrodenverbrauch ▲L_gr berechneten verglichen. Der Elektrodenverbrauch ▲L_gr kann über die beim Schmelzvorgang verbrauchte elektrische und chemische Energie sowie über elektrische Parameter empirisch ermittelt werden.

[0030] Bei der Auswertung der oben angeführten Daten fällt die Differenz ▲H_bad zwischen der Höhe des Ist-Badspiegels ▲H_bad,ist und des Soll-Badspiegels H_bad,soll an.

. Daraus lässt sich die Gewichtsdifferenz

ableiten, wobei A die Badoberfläche ist.

[0031] Im Falle eines Gewichtsdefizits können - falls verfügbar - zusätzlich Eisenträger wie direkt reduziertes Eisen bzw. Eisenschwamm (DRI) und/oder heiß brikettiertes Eisen bzw. Eisenschwammbriketts (HBI) kontinuierlich über ein Bunkersystem in den Elektrolichtbogenofen (1) chargiert werden oder die Charge wird mit weniger Gewicht abgestochen, um ein zu starkes Absenken des Badspiegels (8) und somit den Schlackenmitlauf zu verhindern. Für die nächste oder übernächste Charge wird entsprechend mehr Schrott in den Schrottkorb geladen und chargiert. Im Fall eines Gewichtsüberschusses wird für die nächste oder übernächste Charge entsprechend weniger Schrott in den Schrottkorb geladen und chargiert.

[0032] Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:

- Hohe Messgenauigkeit

[0033] Im Vergleich zur Messung mit Druck-Messdosen unter dem Ofengefäß (2) ist das erfindungsgemäße Verfahren genauer, denn die Badhöhe ist für schlackenfreien Abstich entscheidender als das Badgewicht, das bei gleicher Badhöhe je nach Verschleißzustand des Ofengefäßes (2) variiert.

- Geringerer Kostenaufwand

[0034] Das bekannte Verfahren der Badspiegelmessung im Ofengefäß (2) über Sauerstofflanze und Sonde ist kostenaufwendiger als das erfindungsgemäße Messverfahren. Dieses benutzt die bereits vorhandenen Daten und benötigt nur ein zusätzliches, konventionelles optisches Messgerät (14).

- Frühes Erkennen einer zu geringen Badmenge

[0035] Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit einer schnellen Messung des Badspiegels (8) bereits vor dem Abstich und gibt Informationen über die zulässige Abstichmenge für einen schlackenfreien Abstich, der für die Einstellung des gewünschten Reinheitsgrades entscheidend ist. Außerdem bietet es Entscheidungshilfe für das Schrottladen und Nachchargieren zur rechtzeitigen Korrektur der Badmenge.

- Keine zusätzlichen Nebenzeiten

[0036] Da die Messungen während der üblichen Betriebsprozessschritte durchgeführt werden, sind keine zusätzlichen Nebenzeiten erforderlich, die zu Produktionsverlust führen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Bestimmen der Höhe des Badspiegels eines Elektrolichtbogenofens (1), der ein Ofengefäß (2) mit einer Schlackentür (13) und einen höhenverstellbaren Elektrodentragarm (5) für mindestens eine Graphitelektrode (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Badspiegels (8) durch rechnerische Verknüpfung von Längenabmessungen bestimmt wird, die zum Teil direkt und zum Teil indirekt sowie vorzugsweise außerhalb des Hochtemperaturbereiches des Elektrolichtbogenofens (1) gemessen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H_bad) des Badspiegels (8) aus der Differenz des Positionswertes (H_arm,1) des in Arbeitsstellung befindlichen Elektrodentragarms (5) und der Länge (L_gr) der Graphitelektrode (4) sowie der korrigierten Länge (L_arc - c) von deren Lichtbogen (6) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L_arc) des Lichtbogens (6) mit Hilfe elektrischer Parameter wie Spannung, Leistungsfaktor (cos φ), Widerstand, Reaktanz und anderer Messgrößen während des Betriebs bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Lichtbogenlänge (L_arc) ein empirisch ermitteltes Korrekturglied (c) für die Unebenheit des Badspiegels (8) und der Elektrodenspitze berücksichtigt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L_gr) der Graphitelektrode (4) bestimmt wird als Differenz der Positionswerte (H_arm,2) des angehobenen Elektrodentragarms (5) und des Positionswertes (H_gr) eines optischen Positionsmessgerätes (14), mit dessen Hilfe die Spitze der angehobenen Graphitelektrode (4) durch die geöffnete Schlackentür (13) geortet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Positionsmessung (14) der Spitze der Graphitelektrode (4) nach deren Anhebung im Anschluss an die überhitzungsphase erfolgt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenverbrauch (▲L_gr) aus dem beim Schmelzprozess gemessenen Verbrauch von elektrischer und chemischer Energie bestimmt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Badspiegel (8) aus einer rechnerischen Verknüpfung der Längenabmessungen (H_arm,1, H_arm,2, H_gr, L_arc - c) bestimmt und mit dem aus der beim Schmelzen eingesetzten elektrischen und chemischen Energie errechneten Elektrodenverbrauch kontrolliert wird.

Zeichnung