用于操作电弧炉的方法以及电弧炉技术

本发明专利技术涉及一种用于操作弧炉（10）的方法，所述弧炉（10）包括具有通孔（32）的至少一个电极（18），其中，在所述方法中，在所述至少一个电极（18）与待熔化的炉料（16）之间产生电弧（20）以及将第一添加物引入到所述电极（18）的通孔（32）中，将所述第一添加物引入引起吸热化学反应，并且所述第一添加物的引入受到控制以便在所述至少一个电极（18）的预定区域（34）中引起所述吸热化学反应，所述区域面向所述待熔化的炉料（16）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于操作电弧炉的方法。本专利技术此外涉及一种用于熔化炉料的电弧炉。
技术介绍
在弧炉中，尤其是电弧炉，电弧供应呈弧放电形式的电能至固体废金属并且在随后的阶段中经由石墨电极至熔池。在第一阶段中，直接通过弧和/或间接通过弧的辐射来加热和熔化固体废料。在随后的阶段中，通过弧的能量使熔池达到期望的目标温度。为了使熔化时间最小化从而确保高生产能力以及增加过程的能量效率，输入至废料或者熔化金属的高能量是非常重要的。通常，炉变压器用于将中压转换为低压并且将其应用至电极。为了引起电弧穿过较小的间隙，以及通过增加该间隙来控制操作期间的电气操作参数，诸如电压和/或电流强度，电极与废料或者熔池之间的间隙可以发生变化。在电弧炉的操作期间，石墨电极经受高温度梯度。在顶部处，电极温度大约为环境或者车间温度，而刚好在熔池之上的底部则大约为3000 K。这种高温与弧一起导致环境空气中的电极消耗增加。石墨电极消耗为50%的横向氧化。在其它方面，该消耗与电流强度的平方成比例。这意味着对于操作传统弧炉，应试着尽可能避免高电流强度和小弧同时发生，以便使石墨损失最小化。沿着电极的温度梯度还可以导致机械应力，机械应力可以使得碎片剥落或者在极端情况下使得电极破损。电极破损不仅会导致电极消耗增加而且会导致生产停工期增加，并且如果石墨电极或者其碎片落入熔池中的话，还会导致钢中的碳增加。如今，输入到熔池或者废料中的能量仅由电气参数和在电极与金属之间的物理间隙来控制。W0 2013/064413 A1公开了一种用于操作电弧炉的方法，其中，弧可以由添加物的混合物来控制，以便在电弧炉的单个操作阶段中可以有利地调节特定特征。电弧中的导电率以及辐射功率可以取决于引入的添加物的类型而增加或者减少。弧中（即，等离子体中）的导电率的增加会导致较大的电极间隙并且从而导致电流波动和所谓的颤动减小。同时，辐射功率在量级和容量上增加，从而能量的大体积辐射导致快速的废料加热过程。因此，可以在该阶段中减少能量输入。为了增加弧中的导电率，可以将金属或者金属盐引入到等离子体中。另一方面，等离子体的导电率的减小会导致小的电极间隙以及较低的辐射功率并且从而也使得炉壁上的辐射损失较低。因此，在液相操作期间，电非常有效地施加至熔池。为了减小电弧的导电率，可以将诸如氩气、氮气、甲烷、二氧化碳等引入到等离子体中。为了将气体引入到电弧中，可以使用中空石墨电极，中空石墨电极的上端具有用于连接气体进给的相应接头（Nippel）。经由这些接头，可以将气体进给到中空电极的内部中并且从这里进料到弧中，弧具有在中空电极的下端处的根部。在用于熔化废料的传统电弧炉的情况下，到目前为止还未使用过这种方法。另一个方面，在一些钢包炉中，经由中空电极来引入气体的原理是总所周知的。然而，在这里，为了防止熔池中的碳增加，主要注入氩气。通常通过喷射或者向下淋水来冷却电极的外部。在大约30年前引入以来，该方法在石墨消耗上具有巨大的影响。然而，由于向下淋的水会蒸发，所以电极的下部段没有被冷却。此外，电极的内部也完全没有被冷却。在该文中，WO 2013/064413 A1还描述了向弧供应添加物，添加物会引起反应，由于反应的能量消耗，所以该反应会导致电极的冷却。
技术实现思路
本专利技术的目的是以更加有效地方式来操作在引言中提到的这种电弧炉。该目的是通过具有如在权利要求1中所述特征的方法以及通过具有如在权利要求12中所述特征的弧炉来实现。本专利技术的其它有利发展在从属权利要求中列出。在用于操作弧炉的本专利技术方法中，其中，弧炉包括：至少一个具有通孔的电极；在该至少一个电极与待熔化的炉料之间引起电弧；以及第一添加物引入到电极的通孔中，其中，通过将第一添加物引入到通孔中而引起吸热化学反应，以及其中，第一添加物的引入受到控制，以便在至少一个电极的预定区域中引起该吸热化学反应，所述区域面向炉料。弧炉尤其可以作为电弧炉来实施。电炉包括至少一个电极，该至少一个电极优选地由石墨制成。在电极处，可以通过炉变压器提供电压，使得在电极与待熔化的炉料之间引起电弧。尤其，废钢可以用作炉料。该至少一个电极作为中空电极来实施。第一添加物可以被引入到电极的内部，即，引入到其通孔中。所引入的第一添加物可以是固体物料、气溶胶和/或流体。尤其，将气体作为第一添加物进给到电极孔中。第一添加物主要选择成使得产生吸热化学反应。第一添加物还可以选择为使得只有在特定温度以上才会发生化学反应。因此，化学反应中需要能量。该能量可以取自加热的电极。因此，电极释放热能并且从而被冷却。在这里，第一添加物的引入受到控制，以便使得在面向熔池的电极区域中发生吸热化学反应。因此，可以使得在弧炉的操作期间被加热的电极区域得到冷却。从而，可以减少电极中的机械应力和电极消耗。优选地，第一添加物的引入可以控制为，使得至少在至少一个电极的通孔内部的一些区域中产生吸热化学反应。因此，可以由通孔特别有效地冷却电极。在一个实施例中，为了引入第一添加物，将引入到通孔中的第一添加物的数量控制为时间函数。通过影响第一添加物的数量，可以控制由于吸热化学反应而导致的电极的冷却。在另一个实施例中，为了引入第一添加物，对通孔内的第一添加物的流率进行控制。通过沿着通孔控制第一添加物的流率，可以对通孔内部产生化学反应的位置进行调节。第一添加物的流率优选地控制为由吸热化学反应导致的产物的函数。在化学反应中，该产物可以包括比反应物更多的气体分子。因此，发生体积膨胀。如果化学反应的反应物和产物是已知的，则流率可以与体积膨胀匹配。在另一实施例中，为了引入第一添加物，将第一添加物引入到通孔中的位置是变化的。为此，电极可以具有多个孔口，第一添加物可以通过这些孔口引入到通孔中。因此，发生吸热化学反应的区域可以受到影响。在一个实施例中，至少一个电极由石墨制成并且化学反应是使用第一添加物和石墨作为反应物而引起。例如，可以将二氧化碳或者水蒸气作为第一添加物引入到电极的通孔中。在这里，电极材料（即，石墨，更精确地说，碳）可以用作吸热化学反应中的反应物。在另一个实施例中，将第一气体和不同于第一气体的第二气体作为第一添加物引入到通孔中。例如，可以引入甲烷作为第一气体并且引入水蒸气作为第二气体。替代地，可以引入甲烷作为第一气体并且引入二氧化碳作为第二气体。此外，可以设想的是，第一添加物包括作为第一气体的二氧化碳以及作为第二气体的氢气。这些第一添加物的优点在于：电极不用作反应物，并且可以在保护电极的同时进行用于冷却电极的吸热反应。优选地，将引入到通孔中的第一气体的数量和/或第二气体的数量控制为时间函数。通过控制这两种气体的比例，一方面达到了温度（在该温度之上进行化学反应），并且另一方面也可以使化学反应需要的能量受到影响。如果将第二添加物额外地引入到通孔中以减少和/或增加电弧的场强度，则这同样是有利的。为了减小电弧（更精确地说，等离子体）的场强度，可以将使得电弧中的电离能量减小的第二添加物引入到通孔中。为此，可以将例如金属或者金属盐引入作为第二添加物。为了增加该场强度，可以引入使电弧中的电离能量增加的第二添加物。为此，可以将如下气体作为第二添加物引入到等离子体中：例如，氩气、氮气、甲烷、二氧化碳或者类似物。因此，除了至少一个电极的冷却之外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作弧炉（10）的方法，所述弧炉（10）包括具有通孔（32）的至少一个电极（18），其中，所述方法由如下组成：在至少一个电极（18）与待熔化的炉料（16）之间产生弧（20）以及将第一添加物引入到所述电极（18）的通孔（32）中，其中，通过将所述第一添加物引入到所述通孔（32）中而引起吸热化学反应，其特征在于，所述第一添加物的引入受到控制，以便在所述至少一个电极（18）的预定区域（34）中引起所述吸热化学反应，所述区域面向所述待熔化的炉料（16）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.31 DE 102013222158.41.一种用于操作弧炉（10）的方法，所述弧炉（10）包括具有通孔（32）的至少一个电极（18），其中，所述方法由如下组成：在至少一个电极（18）与待熔化的炉料（16）之间产生弧（20）以及将第一添加物引入到所述电极（18）的通孔（32）中，其中，通过将所述第一添加物引入到所述通孔（32）中而引起吸热化学反应，其特征在于，所述第一添加物的引入受到控制，以便在所述至少一个电极（18）的预定区域（34）中引起所述吸热化学反应，所述区域面向所述待熔化的炉料（16）。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一添加物的引入受到控制，使得在所述至少一个电极（18）的通孔（32）内的至少一些区域中引起所述吸热化学反应。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了引入所述第一添加物，将引入到所述通孔（32）中的第一添加物的数量控制为时间函数。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，为了引入所述第一添加物，对所述第一添加物在所述通孔（32）内的流率进行控制。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一添加物的流率控制为由所述吸热化学反应导致的产物的函数。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，为了引入所述第一添加物，所述第一添加物引入到所述通孔（32）中的位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：M巴道夫，M赫格特，T马特舒拉特，
申请(专利权)人：首要金属科技德国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE