Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung für einen Elektroofen mit Reduktionsprozessen, z. B. Schlackenreinigungsöfen, FeCr-AC-Öfen oder FeNi- Submerged-Arc-Furnaces SAF. Dabei tauchen die Elektroden typischerweise in Schlacke ein, die auf einer Schmelze in dem Ofen schwimmt. Im Stand der Technik ist eine solche Energieversorgungseinrichtung z. B. aus der WO 2007/048502 A1 bekannt. Diese Anmeldung offenbart eine Steuervorrichtung für einen Wechselstrom-Reduktionsofen. Die Energieversorgungseinrichtung weist mindestens einen Transformator mit einer Primärseite zum Anschluss an eine bereitgestellte Versorgungsspannung und eine Sekundärseite zum Bereitstellen einer Sekundärspannung auf. Neben dem Transformator umfasst die dortige offenbarte Energieversorgungseinrichtung zwei Regelungseinrichtungen zum Regeln des Leistungseintrags in den Elektrolichtbogenofen. Eine erste Regelbzw. Steuereinrichtung steuert eine Höhenverstellung für die Elektroden in dem Lichtbogenofen. Eine zweite zwischen die Sekundärseite und die Elektrode geschaltete Leistungsregelungseinnchtung ist ausgebildet, kurze Schwankungen elektronischer Parameter auszuregeln. Diese sekundärseitige Leistungsregelungseinnchtung weist eine Phasenanschnittssteuerung auf, mit der es gelingt, den Effektivwert der Sekundärströme stufenlos zu regeln. Die Phasenanschnittssteuerung ist sehr schnell im Vergleich zu der zuvor erwähnten und ebenfalls stattfindenden Höhenverstellung der Elektroden. Mit Hilfe der Phasenanschnittssteuerung kann auf eine Änderung der elektronischen Parameter des Prozesses schneller reagiert werden und somit die Ofenleistung stabilisiert werden. Die besagte Höhenverstellung der Elektroden innerhalb des Elektrolichtbogenofens erfolgt vor dem Hintergrund, dass bei einem Absenken der Elektrode in die Schmelze der Materialwiderstand, z. B. der Schlackenwiderstand zwischen zwei Elektroden absinkt. Daraufhin steigt der Elektrodenstrom bei gleicher Leistung automatisch an, soweit dies von der entsprechenden elektronischen Schaltung zugelassen wird. Wenn der Strom begrenzt wird, besteht die einzige Möglichkeit einen gewünschten weiteren Anstieg der Wirkleistung zu erzielen, indem ein weiterer Anstieg der durch den Ofentransformator bereitgestellten Sekundärspannung zuzulassen.

In einigen Fällen, insbesondere dann, wenn die Elektroden des Ofens in hochleitende Schlacke eingetaucht werden, z. B. in Reinigungsöfen für Kupferschlacke, oder bei besonders tief eingetauchten Elektroden besteht jedoch das Problem, dass - sofern die Sekundärspannung über einen vorgegebenen Schwellenwert ansteigt - der Leistungseintrag in den Elektroofen nicht mehr effektiv erfolgen kann, aufgrund von unerwünschten Stromflüssen innerhalb der Schlacke zwischen zwei Elektroden. Der besagte Schwellenwert der Sekundärspannung hängt ab von dem Ofendesign, von der chemischen Zusammensetzung der Schmelze, von den chargierten Materialien und eventuell von anderen Parametern. Anders ausgedrückt: bei tief eingetauschten Elektroden kommt es zu hohen Elektrodenströmen und in Folge dessen zu hohen Blindleistungen und weiter in Folge dessen zu hohen Scheinleistungen. Ein Großteil der eingebrachten Leistungen kommt nicht in dem unteren Ofenbereich an, weil er vorher„verpufft" und quasi zu Verlustleistung wird. Dies erfolgt zum Teil aufgrund dessen, dass falsche Schlackzonen beheizt werden, z. B. an der Oberfläche.

Anders ausgedrückt: Bei den metallurgischen Prozessen, bei denen die Elektroden in sehr leitfähige Schlacken eingetaucht werden, kommt das bekannte Regelsystem, bei dem der Leistungseintrag durch Stufenschalter am Transformator und durch Veränderung der Höhenposition der Elektroden gesteuert wird, gerade bei geringen Widerständen an seine Grenzen. Die Regelbarkeit ist dann sehr erschwert. Die Wahl höherer Spannungen führt indes dazu, dass der Strom noch „weitere Wege findet", d. h. zum Beispiel über Schüttungen (Koks, Möller, ...) oder über Schlacke zwischen den Elektroden fließt und sich ungewollte Mikro-Lichtbögen bilden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Energieversorgungseinrichtung für einen Elektroofen dahingehend weiterzubilden, dass Elektrolichtbogenöfen für Reduktionsprozesse wirkungsvoller betrieben werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leistungsregelungseinrichtung ausgebildet ist, die an die Elektrode abgegebene Leistung, insbesondere Wirkleistung, auch bei einem Anstieg des Elektrodenstroms konstant zu halten oder nur kontrolliert ansteigen zu lassen durch geeignetes Absenken der Elektrodenspannung.

Beim Eintauchen der Elektroden in die Schmelze oder zumindest in eine darauf schwimmende leitende Schlacke ist ein Anstieg des Elektrodenstroms bei gleicher Leistung unvermeidlich. Die erfindungsgemäße Leistungsregelungseinrichtung ermöglicht es jedoch vorteilhafterweise, die in die Schmelze eingebracht Leistung, insbesondere Wirkleistung trotzdem konstant zu halten oder zumindest nur kontrolliert ansteigen zu lassen. Das gilt insbesondere bei unveränderter Einstellung des Stufenschalters an dem Transformator.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, den Strom zumindest indirekt zu begrenzen und die Spannung auf niedrigstem möglichem Niveau halten, auch bei großen Elektrodenbewegungen. Aufgrund des Eintauchens der Elektroden in den Möller und die Schlacke bilden sich in der Regel keine Lichtbögen aus; insofern wird die erfindungsgemäße Leistungsregelungseinrichtung auch bei kleinen Leistungen verwendet, ohne dass Lichtbögen vorhanden sind. Die Leistungsregelung dient der Kontrolle des Leistungseintrags insbesondere in den Möller und/oder die Schmelze. Damit unterscheidet sich die Leistungsregelung gemäß der Erfindung von der Leistungsregelung aus der WO 2007/048502 A1 , welche dazu dient, den Strom und die Spannung auf einem hohem Spannungsniveau konstant zu halten bei minimalen Elektrodenbewegungen. In der WO-Schrift dient die Leistungsregelung zur Stabilisierung bzw. Aufrechterhaltung des Lichtbogens im Ofen.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Leistungsregelungseinrichtung eine Thyristor-Schaltung mit einer Phasenanschnittssteuerung zur Variation der Zündwinkel des Thyristors. Damit können der Elektrodenstrom, die Elektrodenspannung sowie der Wirkleistungseintrag in den Ofen gegenüber ihren ursprünglichen Werten, wie sie auf der Sekundärseite des Ofentransformators bereitgestellt werden, variiert werden. Die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung eignet sich für beliebige Formen von Elektrolichtbogenöfen; diese können rund, rechteckig, oval oder anders geformt sein. Indem die erfindungsgemäße Leistungsregelungseinrichtung, die in den unteren Ofenbereich eingebrachte elektrische Wirkleistung konstant hält oder nur kontrolliert ansteigen lässt, wird gleichzeitig auch eine Begrenzung des maximalen Stromes erreicht, insbesondere auch dann, wenn die Elektroden tief in die Schmelze oder zumindest in die leitende Schlacke, die auf der Schmelze aufschwimmt, eintauchen. Die besagte Strombegrenzung, die bei der erfindungsgemäßen Leistungsregelung indirekt erfolgt, ist abhängig von „in Echtzeit" gegebenen Parametern des metallurgischen Prozesses.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Betrieb von Lichtbogenöfen mit tief eintauchenden Elektroden bzw. Lichtbögen beschränkt, sondern vielmehr kann die besagte Energieversorgung bzw. die erfindungsgemäße Leistungsregelungseinrichtung auch für Öfen Anwendung finden, bei deren Betrieb ein offener Lichtbogen entsteht, d. h. bei denen die Elektrode nicht in die Schmelze oder Schlacke eintaucht. Der Beschreibung sind insgesamt 8 Figuren beigefügt, wobei

Figur 1 die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung für einen Elektroofen mit absenkbaren Elektroden;

Figuren 2 - 4 die Energieversorgungseinrichtungen mit drei

Einphasentransformatoren; die Figuren 5 - 7 die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung für

Elektrolichtbogenöfen mit jeweils einem

Dreiphasentransformator; und

Figur 8 Strom- und Spannungsverläufe bei Verwendung

erfindungsgemäßen Leistungsregelungseinrichtung zeigen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben.

Figur 1 zeigt einen Elektroofen 200, in dem sich Schmelze 220, auf der Schmelze aufschwimmende elektrisch hochleitfähige Schlacke 230 und auf der Schmelze aufschwimmender Möller 240 befindet. In den Möller und die Schlacke tauchen zwei Elektroden 210 ein, welche über einen Transformator 1 10 mit elektrischer Energie versorgt werden. Die auf der Sekundärseite bereitgestellte elektrische Leistung ist einstellbar, typischerweise über einen Stufenschalter. Die Sekundärseite des Transformators 1 10 weist zwei Abgriffe auf, mit denen jeweils eine der Elektroden über einen elektrischen Zweig verbunden ist. In einen der Zweige ist die erfindungsgemäße Leistungsregelungseinrichtung 120 geschaltet. Diese ist ausgebildet, die an die Elektroden abgegebene elektrische Leistung, insbesondere die Wirkleistung, auch bei einem Anstieg des Elektroden Stroms konstant zu halten oder zumindest nur kontrolliert ansteigen zu lassen durch geeignetes Absenken der Elektrodenspannung. Ein Anstieg des Elektrodenstromes ist bei einem Eintauchen der Elektroden 210 in den Möller 240 oder in die Schlacke 230 unvermeidbar, weil sich dadurch der elektrische Widerstand reduziert. Der elektrische Widerstand hängt insbesondere ab von der Eintauchtiefe Tiefei , Tiefe2 der Elektroden in den Möller oder die Schlacke sowie von der elektrischen Leitfähigkeit des Möllers oder der Schlacke. Die Figuren 2 bis 4 zeigen die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung für einen Elektroofen 200, der mit drei Einphasentransformatoren 1 10 betrieben wird.

Die Figuren 5 bis 7 zeigen den Betrieb des Elektroofens 200 jeweils mit einem Dreiphasentransformator 1 10.

In jeder der Figuren 2 bis 7 wird eine Versorgungsspannung U zum Betrieb der Energieversorgungseinrichtung und des Elektroofens bereitgestellt. Die Versorgungsspannung geht als Eingangsgröße auf einen Ofenschalter 140 zum Ein- und Ausschalten des Elektroofens. Ein Stufenschalter 130 und der Transformator 1 10 bilden typischerweise eine bauliche Einheit. Unabhängig davon, ob drei Einphasentransformatoren oder jeweils nur ein Dreiphasentransformator vorgesehen sind/ist, können die Elektroden auf der Sekundärseite des Transformators 1 10 beispielsweise in einer Knappsackschaltung (Figuren 2 und 5), einer Stern- oder einer Dreiecksschaltung verschaltet sein. Die Elektroden können auch einfach nur an die Abgriffe der Phasen auf der Sekundärseite des Transformators angeschlossen sein. In jedem Fall sind drei erfindungsgemäß ausgebildete Leistungsregelungseinrichtungen 120 zwischen der Sekundärseite des Trafos und den Elektroden verschaltet, für zwei Phasen eine. Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Leistungsregelungseinrichtung ist in Figur 8 graphisch veranschaulicht. Figur 8 ist ein Diagramm, auf dessen linker Ordinate die Sekundärspannung des Ofentransformators sowie die Thyristorspannung aufgetragen sind. Auf der rechtsseitigen Ordinate sind der Zündwinkel zur Ansteuerung der Thyristoren, der Elektrodenstrom sowie die Wirkleistung aufgetragen. Auf der X-Achse ist der elektrische Widerstand, insbesondere Schlacken- und Schmelzenwiderstand aufgezeigt, welcher von links nach rechts, d. h. mit zunehmender Eintauchtiefe weiter absinkt. Dieses Absinken des Ohm'schen Widerstandes, hier beispielhaft von 7 mOhm auf 3 mOhm, führt zwangsläufig zu einem Ansteigen des Elektrodenstromes, hier beispielhaft von 29 kA auf 42 kA. Dieses Phänomen erfolgt bei konstantem Spannungsabgriff an dem Stufenschalter 130 des Transformators, wobei dieser Spannungsabgriff hier bei 222 V liegt und unabhängig von der Eintauchtiefe ist. Die erfindungsgemäße Leistungsregelungseinrichtung bewirkt beispielhaft, dass die in den Ofen eingebrachte elektrische Wirkleistung P im Wesentlichen konstant bleibt, in Figur 8 bei +/- 6,0 MW. Dies wird von der erfindungsgemäßen Leistungsregelungseinrichtung dadurch bewirkt, dass sie die Thyristoren mit zunehmender Eintauchtiefe mit einem zunehmend größeren Zündwinkel, in Figur 8 beispielsweise angesteigend von 36° auf 84° angesteuert werden, wodurch die Ausgangsspannung mit zunehmender Eintauchtiefe der Elektroden absinkt, gemäß Figur 8 von anfänglich 217 V bei 7 mOhm auf 169 V bei 3 mOhm. Durch das besagte Absenken der Thyristorausgangsspannung d. h. im Wesentlichen der Eelektrodenspannung bei gleichzeitig unvermeidlichem Stromanstieg kann der Eintrag der Wirkleistung in den Ofen wunschgemäß konstant gehalten werden.

Bezugszeichenliste

100 Energieversorgungseinrichtung

1 10 Transformator

120 Leistungsregelungseinnchtung

130 Stufenschalter, in jedem Trafo integriert 140 Ofenschaltanlage

200 Elektroofen

210 Elektrode

220 Schmelze

230 Schlacke

240 Möller

U Versorgungsspannung