186750. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés adagoknak ívkemencében való olvasztására
1 186 750 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés adagoknak ivkemencében vaió olvasztására. A találmány tárgya a villamos fémkohászat területére tartozik, előnyösen alkalmazható acél- és a színesfémkohászat, a kémiai ipar és a tűzálló anyagokat előállító iparágak területén. Ismeretes egy olyan olvasztási eljárás, amelyet F. P. Edneral „Elektrometallurgie von Stahl und Ferrolegierungen” („Metallurgia”, Moszkva, 1977., 103—157, 378-456 oldalak) ismertet. Ezt az olvasztási eljárást ércredukáló vagy ív-acélolvasztó kemencéknél alkalmazzák, amelyeknek ipari frekvenciájú (f = 50 Hz) váltakozó áramú tápáramforrása van. Az eljárás körébe tartozik az adag adagolása, olvasztása, a redox reakció végrehajtása, valamint a csapolási művelet. Ezen eljárás megvalósítására olyan ívkemencét alkalmaznak, amelyet az alábbi irodalmi forrás ismertet részletesebben: L. E. Nikolszkij és társai „Industrieanlagen für eine Lichtbogenheizung und deren Parameter” („Energija” Kiadó, Moszkva, 1971., 16—26, 94—109 oldalak). Ennél a berendezésnél az ívkemence kivezetésekkel ellátott elektródái transzformátorhoz csatlakoznak. A berendezés az elektródák állítására és mozgatására szolgáló szerkezettel rendelkezik, valamint automatikus adagolószerkezettel van ellátva, végül pedig a villamos teljesítmény automatikus szabályozására szolgáló szervvel rendelkezik. A fent ismertetett eljárás hátránya, hogy igen nagy energiaveszteséggel dolgozik, ami onnan ered, hogy a feszültség szabályozása fokozatmentesen nem hajtható végre, és hogy az elektródák helyzete instabil. Ennek a berendezésnek igen kis hatásfoka van, ami a nagy meddőteljesítményre vezethető vissza, amely meddőteljesítmény a teljes teljesítményfelvétel 50-60 %-át is elérheti. Az ívkemence teljesítményének növelésekor az energiaveszteség arányosan növekszik. A meddőteljesítincny kompenzálására segédberendezést kell alkalmazni. Fentiek következtében az igen nagy energiaveszteségek miatt az áramvezetők keresztmetszetét - különösen a felületi és az utóhatás miatt — jelentős mértékben túl kell méretezni, és emiatt az áramvezetők kialakításához igen sok rézanyagot kell felhasználni. Az olvasztás folyamán az ívkemence elektródáit a teljesítmény szabályozása miatt mozgatni kell, minek következtében az ívkemence fürdőjében a termikus egyensúly eltolódik. Az ismertetett berendezés további hátránya az, hogy az acélszerkezet jelentős mágneses veszteségeket okoz, és hogy a mágnesezhető szerkezeti anyagokból kialakított konstrukciós elemek a tűlhevítés következtében hamar tönkremennek. A fázisok között teljesítmény átvitel megy végbe, amely az ívkemence energiaeloszlásának egyenetlenségét okozza, minek következtében teljesítménycsökkenés jön létre, és a kemence tűzálló bélésanyaga is hamarabb tönkremegy. Hátrányos, hogy az áramvezetők keresztmetszetét a felületi hatás következtében nem lehet teljesen kihasználni, ami az áramvezetők túlméretezését, azaz a szükségesnél lényegesen nagyobb tömeg alkalmazását teszik szükségessé. Ismeretessé vált egy másik ívkemencék adagjának olvasztására szolgáló olyan eljárás, amelynek teljesítménye 21 000 kVA. Ezt az eljárást a „Nachschlagcbuch für elektrothermische Ausrüstung” (Moszkva, „Energija” Kiadó, 1971, IX. fejezet) ismerteti. E szerint az eljárás szerint a kemencébe az adagokat (koksz, kvarcit és darabolt acél) folyamatosan adagolják be a váltakozó áramú ipari frekvenciával fűtött ívkemenccbe. Az ívkemence fürdőjében a kemence töltetén átfolyó villamosáram Joule-hője és a kemence elektródái- 5 nak homlokfelületei között létrejövő ív folytán nagy hőmennyiség jön létre. Az állandóan keletkező hő a kemence töltetét izzítja, és a fürdő alsó rétegeiben olvadé-. kot hoz létre. Az olvadással egyidejűleg a vas és szilíciumoxidnak a koksz szénanyaga következtében endotemi 10 reakciók jönnek létre, amelyek az oxidáció következtében gáz halmazállapotot hoznak létre, és az ívkemencéből ezt a gázt szén-dioxid és dioxid alakjában vezetik ki. A redukált szilícium a redukált vasolvadékban olvad meg. és a kész olvadék a fürdő alsóbb részébe folyik, 15 ahonnan azt periodikusan ferroszilícium ötvözet és kevés salak alakjában öntőformába ömlesztik ki. A fent vázolt eljárás megvalósítására szolgáló ívkemencébe adagok olvasztására szolgáló berendezést a már említett „Nachschlagebuch für Elektrothermische Ausrüstung” című 20 irodalom 1971. IX. fejezete ismerteti. Ez a berendezés egy transzformátorra! rendelkezik, amelynek szekundertekercse áramvezető útján csatlakozik az ívkemence fürdőjében elrendezett elektródákhoz. Ezen áramvezetőhöz az ívkemencc teljesítményének szabályozására szol- 25 gáló szerv csatlakozik, amely a teljesítmény szabályozását a teljesítményszabályozó egység kimenetéhez kapcsolt elektródamozgató szerkezet útján végzi. Ezen ismert berendezés hátránya a nagy hőveszteség, ami a mágnesezhető szerkezeti anyagból kialakított szer- 3C kezeti elemek üregeinek vízhűtése miatt, valamint a kemence nagy terén átfolyó áram veszteségei miatt keletkeznek. Ezek a veszteségek a kemencébe bevezetett, teljesítmény 6—7 %-át teszik ki. A feszültséghez képest az elektródákra adott nagy áramerősség miatt, valamint 35 a kemence áramkörének jelentős reaktanciája következtében nem lehetséges hónapos állagban 0,8-0,82 teljesítménytényezőt elérni, ami nagy specifikus áramfelhasználást jelent. A rézbői készült áramvezető keresztmetszete 40 21 600 mm2 nagyságú, amelyet nem lehet gazdaságosan kihasználni. A fent vázolt eljárás szerint a kemence adagjának olvasztásakor nem lehetséges a feszültséget a transzformátor karakterisztikája következtében villamos üzemben 45 fokozatmentesen szabályozni, miért is szükséges, hogy az elektródákat a fürdő villamos ellenállása és a transzformátor feszültségfokozatai következtében létrejövő fcszültségugrások miatt egészen 1000 mm nagyságrenden belül állítani kell. 50 Célunk, hogy az ívkemencék adagjainak olvasztására olyan eljárást és berendezést javasoljunk, amely az ívkemence villamos teljesítményének fókái jelentősen növeli, és amely lehetővé teszi, hogy az elektromágneses veszteségeket csökkentsük, a teljesítménytényezőt pedig 55 a hálózati frekvenciánál kisebb üzemi frekvenciát alkalmazva csökkentsük, és hogy az áram frekvenciájának szabályozásával, valamint fokozatmentes feszültségszabáiyo/.ás alkalmazásával az ismert eljárások és berendezések hátrányait kiküszöböljük. 60 A találmányi gondolat lényege abban van, hogy a váltakozó árammal táplált villamos ívkemencében a kemence adagának olvasztását, a redox reakciót, és a kész olvadéknak, valamint a salaknak öntését a találmányi gondolat értelmében ügy végezzük, hogy a kemence 65 tápáramának frekvenciáját 0,05—30 Hz között váltakoz-2
