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WO2011000699A2 - Verfahren zum kühlen eines kühlelements eines lichtbogenofens, lichtbogenofen zum einschmelzen von metallgut, und steuer- und/oder regeleinrichtung für einen lichtbogenofen - Google Patents

Verfahren zum kühlen eines kühlelements eines lichtbogenofens, lichtbogenofen zum einschmelzen von metallgut, und steuer- und/oder regeleinrichtung für einen lichtbogenofen Download PDF

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WO2011000699A2
WO2011000699A2 PCT/EP2010/058483 EP2010058483W WO2011000699A2 WO 2011000699 A2 WO2011000699 A2 WO 2011000699A2 EP 2010058483 W EP2010058483 W EP 2010058483W WO 2011000699 A2 WO2011000699 A2 WO 2011000699A2
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WO
WIPO (PCT)
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cooling
coolant
cooling element
arc furnace
electric arc
Prior art date
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PCT/EP2010/058483
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English (en)
French (fr)
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WO2011000699A3 (de
Inventor
Thomas Matschullat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Publication of WO2011000699A2 publication Critical patent/WO2011000699A2/de
Publication of WO2011000699A3 publication Critical patent/WO2011000699A3/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5211—Manufacture of steel in electric furnaces in an alternating current [AC] electric arc furnace
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories or equipment, e.g. dust-collectors, specially adapted for hearth-type furnaces
    • F27B3/24—Cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D21/00—Arrangement of monitoring devices; Arrangement of safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a cooling element enclosed by an electric arc furnace, in particular a cooling element, wherein the cooling element is cooled by means of a first cooling device, wherein the cooling by means of a
  • the invention further relates to an electric arc furnace for melting metal goods, having a first cooling device for cooling at least one cooling element of the arc furnace, wherein the first cooling device is designed such that cooling takes place by the occurrence of a phase transition, with a device for the direct or indirect detection of a Temperature or an expected temperature profile of the at least one cooling element.
  • the invention relates to a control and / or regulating device for an electric arc furnace.
  • Electric arc furnaces in particular three-phase arc furnaces, the cooling elements of which are provided by means of phase transitions, e.g. saturated steam cooling, are generally used to melt stainless steels, e.g. Austenite and ferrites used. However, this type of cooling can also be used in furnaces for producing other grades of steel.
  • a cooling of the arc furnace walls by means of cooling cooling elements is required, otherwise the thermal stress of the arc furnace walls, which are not lined fireproof, is so high that they can not withstand these loads.
  • the principle of saturated steam cooling means Mentioned cooling water.
  • the cooling water is brought to a saturated steam temperature and a saturated steam pressure and is supplied to the individual cooling elements of the arc furnace.
  • the cooling process is based on evaporation of water in the cooling elements by the heat generated by the melting process.
  • the multi-phase flow of water and steam emerging from a cooling element after passing through the cooling element is separated into liquid phase and water vapor in a steam drum, for example.
  • a cooling element of the arc furnace can be thermally stressed in an undesirable and unexpected manner.
  • an arc envelope which may be provided by, for example, foamed slag or scrap, is not present as desired. This results in increased heating of the cooling element, since the arc is directly, i. There is no metallic medium or foamed slag between the arc and the cooling element, radiates to the cooling element thermally.
  • the thermal load of the cooling element increases, the vapor content of the saturated steam-water mixture increases. Given a flow cross-section of the cooling element, the same quantity of cooling water can still be fed into a cooling element up to a certain amount of steam. However, if the steam content in the saturated steam water mixture exceeds a critical value, only a reduced amount of cooling water can be supplied to the cooling element due to the increased vapor pressure. As a result, only a reduced cooling effect for the cooling element is achieved with increased thermal loading of the cooling element.
  • the furnace In order not to achieve the range of partial and stable film boiling, the furnace must then be shut down or significantly reduced in performance. However, this significantly reduces the performance of the furnace. In particular, no minimum tap-to-tap times are achieved and thus the possible throughput of molten steel with the furnace is not fully exploited.
  • the invention has for its object to provide a method, an electric arc furnace and a control and / or regulating device for an electric arc furnace, by means of which an increased throughput for an electric arc furnace is made possible.
  • the procedural part of the object is achieved by a generic method, wherein before or during a temperature increase for the cooling element, a second cooling device for the cooling element is switched in such a way that the cooling element is additionally flowed through by the second cooling device supplied coolant.
  • additional coolant in particular cooling water
  • rapid relaxation of the cooling situation can be achieved.
  • the supply of the coolant of the second cooling device causes a temperature drop in the cooling element, whereby the gas content in the coolant flowing through the cooling element decreases.
  • the throughput of coolant of the first cooling device can be increased again.
  • the invention makes it possible to continue to operate the furnace at high power and still defuse a critical cooling situation.
  • the coolant supplied from the second cooling device is supplied at a temperature which is smaller than the temperature of the coolant flowing through the cooling element by means of the first cooling device.
  • Coolant at a lower temperature than the coolant within the cooling element will reduce the temperature of the coolant of the first cooling device within the cooling element. ed. As a result, the gas evolution is withdrawn from the coolant within the cooling element, whereby the cooling element can be flowed through again with a higher throughput of coolant.
  • the additional coolant to be supplied to the cooling element is supplied at a pressure which is greater than the pressure prevailing within the cooling element of the coolant.
  • a pressure gradient in the direction of the cooling element By setting such a pressure gradient in the direction of the cooling element, a particularly effective elimination of overheating or excessive steam development can be achieved.
  • the coolant of the second cooling device is supplied to the cooling element at a pressure greater than the pressure prevailing inside the cooling element and at a temperature of less than 50 ° C., preferably at room temperature, present at this pressure.
  • a quantity of the additionally supplied coolant is set as a function of a measure for a cooling element temperature or for a determined temporal temperature gradient for the cooling element.
  • an expected temperature rise for a cooling element is monitored by monitoring a burning behavior of the arc.
  • a burning behavior of the arc it is possible, for example, to obtain a measure of an arc envelope by means of a combined evaluation of electrode current measurement and structure-borne noise measurement at the electric arc furnace.
  • a temperature increase of a cooling element lying in the vicinity, in particular of the cooling element directly opposite the electrode is to be expected.
  • additional precautionary coolant can be introduced into a cooling element or the corresponding cooling elements, since it is to be expected that the cooling element will be heated more intensely by the free-burning arc.
  • the thermal load of a cooling element can be significantly reduced, since a temperature increase can be foreseen and can be reacted to early on this.
  • Combustion behavior of the arc it is thus particularly advantageously possible, early on unwanted process deviations, e.g. a free-burning arc, to react.
  • unwanted process deviations e.g. a free-burning arc
  • the cooling measures are advantageously taken to envelop the arc again with foam slag, if this is due to quality and process-related possible.
  • a temperature rise for a cooling element is determined by monitoring a deliverable coolant quantity into the cooling element and / or a coolant state.
  • the amount of coolant that can be supplied to the cooling element can therefore be taken as a measure of the temperature of the cooling element, since an increased temperature leads to an increased gas content in the coolant.
  • the monitoring of the amount of coolant that can be fed to the cooling element can be used as an indicator of the temperature of the cooling element.
  • absolute temperatures of the cooling element may not be determined by the above procedures, however, these methods provide at least one measure of temperature and / or temperature change and a direction of temperature change for the cooling element.
  • the device-related part of the object is achieved by an electric arc furnace for melting metal material of the aforementioned type, wherein the cooling element is operatively connected to a second cooling device such that before or during a temperature rise on the cooling element the cooling element additional coolant by means of the second cooling device. can be fed.
  • the advantages of the above-described method result in an analogous manner.
  • the coolant which can be supplied from the second cooling device has a temperature which is smaller than that of the coolant flowing through the cooling element of the first cooling device. This makes it particularly effective to achieve cooling. It is particularly advantageous that the coolant of the second cooling device is not actively cooled, but has the present ambient temperature or room temperature. As a result, no additional energy for cooling the coolant of the second cooling device is needed. In particular, it is advantageous that the coolant of the second cooling device is mounted at a lower temperature than the coolant of the first cooling device at a pressure which is of the order of magnitude of the coolant pressure prevailing in the cooling element.
  • the device for indirectly or directly detecting a temperature or an expected temperature profile is a device for detecting an arc combustion behavior and / or as a device for detecting a coolant state and / or as a device for detecting an amount of coolant that can be supplied to the cooling element educated. This makes it possible to use the above-described indicators, which are used as a measure of a temperature of the
  • the additional coolant can be supplied in a coolant inlet region of the cooling element.
  • the additional coolant of the first cooling device and / or the cooling element can be supplied by means of a controllable and / or controllable valve.
  • a controllable and / or controllable valve This is a particularly advantageous practical embodiment for controlling and / or regulating a coolant flow in addition to the coolant flow of the first cooling device present in normal operation.
  • the valve allows rapid response at high or rising temperatures or expected temperature increases.
  • the controllable and / or controllable valve is operatively connected to a control and / or regulating device according to claim 7.
  • an automated control and / or regulation of the valve preferably takes place on the basis of the detected or expected temperatures or temperature changes.
  • the second cooling device comprises a booster pump.
  • the Busterpumpe has a high dynamics and is able to provide under high pressure a corresponding amount of coolant in addition to the coolant present in the cooling element.
  • the second cooling device in particular the booster pump with a control and / or regulating device according to claim 7 operatively connected. This makes it possible, according to quickly and possibly also by means of a closed control loop, to supply additional coolant in such a way that the best possible cooling effect for the cooling element is achieved.
  • the device-related part of the object is also achieved by means of a control and / or regulating device for an electric arc furnace, with a machine-readable program code which comprises control commands which, when executed, cause the method according to one of claims 1 to 6 to be carried out.
  • FIG. 1 shows a device for cooling a cooling element, wherein an additional cooling takes place on the basis of a flow measurement
  • FIG. 2 shows a device for cooling a cooling element, wherein an additional cooling on the basis of a detection of the Lichtbogeneinhüllung takes place.
  • the cooling element 1 shows a cooling element 1 in a cross-sectional view with a plurality of cooling tubes, through which by means of a first cooling device 2, a coolant Kl is performed.
  • the cooling tubes are arranged vertically.
  • box panels are also possible.
  • the cooling element 1 forms the wall of an unspecified darg Popeen arc furnace.
  • An electric arc furnace generally has a plurality of such cooling elements 1.
  • the coolant Kl passes through the cooling element 1, it is heated by the heat emanating from the interior of the arc furnace, due to the melting process.
  • the coolant Kl cooling conditions are set, which cause the liquid refrigerant Kl passes into the gas phase due to the heat flow from the furnace interior to the cooling element 1 and thereby particularly effective dissipates heat, since this phase transition additionally requires energy and thus bound additional energy in the coolant Kl becomes.
  • the liquid-gaseous coolant mixture is removed from the cooling element 1.
  • the embodiment shown in FIG. 1 uses water as the coolant K1.
  • the person skilled in the art can also use any other medium suitable for such cooling.
  • the refrigerant K1 issuing from the cooling element 1 is fed to a separating drum 10, by means of which a gas portion D in the coolant K1 is reduced or at least temporarily removed from the coolant circuit. Subsequently, the coolant Kl is supplied to a coolant reservoir 11, in which the coolant Kl is stored.
  • the coolant circuit of the coolant Kl is further supplied by means of one or more coolant supply new coolant, which replaces the transitioned into the vapor phase D, separated in the separation drum 10 coolant.
  • the coolant K1 in the coolant reservoir 11 is supplied to the cooling element 1 again.
  • a non-illustrated pump for the coolant Kl conceivabl- used coolant circuit.
  • the coolant Kl first passes through a heating device 12, within which it is brought to saturated steam temperature and saturated steam pressure. Subsequently, the coolant Kl is supplied to the cooling element 1 again.
  • a further cooling device 3 is present.
  • This cooling device 3 is not in operation in the scheduled operation of the arc furnace and the cooling element 1 in the present embodiment. Alternatively, however, this can be used instead of the water supply 13 to compensate for losses of the coolant Kl.
  • This decrease or collapse in the coolant flow can be detected by means of a device 4 for flow measurement of the coolant K1. Such a detected decrease in the coolant inflow indicates an overheating of the cooling element 1.
  • a signal corresponding to this information is fed to a control and / or regulating device 9.
  • This control and / or regulating device 9 is connected to a second cooling device 3, in particular a pump 8, which is preferably designed as a booster pump, as well as with a Controllable and / or controllable valve 6, by means of which additional coolant K2 can be injected into the cooling element 1 or the first cooling device 2.
  • the control and / or regulating device 9 is further adapted to cause the execution of an embodiment of the method according to the invention.
  • a machine-readable program code 11 has been stored on the control and / or regulating device 9 by means of a storage medium 10, alternatively via a network, which causes the execution of the method by execution of control commands encompassed by the program code 11.
  • the coolant K2 guided by the second cooling device 3 has a significantly lower temperature T2 than the coolant K1 having a temperature T1 in the cooling element.
  • it is supplied to the cooling device 2 or the cooling element 1 with a pressure P2 which is above the in the cooling element prevailing pressure Pl.
  • the coolant K2 can be provided from a reservoir or coolant reservoir 7 at any time.
  • a rapid cooling of the cooling element 1 can be achieved.
  • the coolant K2 of the second cooling device 3 is as directly as possible fed to the cooling element 1 or at least near the inlet region of the cooling element 1. This ensures that the overheating is quickly corrected, since the second coolant K2 short distances to overheated cooling element. 1 or superheated coolant Kl must cover.
  • the temperature Tl of the coolant Kl is lowered significantly, so that the gas pressure is reduced, or the already gaseous coolant Kl goes back into the liquid phase.
  • the throughput of coolant K1 from the first cooling device 2 can also be increased again by the cooling element 1, since the gas pressure has been reduced.
  • the amount of additional borrowed coolant K2 per unit time is set.
  • the additional coolant K 2 supplied in the present case also water, can then be taken from the cooling circuit of the first cooling device 2 or directly to the cooling element 1 on the coolant outlet side of the cooling element 1. As a result, the first cooling device 2 is not overloaded throughput.
  • the second cooling device 3 can preferably be used for more than one cooling element 1. This saves space and resources.
  • the size of the reservoir 7 is preferably adapted to the number of optionally to be cooled cooling elements 1 by means of the second cooling device 3. However, several cooling devices may be used, e.g. one cooling device per cooling element 1.
  • first and second cooling device it is particularly advantageous to use the same cooling medium for both cooling devices, since this causes technical difficulties, e.g. Emulsions, etc., be avoided.
  • water proves to be inexpensive and usable over a suitable temperature range.
  • the coolant K 1 or K 2 flowing through the cooling element 1 is partially returned to the water reservoir 7 after flowing through the cooling element.
  • the water reservoir 7 is preferably configured in such a way that the coolant supplied to the water reservoir by the cooling element 1 does not cause a significant temperature change of the water reservoir 7. If cooling is possible again-only-with the first cooling device 2, then the controllable valve 6 is closed again and monitoring of the flow continues until, if necessary, a renewed overheating of a cooling element is detected indirectly.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 essentially only in that a detection of the temperature of the cooling element does not take place via a flow rate of the coolant K1 into the cooling element 1, but rather through a device 5 for detecting an arc burning behavior.
  • the electrodes E of the arc furnace are additionally shown in FIG. 2, since their electrode currents are used to determine the arc enveloping for the respective electrode current.
  • a measure of the arc envelopment of the electrode can be determined for each electrode of the arc furnace. This is obtained by taking a sum of the quotients of frequency amplitudes for the fundamental and harmonic components occurring in the arc and in the currents.
  • the device for detecting the arc burning behavior thus comprises at least one structure-borne sound sensor, at least one electrode current sensor and an evaluation device, the latter being present here Embodiment with the control and / or regulating device 9 is identical. All parts of the device for detecting an arc burning behavior are designated 5 in FIG. Once a decrease in the arc envelope is detected, it means that the radiation emanating from the arc increases to the cooling elements of the arc furnace.
  • the time advantage by the detection of the arc burning behavior in contrast to the embodiment of FIG 1 thus brings a great advantage. Because the measuring method according to FIG 2 allows countermeasures to prevent overheating, while in the embodiment of FIG 1 only countermeasures to remedy overheating are possible. As a result, in the variant according to FIG. 2, the thermal stress for the cooling elements 1 is markedly reduced, since the temperature fluctuations for the cooling element 1 during the operation of the arc furnace are significantly lower.
  • the informational advantage of this type of measurement i. the detection of the arc burning behavior, about 1 to 2 minutes.
  • This projection makes it possible to anticipate the operation of the arc furnace, whereby shutdowns and possibly power reductions of the arc furnace can possibly be completely avoided. This in turn increases throughput. In addition, the life of the cooling elements 1 is increased.
  • the second cooling device shown in FIG. 2 does not differ significantly from the one shown in FIG. 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenofen zum Einschmelzen von Metallgut, Steuer- und/oder Regeleinrichtung (9) für einen Lichtbogenofen, und ein Verfahren zum Kühlen eines von einem Lichtbogenofen umfassten Kühlelements (1), insbesondere eines Kühlpaneels, wobei das Kühlelement (1) mittels einer ersten Kühleinrichtung (2) gekühlt wird, wobei die Kühlung mittels eines Phasenübergangs eines das Kühlelement (1) durchströmenden Kühlmittels (K1) von einer flüssigen Phase in ein gasförmige Phase erfolgt. Indem vor oder während eines Temperaturanstiegs für das Kühlelement (1) eine zweite Kühleinrichtung (3) für das Kühlelement (1) derart zugeschaltet wird, dass das Kühlelement (1) zusätzlich mittels von der zweiten Kühleinrichtung (3) zugeführtem Kühlmittel (K2) durchströmt wird, kann der Durchsatz eines Lichtbogenofens gesteigert werden.

Description

Bezeichnung
Verfahren zum Kühlen eines Kühlelements eines Lichtbogenofens, Lichtbogenofen zum Einschmelzen von Metallgut, und Steuer- und/oder Regeleinrichtung für einen Lichtbogenofen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines von einem Lichtbogenofen umfassten Kühlelements, insbesondere eines Kühlelement, wobei das Kühlelement mittels einer ersten Kühl- einrichtung gekühlt wird, wobei die Kühlung mittels eines
Phasenübergangs eines das Kühlelement durchströmenden Kühlmittels von einer flüssigen Phase in ein gasförmige Phase erfolgt. Die Erfindung betrifft ferner einen Lichtbogenofen zum Einschmelzen von Metallgut, mit einer ersten Kühleinrichtung zur Kühlung wenigstens eines Kühlelements des Lichtbogenofens, wobei die erste Kühleinrichtung derart ausgebildet ist, dass eine Kühlung durch das Auftreten eines Phasenübergangs erfolgt, mit einer Einrichtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Erfassung einer Temperatur oder eines erwarteten Temperaturverlaufs des wenigstens einen Kühlelements. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für einen Lichtbogenofen.
Elektrolichtbogenöfen, insbesondere Drehstromlichtbogenöfen, deren Kühlelemente mit Hilfe von Phasenübergängen, z.B. einer Sattdampfkühlung, gekühlt werden, werden in der Regel zum Schmelzen von rostfreien Stählen, z.B. Austenite und Ferrite, eingesetzt. Diese Art der Kühlung kann jedoch auch bei Öfen zur Herstellung anderer Stahlgüten verwendet werden.
Eine Kühlung der Lichtbogenofenwände mittels Kühlkühlelementen ist erforderlich, da sonst die thermische Beanspruchung der Lichtbogenofenwände, welche nicht feuerfest ausgekleidet sind, derart hoch ist, dass diese diesen Belastungen nicht standhalten können.
Als Beispiel für ein auf einem Phasenübergang beruhendes Kühlprinzip wird das Prinzip der Sattdampfkühlung mittels Kühlwasser erwähnt. Das Kühlwasser wird auf eine Sattdampf- temperatur und einen Sattdampfdruck gebracht und wird den einzelnen Kühlelementen des Lichtbogenofens zugeführt. Der Kühlprozess basiert auf einer Verdampfung von Wasser in den Kühlelementen durch die durch den Einschmelzvorgang erzeugte Wärme. Die nach Durchlaufen des Kühlelements aus einem Kühlelement austretende Mehrphasenströmung aus Wasser und Dampf wird bspw. in einer Dampftrommel in Flüssigphase und Wasserdampf getrennt.
Kommt es zu unerwünschten Prozessstörungen beim Aufschmelzen von Metallgut, so kann ein Kühlelement des Lichtbogenofens in unerwünschter und unerwarteter Weise thermisch beansprucht werden. Beispielsweise, indem eine Lichtbogeneinhüllung, wel- che etwa durch Schaumschlacke oder Schrott bereitgestellt werden kann, nicht wie in gewünschter Weise vorliegt. Dadurch kommt es zu einer verstärkten Erwärmung des Kühlelements, da der Lichtbogen direkt, d.h. es liegt kein metallisches Medium oder Schaumschlacke zwischen Lichtbogen und Kühlelement vor, auf das Kühlelement thermisch abstrahlt.
Bei steigender thermischer Belastung des Kühlelements nimmt der Dampfgehalt des Sattdampfwassergemisches zu. Bei gegebenem Durchflussquerschnitt des Kühlelements kann bis zu einer gewissen Dampfmenge noch die gleiche Kühlwassermenge in ein Kühlelement zugeführt werden. Übersteigt jedoch der Dampfgehalt im Sattdampfwassergemisch einen kritischen Wert, kann aufgrund des gestiegenen Dampfdrucks nur noch eine verringerte Menge an Kühlwasser dem Kühlelement zugeführt werden. Dies führt dazu, dass bei erhöhter thermischer Belastung des Kühlelements nur eine verringerte Kühlwirkung für das Kühlelement erreicht wird.
Aus Sicherheitsgründen, nämlich um nicht den Bereich des par- tiellen und stabilen Filmsiedens zu erreichen, muss der Ofen dann abgeschaltet oder in der Leistung deutlich reduziert werden . Dies jedoch reduziert deutlich das Leistungsvermögen des Ofens. Insbesondere werden keine minimalen Tap-to-Tap-Zeiten erreicht und damit der mit dem Ofen mögliche Durchsatz an Stahlschmelzen nicht voll ausgeschöpft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, einen Lichtbogenofen und eine Steuer-und/oder Regeleinrichtung für einen Lichtbogenofen anzugeben, mittels derer ein erhöhter Durchsatz für einen Lichtbogenofen ermöglicht wird.
Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes Verfahren, wobei vor oder während eines Temperaturanstiegs für das Kühlelement eine zweite Kühleinrichtung für das Kühlelement derart zugeschaltet wird, dass das Kühlelement zusätzlich mittels von der zweiten Kühleinrichtung zugeführtem Kühlmittel durchströmt wird. Durch Zugabe von zusätzlichem Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, zu dem überhitzten Kühlmittel der ersten Kühleinrichtung, kann eine schnelle Entspannung der Kühlsituation erreicht werden. Dies geschieht durch Abkühlung des Kühlmittels der ersten Kühleinrichtung mittels des Kühlmittels der zweiten Kühleinrichtung. Die Zuführung des Kühlmittels der zweiten Kühleinrichtung bewirkt einen Temperaturabfall im Kühlelement, wodurch der Gasanteil in dem das Kühlelement durchströmenden Kühlmittel sinkt. Durch den dadurch sinkenden Gasdruck kann der Durchsatz an Kühlmittel der ersten Kühleinrichtung wieder erhöht werden. Die Erfindung erlaubt es, den Ofen auf hoher Leistung weiterzubetreiben und trotzdem eine kritische Kühlsituation zu entschärfen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das aus der zweiten Kühleinrichtung zugeführte Kühlmittel mit einer Temperatur zugeführt, die kleiner ist als die Temperatur des das Kühlelement durchströmenden Kühl- mittels der ersten Kühleinrichtung. Durch das zusätzliche
Kühlmittel mit geringerer Temperatur als das Kühlmittel innerhalb des Kühlelements wird die Temperatur des Kühlmittels der ersten Kühleinrichtung innerhalb des Kühlelements redu- ziert. Dadurch wird die Gasentwicklung aus dem Kühlmittel innerhalb des Kühlelements zurückgenommen, wodurch das Kühlelement wieder mit einem höheren Durchsatz an Kühlmittel durchströmt werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zusätzlich zuzuführende Kühlmittel dem Kühlelement mit einem Druck zugeführt, der größer ist als der innerhalb des Kühlelements herrschende Druck des Kühlmittels. Durch die Einstellung eines derartigen Druckgefälles in Richtung Kühlelement, kann eine besonders effektive Beseitigung der Überhitzung bzw. der überhöhten Dampfentwicklung erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist es, dass das Kühlmittel der zweiten Kühleinrichtung dem Kühlelement mit einem Druck größer als der innerhalb des Kühlelements herrschende Druck zugeführt wird und mit einer bei diesem Druck vorliegenden Temperatur von weniger als 500C, vorzugsweise mit Raumtemperatur.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Menge des zusätzlich zugeführten Kühlmittels abhängig von einem Maß für eine Kühlelementtemperatur oder für einen ermittelten zeitlichen Tempera- turgradienten für das Kühlelement eingestellt. Dadurch ist es möglich, auf entsprechende Temperaturänderungen und Temperaturen effektiv zu reagieren. So kann beispielsweise bei hohen Temperaturgradienten hin zur höheren Temperaturen eine entsprechend hohe zusätzliche Kühlmittelmenge in ein Kühlelement eingebracht werden, so dass dieses gegen die zunehmende thermische Belastung besser geschützt ist. Eine variable Kühlmittelmengenzufuhr abhängig von der Erforderlichkeit des Kühlmittels aus der zweiten Kühleinrichtung ist daher besonders zweckmäßig .
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein erwarteter Temperaturanstieg für ein Kühlelement durch Überwachung eines Brennverhaltens des Lichtbogens ermittelt. So ist es beispielsweise möglich, mittels einer kombinierten Auswertung von Elektrodenstrommessung und Körperschallmessung am Elektrolichtbogenofen ein Maß für eine Lichtbogeneinhüllung zu erhalten. Ist der Lichtbogen nicht eingehüllt, so ist ein Temperaturanstieg eines in der Nähe liegenden Kühlelements, insbesondere des direkt der Elektrode gegenüberliegenden Kühlelements zu erwarten. In diesem Fall kann bereits vorsorglich zusätzliches Kühlmittel in ein Kühlelement bzw. die entsprechenden Kühlelemente ein- geführt werden, da zu erwarten ist, dass das Kühlelement durch den frei brennenden Lichtbogen verstärkt erwärmt wird. Durch ein derartiges Vorgehen lässt sich die thermische Belastung eines Kühlelements deutlich reduzieren, da ein Temperaturanstieg vorhergesehen werden kann und frühzeitig auf diesen reagiert werden kann. Durch die Überwachung eines
Brennverhaltens des Lichtbogens ist es so insbesondere vorteilhafter Weise möglich, frühzeitig auf unerwünschte Prozessabweichungen, z.B. einem frei brennenden Lichtbogen, zu reagieren. Zusätzlich zur Kühlung werden vorteilhafterweise Maßnahmen ergriffen, um den Lichtbogen wieder mit Schaumschlacke einzuhüllen, wenn dies Güten-bedingt und prozessbedingt möglich ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens wird ein Temperaturanstieg für ein Kühlelement durch Überwachung einer zuführbaren Kühlmittelmenge in das Kühlelement und/oder eines Kühlmittelzustands ermittelt. Die dem Kühlelement zuführbare Kühlmittelmenge kann deshalb als Maß für die Temperatur des Kühlelements her- genommen werden, da eine erhöhte Temperatur zu einem erhöhten Gasanteil im Kühlmittel führt. Als Folge des steigenden Gasdrucks verschlechtert sich die Zuführbarkeit des Kühlmittels in das Kühlelement. Daher kann die Überwachung der dem Kühlelement zuführbaren Kühlmittelmenge als Indikator für die Temperatur des Kühlelements hergenommen werden. Alternativ ist es möglich, dass Phasengemisch, d.h. Gasphase und Flüssigphase des Kühlmittels, insbesondere online, zu analysieren und aus diesem die Temperatur bzw. ein Maß für die Temperatur des Kühlelements zu ermitteln.
Wenngleich mittels der vorstehenden Vorgehensweisen ggf. keine absoluten Temperaturen des Kühlelements bestimmt werden können, so liefern diese Methoden jedoch zumindest ein Maß für eine Temperatur und/oder eine Temperaturänderung sowie eine Richtung der Temperaturänderung für das Kühlelement.
Der vorrichtungsmäßige Teil der Aufgabe wird gelöst durch ei- nen Lichtbogenofen zum Einschmelzen von Metallgut der eingangs genannten Art, wobei das Kühlelement mit einer zweiten Kühleinrichtung derart wirkverbunden ist, dass vor oder während eines Temperaturanstiegs an dem Kühlelement dem Kühlelement zusätzliches Kühlmittel mittels der zweiten Kühleinrich- tung zuführbar ist. Für diese Vorrichtung ergeben sich in analoger Weise die Vorteile des oben geschilderten Verfahrens .
Besonders vorteilhaft ist es, dass das aus der zweiten Kühl- einrichtung zuführbare Kühlmittel eine Temperatur aufweist, die kleiner ist als diejenige des das Kühlelement durchströmenden Kühlmittels der ersten Kühleinrichtung. Dadurch lässt sich besonders effektiv eine Kühlung erreichen. Besonders vorteilhaft ist es, dass das Kühlmittel der zweiten Kühlein- richtung nicht aktiv gekühlt wird, sondern die vorliegende Umgebungstemperatur bzw. Raumtemperatur aufweist. Dadurch wird keine zusätzliche Energie zur Kühlung des Kühlmittels der zweiten Kühleinrichtung benötigt. Insbesondere ist es von Vorteil, dass das Kühlmittel der zweiten Kühleinrichtung bei niedrigerer Temperatur als das Kühlmittel der ersten Kühleinrichtung unter einem Druck gelagert ist, der in der Größenordnung des im Kühlelement herrschenden Kühlmitteldrucks ist. Wird die zweite Kühleinrich- tung zugeschaltet, so muss nur noch eine geringe Leistung zur Druckerhöhung bereitgestellt werden, um das Kühlmittel der zweiten Kühleinrichtung dem Kühlelement schnell zuführen zu können . In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Einrichtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Erfassung einer Temperatur oder eines erwarteten Temperaturverlaufs als eine Einrichtung zur Erfassung eines Lichtbogenbrennverhaltens und/oder als eine Einrichtung zur Erfassung eines Kühlmittelzustands und/oder als Einrichtung zur Erfassung einer dem Kühlelement zuführbaren Kühlmittelmenge ausgebildet. Dadurch ist es möglich, die oben beschrie- benen Indikatoren, welche als Maß für eine Temperatur des
Kühlelements bzw. als Maß für einen erwarteten Temperaturverlauf des Kühlelements dienen können, einfach zu erfassen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ist das zusätzliche Kühlmittel in einem Kühlmitteleinlaufbereich des Kühlelements zuführbar. Dadurch werden besonders kurze Wege realisiert, welche ein möglichst schnelles Reagieren und Eindüsen des zusätzlichen Kühlmittels in den Kühlmittelkreislauf der ersten Kühlein- richtung erlauben. Dadurch kann die Kühlwirkung besonders schnell erreicht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das zusätzliche Kühlmittel der ersten Kühleinrichtung und/oder dem Kühlelement mittels eines steuerbaren und/oder regelbaren Ventils zuführbar. Dies ist eine besonders vorteilhafte praktische Ausgestaltung zur Steuerung und/oder Regelung eines Kühlmittelflusses zusätzlich zu dem im normalen Betrieb vorhandenen Kühlmittelfluss der ersten Kühleinrichtung. Das Ventil erlaubt eine schnelle Reaktion bei hohen bzw. ansteigenden Temperaturen oder erwarteten Temperaturanstiegen. Insbesondere ist es von Vorteil, dass das steuerbare und/oder regelbare Ventil mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 7 wirkverbunden ist. In diesem Fall erfolgt vorzugsweise eine automatisierte Steuerung und/oder Regelung des Ventils anhand der erfassten oder erwarteten Temperaturen bzw. Temperaturänderungen. Von besonderem Vorteil ist es ebenfalls, dass die zweite Kühleinrichtung eine Boosterpumpe umfasst. Eine derartige Pumpe erlaubt ein sehr schnelles reagieren auf unerwünschte Kühlelementtemperaturen bzw. Temperaturentwicklungen. Die Busterpumpe hat eine hohe Dynamik und ist in der Lage, unter hohem Druck eine entsprechende Kühlmittelmenge zusätzlich zu dem im Kühlelement vorliegenden Kühlmittel zur Verfügung zu stellen . In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zweite Kühleinrichtung, insbesondere die Boosterpumpe mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 7 wirkverbunden. Dadurch ist es möglich, entsprechend schnell und gegebenenfalls auch mittels eines geschlossenen Regelkreislaufs, dass zusätzliche Kühlmittel derart zuzuführen, so dass eine bestmögliche Kühlwirkung für das Kühlelement erreicht wird.
Der vorrichtungsmäßige Teil der Aufgabe wird ebenfalls gelöst mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung für einen Lichtbogenofen, mit einem maschinenlesbaren Programmcode, welcher Steuerbefehle umfasst, welche bei deren Ausführung die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 veranlassen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche anhand schematischer Zeichnungen nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigen: FIG 1 eine Vorrichtung zum Kühlen eines Kühlelements, wobei eine Zusatzkühlung auf Basis einer Durchflussmessung erfolgt,
FIG 2 eine Vorrichtung zum Kühlen eines Kühlelements, wobei eine Zusatzkühlung auf Basis einer Erfassung der Licht- bogeneinhüllung erfolgt.
FIG 1 zeigt ein Kühlelement 1 in einer Querschnittsansicht mit einer Mehrzahl an Kühlrohren, durch welche mittels einer ersten Kühleinrichtung 2 ein Kühlmittel Kl geführt wird. Im vorliegenden Fall sind die Kühlrohre vertikal angeordnet. Möglich sind bspw. auch Kastenpanels. Das Kühlelement 1 bildet die Wand eines nicht näher dargstellten Lichtbogenofens. Ein Lichtbogenofen besitzt in der Regel eine Mehrzahl derartiger Kühlelemente 1.
Während das Kühlmittel Kl das Kühlelement 1 durchläuft, wird dieses durch die vom Inneren des Lichtbogenofens ausgehende Wärme - aufgrund des Schmelzvorgangs - erhitzt. Für das Kühlmittel Kl sind Kühlbedingungen eingestellt, welche dazu führen, dass das flüssige Kühlmittel Kl aufgrund des Wärmeflusses vom Ofeninnenraum zum Kühlelement 1 in die Gasphase übergeht und dadurch besonders effektiv Wärme abführt, da dieser Phasenübergang zusätzlich Energie benötigt und damit zusätzliche Energie im Kühlmittel Kl gebunden wird.
Gleichzeitig wird das flüssig-gasförmige Kühlmittelgemisch aus dem Kühlelement 1 abgeführt. Das in FIG 1 gezeigte Aus- führungsbeispiel nutzt Wasser als Kühlmittel Kl. Jedoch kann der Fachmann auch jedes andere für eine derartige Kühlung geeignete Medium heranziehen.
Das aus dem Kühlelement 1 austretenden Kühlmittel Kl wird ei- ner Trenntrommel 10 zugeführt, mittels derer ein Gasanteil D im Kühlmittel Kl reduziert wird bzw. aus dem Kühlmittelkreislauf zumindest vorläufig entfernt wird. Anschließend wird das Kühlmittel Kl einem Kühlmittelvorratsbehälter 11 zugeführt, in welchem das Kühlmittel Kl gelagert wird.
Dem Kühlmittelkreislauf des Kühlmittels Kl wird ferner mittels einer oder mehrerer Kühlmittelzuführungen neues Kühlmittel zugeführt, welches das in die Dampfphase D übergegangene, in der Trenntrommel 10 abgetrennte Kühlmittel ersetzt.
Das Kühlmittel Kl im Kühlmittelvorratsbehälter 11 wird bei Bedarf dem Kühlelement 1 erneut zugeführt. Hierzu wird eine nicht näher dargestellte Pumpe für den das Kühlmittel Kl füh- renden Kühlmittelkreislauf genutzt. Ferner durchläuft das Kühlmittel Kl zunächst eine Heizeinrichtung 12, innerhalb derer es auf Sattdampftemperatur und Sattdampfdruck gebracht wird. Anschließend wird das Kühlmittel Kl dem Kühlelement 1 erneut zugeführt.
Neben der ersten Kühleinrichtung 2 ist eine weitere Kühleinrichtung 3 vorhanden. Diese Kühleinrichtung 3 ist im planmäßigen Betrieb des Lichtbogenofens und des Kühlelements 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht in Betrieb. Alternativ kann diese jedoch anstatt der Wasserzuführung 13 genutzt werden, um Verluste des Kühlmittels Kl auszugleichen.
Kommt es jedoch zu einem für den planmäßigen Betrieb nicht vorgesehenen Temperaturanstieg an dem Kühlelement 1, da auf dieses vermehrt Energie aus dem Ofeninneren abgegeben wird, so kommt es für das dieses Kühlelement 1 durchströmende Kühlmittel Kl zu einer signifikanten Erhöhung des Gasanteils aufgrund des zusätzlichen Energieeintrags in das Kühlelement 1.
Dadurch steigt der Druck innerhalb der Kühleinrichtung 2 an. Dies führt bei Erreichen eines kritischen Gasdrucks dazu, dass bei konstantem Zuführdruck des Kühlmittels Kl dem Kühlelement 1 nur eine bedeutend geringere Menge an Kühlmittel Kl zugeführt werden kann. Dies führt zu einer Verringerung der
Kühlung des Kühlelements 1. Gleichzeitig ist jedoch das Kühlelement 1 einer erhöhten thermischen Belastung ausgesetzt.
Diese Abnahme bzw. Einbruch im Kühlmittelzufluss kann mittels einer Einrichtung 4 zur Durchflussmessung des Kühlmittels Kl erfasst werden. Eine solche erfasste Abnahme im Kühlmittelzu- fluss deutet auf eine Überhitzung des Kühlelements 1 hin.
Ein dieser Information korrespondierendes Signal wird einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 9 zugeführt. Diese Steuer- und/oder Regeleinrichtung 9 ist mit einer zweiten Kühleinrichtung 3, insbesondere einer Pumpe 8, die vorzugsweise als Booster-Pumpe ausgebildet ist, verbunden, sowie mit einem Steuer- und/oder regelbaren Ventil 6, mittels dem zusätzliches Kühlmittel K2 in das Kühlelement 1 bzw. die erste Kühleinrichtung 2 eingedüst werden kann. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 9 ist ferner dazu hergerichtet, die Ausführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu veranlassen. Hierzu wurde ein maschinenlesbarer Programmcode 11 mittels eines Speichermediums 10, alternativ über ein Netwerk, auf der Steuer und/oder Re- geleinrichtung 9 hinterlegt, welche die Durchführung des Verfahrens durch Ausführung von von dem Programmcode 11 umfass- ten Steuerbefehlen veranlasst.
Das von der zweiten Kühleinrichtung 3 geführte Kühlmittel K2 weist eine signifikant geringere Temperatur T2 auf, als das in dem Kühlelement befindliche Kühlmittel Kl mit einer Temperatur Tl. Zudem wird es der Kühleinrichtung 2 bzw. dem Kühlelement 1 mit einem Druck P2 zugeführt, der oberhalb des im Kühlelement herrschenden Drucks Pl ist.
Das Kühlmittel K2 kann aus einem Reservoir bzw Kühlmittelvorratsbehälter 7 jederzeit bereitgestellt werden. Durch gesteuertes/geregeltes Öffnen des Ventils 6 und der Einstellung der entsprechenden Temperatur und Druckzustände des Kühlmittels K2 der zweiten Kühleinrichtung 3 kann eine schnelle Kühlung des Kühlelements 1 erreicht werden.
Vorzugsweise wird das Kühlmittel K2 der zweiten Kühleinrichtung 3 dem Kühlelement 1 möglichst direkt zugeführt bzw. zu- mindest nahe des Einlaufbereichs des Kühlelements 1. Dadurch wird sichergestellt, dass die Überhitzung schnell behoben wird, da das zweite Kühlmittel K2 kurze Strecken bis zum überhitzten Kühlelement 1 bzw. überhitzten Kühlmittel Kl zurücklegen muss.
Durch die Zuführung des Kühlmittels K2 aus der zweiten Kühleinrichtung 3, insbesondere in Form von Kaltwasser, wird die Temperatur Tl des Kühlmittels Kl signifikant gesenkt, so dass der Gasdruck reduziert wird, bzw. das bereits gasförmiges Kühlmittel Kl wieder in die Flüssigphase übergeht. Somit kann durch die zusätzliche Zuführung des Kühlmittels schnell eine wirksame Reaktion auf die Überhitzung des Kühlelements erfol- gen, ohne dass der Ofen über die Maßen in seiner Leistung reduziert werden muss, oder ganz abgeschaltet werden muss.
Durch die Abkühlung des Kühlmittels Kl kann ferner der Durchsatz an Kühlmittel Kl aus der ersten Kühleinrichtung 2 durch das Kühlelement 1 wieder erhöht werden, da der Gasdruck reduziert wurde.
Gleichzeitig mit der Zuführung des zusätzlichen Kühlmittels K2 in das Kühlelement Kl kann versucht werden, die aus dem Ofeninneren abgegebene Energie für das betroffene Kühlelement 1 zu reduzieren, bspw. indem die Leistung des Ofen reduziert wird bzw. die Leistung auf die Elektroden in anderer Weise verteilt wird. Auch können Maßnahmen getroffen werden, bspw. das Erzeugen von Schaumschlacke bspw. durch Zugabe von Kohle, um so die Einhüllung des Lichtbogens, welcher in der Regel eine wesentliche Wärmequelle für das betroffene Kühlelement 1 ist, zu verbessern. Es kann auch vorgesehen werden, die Energieverteilung für Elektroden geändert werden, z.B. durch Verkürzen der Lichtbogenlänge durch Erhöhung des Stromes zumin- dest für diejenige Elektrode, welche dem Kühlelement 1 am Nähesten ist.
Abhängig vom zeitlichen Verlauf der Abnahme bzw. des Einbruchs der Kühlmittelzufuhr von Kl wird die Menge des zusätz- lieh zugeführten Kühlmittels K2 pro Zeiteinheit eingestellt.
Dies erfolgt mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 9. Tritt ein starker Einbruch der Kühlmittelzufuhr auf, d.h. die Überhitzung erfolgt in einem relativ kurzen Zeitintervall, wird dem Kühlelement eine hohe Menge an Kühlmittel K2 zugeführt. Die Menge an zugeführtem K2 kann dabei innerhalb kurzer Zeit der Größenordnung der im Kühlelement 1 befindlichen Menge an Kl entsprechen. Verläuft ein Temperaturanstieg des Kühlelements 1 zeitlich relativ langsam, so kann zur Verhinderung einer Überhitzung des Kühlelements 1 auch eine geringere Menge an zusätzlichem Kühlmittel K2 pro Zeiteinheit zugegeben werden, um die zusätzliche Energie abzuführen und ei- ne Überhitzung des Kühlelements 1 zu reduzieren.
Das zusätzliche zugeführte Kühlmittel K2, im vorliegenden Fall ebenfalls Wasser, kann dann auf der Kühlmittelaustrittsseite des Kühlelements 1 dem Kühlkreislauf der ersten Kühl- einrichtung 2 oder direkt dem Kühlelement 1 entnommen werden. Dadurch wird die erste Kühleinrichtung 2 durchsatzmäßig nicht überlastet .
Die zweite Kühleinrichtung 3 kann vorzugsweise für mehr als ein Kühlelement 1 verwendet werden. Dadurch können Platz und Ressourcen eingespart werden. Die Größe des Reservoirs 7 ist vorzugsweise auf die Anzahl der ggf. zu kühlenden Kühlelemente 1 mittels der zweiten Kühleinrichtung 3 angepasst. Es können jedoch auch mehrere Kühleinrichtungen verwendet werden, z.B. eine Kühleinrichtung pro Kühlelement 1.
Unabhängig von der Ausbildung der ersten und zweiten Kühleinrichtung ist es besonders vorteilhaft, dasselbe Kühlmedium für beide Kühleinrichtungen zu verwenden, da hierdurch tech- nische Schwierigkeiten, z.B. Emulsionsbildungen usw., vermieden werden. Insbesondere erweist sich Wasser als kostengünstig und als über einen geeigneten Temperaturbereich einsetzbar. Ferner muss nach Durchlaufen des Kühlmittels durch das Kühlelement bei zugeschalteter zweiter Kühleinrichtung 3 kei- ne Separation der Kühlmittel Kl und K2 voneinander erfolgen.
Das das Kühlelement 1 durchfließende Kühlmittel Kl bzw. K2 wird nach Durchströmen des Kühlelements teilweise wieder dem Wasserreservoir 7 zugeführt. Das Wasserreservoir 7 ist vor- zugsweise derart ausgestaltet, dass das vom Kühlelement 1 dem Wasserreservoir zugeführte Kühlmittel keine wesentliche Temperaturänderung des Wasserreservoirs 7 bewirkt. Ist eine Kühlung wieder - nur - mit der ersten Kühleinrichtung 2 möglich, so wird das regelbare Ventil 6 wieder geschlossen und es findet weiterhin eine Überwachung des Durchflusses statt, bis ggf. eine erneute Überhitzung eines Kühl- elements mittelbar erfasst wird.
Das Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 unterscheidet sich von dem in FIG 1 im Wesentlichen nur dadurch, dass eine Erfassung der Temperatur des Kühlelements nicht über eine Durchfluss- menge des Kühlmittels Kl in das Kühlelement 1 erfolgt, sondern durch eine Einrichtung 5 zur Erfassung eines Lichtbogenbrennverhaltens. Hierzu sind in FIG 2 zusätzlich die Elektroden E des Lichtbogenofens dargestellt, da deren Elektrodenströme zur Bestimmung der Lichtbogeneinhüllung für den jewei- ligen Elektrodenstrom herangezogen werden.
Dadurch wird ein noch vorhandener Nachteil des ersten Ausführungsbeispiels beseitigt. Denn bei Erfassung eines Tempera- turstiegs ist im Ausführungsbeispiel 1 das Kühlelement 1 be- reits einer übermäßigen thermischen Belastung ausgesetzt worden, was sich dann in der Durchflussmessung gemäß FIG 1 niederschlägt. Gegenmaßnahmen mittels der zweiten Kühleinrichtung werden in der Regel erst dann ergriffen, wenn bereits ein hohes thermisches Budget auf das Kühlelement 1 eingewirkt hat. Nichts desto trotz bietet jedoch bereits das Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 einen erheblichen Fortschritt ggü . dem Stand der Technik.
Durch Verwendung einer kombinierten Körperschall-Messung und Elektrodenstrommessung kann für jede Elektrode des Lichtbogenofens ein Maß für die Lichtbogeneinhüllung der Elektrode ermittelt werden. Dieses wird erhalten durch Bilden einer Summe der Quotienten von Frequenzamplituden für die im Lichtbogen und in den Strömen auftretenden Grundschwingungsanteile und Oberschwingungsanteile. Die Einrichtung zur Erfassung der Lichtbogenbrennverhaltens umfasst somit wenigstens einen Körperschallsensor, wenigstens einen Elektrodenstromsensor und eine Auswerteeinrichtung, wobei letztere im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 9 identisch ist. Alle Teile der Einrichtung zur Erfassung eines Lichtbogenbrennverhaltens sind in FIG 2 mit 5 bezeichnet. Sobald eine Abnahme der Lichtbogeneinhüllung erfasst wird, bedeutet dies, dass die vom Lichtbogen ausgehende Strahlung auf die Kühlelemente des Lichtbogenofens zunimmt. Zu diesem Zeitpunkt hat jedoch noch keine wesentliche Erwärmung des Kühlmittels Kl, über das Gleichgewichtsmaß hinaus, stattge- funden. Abhängig von der verbleibenden Lichtbogeneinhüllung ist jedoch ggf. zu erwarten, dass sich das durch das Kühlelement strömende Kühlmittel Kl derart erwärmt, dass es zu einer Abnahme bzw. einem Einbruch in der Kühlmittelzufuhr mittels der ersten Kühleinrichtung 2 kommt.
Der Zeitvorsprung durch die Erfassung des Lichtbogenbrennverhaltens im Gegensatz zur Ausbildung gemäß FIG 1 bringt damit einen großen Vorteil mit sich. Denn die Messmethode gemäß FIG 2 erlaubt Gegenmaßnahmen zur Vermeidung einer Überhitzung, während bei Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 nur Gegenmaßnahmen zur Behebung einer Überhitzung möglich sind. Dadurch wird bei der Variante gemäß FIG 2 der thermische Stress für die Kühlelemente 1 deutlich reduziert, da die Temperaturschwankungen für das Kühlelement 1 während des Betriebs des Licht- bogenofens deutlich geringer sind.
Abhängig von dem jeweiligen Lichtbogenofen beträgt der Informationsvorsprung durch diese Art der Messung, d.h. die Erfassung des Lichtbogenbrennverhaltens, ca. 1 bis 2 Minuten. Die- ser Vorsprung ermöglicht es, den Betrieb des Lichtbogenofens vorausschauender einzustellen, wodurch Abschaltungen und ggf. Leistungsreduktionen des Lichtbogenofens ggf. vollständig vermieden werden können. Dadurch wird wiederum der Durchsatz erhöht. Darüber hinaus wird die Lebensdauer der Kühlelemente 1 erhöht.
Im Übrigen unterscheidet sich die in FIG 2 gezeigte zweite Kühleinrichtung nicht wesentlich von der gemäß FIG 1 gezeig- ten. Es sind alle sonstigen Einrichtungen vorhanden, welche auch in FIG 1 vorhanden sind, d.h. regelbares Ventil, Reservoir für Kaltwasser 7, Pumpe 8, sowie eine entsprechende Kühlmittelzuführung für das Kühlelement 1 und eine Kühlmittelabführung aus dem Kühlelement 1, um eine effektive Kühlung des Kühlelements 1 bei erwartetem Temperaturanstieg oder erfolgtem Temperaturanstieg durchzuführen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Kühlen eines von einem Lichtbogenofen um- fassten Kühlelements (1), insbesondere eines Kühlpaneels, wo- bei das Kühlelement (1) mittels einer ersten Kühleinrichtung (2) gekühlt wird, wobei die Kühlung mittels eines Phasenübergangs eines das Kühlelement (1) durchströmenden Kühlmittels (Kl) von einer flüssigen Phase in ein gasförmige Phase erfolgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass vor oder während eines Temperaturanstiegs für das Kühlelement (1) eine zweite Kühleinrichtung (3) für das Kühlelement (1) derart zugeschaltet wird, dass das Kühlelement (1) zusätzlich mittels von der zweiten Kühleinrichtung (3) zugeführtem Kühlmittel (K2) durchströmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das aus der zweiten Kühleinrichtung (3) zugeführte Kühlmittel (K2) mit einer Temperatur (T2) zugeführt wird, die kleiner ist als die Temperatur (Tl) des das Kühlelement (1) durchströmenden Kühlmittels (Kl) der ersten Kühleinrichtung (2).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das zusätz- lieh zuzuführende Kühlmittel (K2) dem Kühlelement (1) mit einem Druck (P2) zugeführt wird, der größer ist als der innerhalb des Kühlelements (1) herrschende Druck (Pl) des Kühlmittels (Kl) .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Menge des zusätzlich zugeführten Kühlmittels (K2) abhängig von einem Maß für eine Kühlelementtemperatur oder für einen ermittelten zeitlichen Temperaturgradienten für das Kühlelement eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein erwarteter Temperaturanstieg für ein Kühlelement (1) durch Überwachung eines Brennverhaltens des Lichtbogens ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Temperaturänderung für ein Kühlelement (1) durch Überwachung einer zuführbaren Kühlmittelmenge in das Kühlelement (1) und/oder eines Kühlmittelzustands ermittelt wird.
7. Steuer- und/oder Regeleinrichtung (9) für einen Lichtbogenofen, mit einem maschinenlesbaren Programmcode (11), welcher Steuerbefehle umfasst, welche bei deren Ausführung die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 veranlassen .
8. Lichtbogenofen zum Einschmelzen von Metallgut, mit einer ersten Kühleinrichtung (2) zur Kühlung wenigstens eines Kühl- elements (1) des Lichtbogenofens, wobei die erste Kühleinrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass eine Kühlung durch das Auftreten eines Phasenübergangs erfolgt, mit einer Einrichtung (4, 5) zur mittelbaren oder unmittelbaren Erfassung einer Temperatur oder eines erwarteten Temperaturverlaufs des wenigstens einen Kühlelements (1),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Kühlelement (1) mit einer zweiten Kühleinrichtung (3) derart wirkverbunden ist, dass vor oder während eines Temperaturanstiegs an dem Kühlelement (1) dem Kühlelement (1) zusätzliches Kühl- mittel (K2) mittels der zweiten Kühleinrichtung (3) zuführbar ist .
9. Lichtbogenofen nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das aus der zweiten Kühleinrichtung (3) zuführbare Kühlmittel (K2) eine Temperatur (T2) aufweist, die kleiner ist als diejenige des das Kühlelement (1) durchströmenden Kühlmittels (Kl) der ersten Kühleinrichtung (2) .
10. Lichtbogenofen nach Anspruch 8 oder 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Einrichtung (4, 5) zur mittelbaren oder unmittelbaren Erfassung ei- ner Temperatur oder eines erwarteten Temperaturverlaufs als eine Einrichtung (5) zur Erfassung eines Lichtbogenbrennverhaltens und/oder als einer Einrichtung zur Erfassung eines Kühlmittelzustands und/oder als Einrichtung (4) zur Erfassung einer dem Kühlelement (1) zuführbaren Kühlmittelmenge ausge- bildet ist.
11. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das zusätzliche Kühlmittel (K2) der ersten Kühleinrichtung (2) und/oder dem Kühlelement (1) mittels eines steuerbaren und/oder regelbaren Ventils (6) zuführbar ist.
12. Lichtbogenofen nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das steuer- bare und/oder regelbare Ventil (6) mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (9) nach Anspruch 7 wirkverbunden ist.
13. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 8 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zweite Kühleinrichtung (3) eine Booster-Pumpe (8) umfasst.
14. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 8 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zweite Kühleinrichtung (3), insbesondere die Booster-Pumpe (8), mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (9) nach Anspruch 7 wirkverbunden ist.
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