DE2003945A1 - Anlage zum Elektroschlackenumschmelzen von Metallen,insbesondere von Staehlen - Google Patents

Description

P 1371 Gebr. Böhler & Co. Aktiengesellschaft in Y/ien

Anlage zum Elektroschlackenumschmelzen von Metallen, insbesondere von Stählen

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Elektroschlackenumschmelzen von Metallen, insbesondere von Stählen, mit zwei oder mehreren abzuschmelzenden Elektroden oder Elektrodengruppen.

Beim Elektroschlackenumschmelzen von Metallen ist meistens eine abzuschmelzende Elektrode an den einen Pol und die Bodenplatte, auf welcher der durch den Umschmelzvorgang in einer flüssigkeitsgekühlten Kokille gebildeten Metallblock aufrecht, mit dem anderen Pol der verwendeten Stromquelle, z.B. der Sekundärwicklung eines Transformators mit Hilfe von elektrischen Leitungen angeschlossen. Es ist jedoch auch eine Anlage zum Elektroschlackenumschmelzen von Metallen bekannt, in der an die beiden Enden der Sekundärwicklung eines Transformators je eine abzuschmelzende Elektrode angeschlossen ist, wobei beide Elektroden in einer flussigkeitsgekühlten Kokille abgeschmolzen werden. Sämtliche der bekannten Anlagen zum Elektroschlackenumschmelzen von Metallen weisen den Nachteil auf, daß in ihnen die Elektroden nur mit verhältnismäßig geringen Geschwindigkeiten abgescimolzen werden dürfen, da sonst erfahrungsgemäß die Schlackenschicht keine befriedigende Reinigungswirkung ausübt und die Qualität des umgeschmolzenen Metalls dementsprechend schlecht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den angeführten Nachteil zu vermeiden und eine Anlage zu schaffen, in der auch bei extrem hohen Abschmelzgeschwindigkeiten der Elektroden in der Schlackenschicht eine einwandfreie Reinigung des abgeschmolzenen Metalls erfolgt und in der überdies der Energieverbrauch (in kWh/t umgeschmolzenes Metall) verhältniemäßig sehr gering ist. Erfindungsgemäß wird dies bei einer Anlage der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß zwei oder mehrere Thyristorsätze, die ihre Richtung periodisch ändernde Einphasenwechselspannungen

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liefern, vorgesehen sind und an je eine Ausgangsklemme der Thyristorsätze, die bzw. jede Bodenplatte, auf der zumindest ein in einer flüssigkeitsgekühlten Kokille gebildeter, erstarrter Metallblock aufliegt, angeschlossen ist und daß die übrigen Ausgangsklemmen der Thyristorsätze mit je einer Elektrode bzw. Elektrodengruppe elektrisch leitend verbunden sind.

Weitare Einzelheiter, der erfindungsgenäßen Anlage gehen aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, das in der Zeichnung schematisch abgebildet ist. Es zeigen Pig.1 die betreffende Anlage, teils in Ansicht, teils im

Schnitt
Pig.2 die zeitliche Veränderung des Ilor.entanwertes der zwischen der Elektrode 9 bzw. 9¹ und der Bodenplatte 14 vorhandenen

Spannung U₁ bzv/. U«,
Pig.2a die zeitliche Veränderung de3 !.'omentanwertes der zv/ischen den beiden Elektroden 9 und 9' vorhandenen Spannung u_E = U₁ - U₂,

Pig.2b die zeitliche Veränderung des Homentanwertes des von den beiden Elektroden 9 und 9' zur Bodenplatte 14 fließenden elektrischen Stromes J_ß = J₁ + J« sowie des von der Elektrode 9 zur Elektrode 9¹ fließenden elektrischen Stromes J_E die Pig.3_f 3a, 3b, sowie 4, 4a und 4b die gleichen Größen für je eine andere Einstellung der nachstehend noch erwähnten Steuerung

Der durch die zu einem normalen Drehstromnetz gehörenden Leitungen R, S, T zugeführte Drehstrom (mit der normalen Netzfrequenz von z.3. 50 Hz) wird mittels zwei auf ihren Primärseiten zueinander parallel geschalteter Drehstromtransformatoren 3 und 3' auf wesentlich niedrigere Spannungen tranafarmiert. Von der Sekundärseite jedes Drehstromtransformators 3 und 3¹ führen - je nach Ausführung desselben - drei oder beispielsweise sechs Hauptleiter 4 und der Sternpunktsleiter 5 zu einem in einem Thyristorschrank 6 bzw. 6¹ untergebrachten Thyristorsatz, Mit Hilfe der mechanisch· " oder elektronisch betätigten Steuerung 7 und der beiden Thyristorsätze werden die Leiterspannungen der drei- oder sechsphasigen Drehstromsysteme in zwei EinphasenvechselBpannungen umgewandelt. Von je einer Ausgangsklenme der beiden Thyristorsätze

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führt eine elektrische Leitung 8 bzw. 8' zu einer abzuschmelzenden Elektrode 9 bzw. 9', wogegen die vorzugsweise aus Kupfer bestehende Bodenplatte 14, auf welcher der durch den Umschnelzvorgang gebildete Stahlblock 13 aufruht, durch die elektrischen leitungen 15 und 15* mit den anderen beiden Ausgangsklemmen der Thyristorsätze verbunden sind. Die aus einem umzuschmelzenden Stahl bestehenden, sich selbst verzehrenden Elektroden 9 bzw. 9' sind exzentrisch zu der flüssigkeitegekühlten (wassergekühlten) Kokille 10 angeordnet und tauchen mit ihren unteren Enden in die QUf der gebildeten laetallschmelze 12 schwimmende Schlackenschicht 11 ein. Mit Hilfe de:· beiden in die Zuleitungen 1 eingebauten dreipoligen Schalter 2 und 2¹ ist es müglich, die Stromzufuhr zu den Transformatoren 3 und 3' zu unterbrechen.

Die beiden von den Thyristoren 6 und 6' gelieferten, zwischen der Elektrode 9 bzw. 9¹ und der Bodenplatte 14 vorhandenen Spannungen U- und TJp ändern periodisch ihre Richtung, wobei die zwischen ihnen vorhandene Phasenverschiebung mit Hilfe der Steuerung 7 beliebig eingestellt werden kann.

Wenn - wie in Pig.2 dargestellt - die beiden Spannungen U- und U« in Phase sind und überdies zu jeden Zeitpunkt gleiche Werte aufweisen, so ist sowohl die zwischen den beiden Elektroden 9 und 9' vorhandene Spannung U„ als auch die Stärke des von der Elektrode 9 eur Elektrode 9¹ fließenden Stromes J_£ stets gleich null, hingegen fließt von den beiden Elektroden 9 und 9' ein periodisch seine Richtung ändernder Strom J_ß zu der Bodenplatte 14 (?ig.2a bzw. 2b).

Falls - wie in Fig.3 dargestellt - die beiden Spannungen U- und υ« um die halbe Periodenlänge phasenverschoben sind und die gleichen Maximalwerte aufweisen, so ist die zwischen den beiden Elektroden 9 und 9' vorhandene Spannung Ug zu jedem Zeitpunkt doppelt so groß wie die Spannung U₁. Infolgedessen fließt von der Elektrode 9 ein periodisch seine Richtung ändernder Strom J-, zur Elektrode 9*t wogegen der von den beiden Elektroden 9 und 9¹ zur Bodenplatte 14 fließender Stron J_B stets null ist.(?ig.3a bzw. 3b)

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Wenn - wie in Pig.4 dargestellt - die zwischen den beiden Spannungen IL und U« vorhandene Phasenverschiebung kleiner ale die halbe Periodenlänge ist und diese Spannungen die gleichen Maximalwerte aufweisen, so ist die zwischen den beiden Elektroden 9 und 9¹ vorhandene Spannung U-, und infolgedessen auch die Stärke des von der Elektrode 9 zur Elektrode 9' fließenden Stromes J-, nur während jener Zeitintervalle von null verschieden, in denen sich die Richtungen der Spannungen IL und U« unterscheiden. Hingegen fließt von den beiden Elektroden 9 und 9* nur während Jener Zeitintervalle, in denen die Spannungen U₁ und U« gleich sind, ein Strom J_B zur Bodenplatte (Pig.4a und 4b). Wenn der Strom J-, stets gleich null ist (FIg.2 bis 2b), so bildet die flüssige Metallschmelze 12 einen verhältnismäßig sehr tiefen und falls der Strom J_B stets gleich null ist (Pig.3 bis 3b), einen sehr flachen flüssigen Sumpf.

Somit hängt - gemäß den vorstehenden Darlegungen - die Form des von der flüssigen Metallschmelze 12 gebildeten Sumpfes letzthin wesentlich von der Phasenverschiebung zwischen den beiden Spannungen U₁ und Up ab. Überdies lassen sich - wie aus Fig.4b hervorgeht - in der erfindungsgemäßen Anlage starke Stromstöße erzielen. Diese verursachen starke Magnetfelder, die in dem abschmelzenden, etromdurchflossenen Metall starke elektrodynamische Kraftwirkungen hervorrufen. Infolgedessen wird das abschmelzende Metall in kleine Tropfen zerrissen, die in der Schlackenschicht besonders gut gereinigt werden.

Bei der erfindungsgenäßen Anlage ist es auch möglich, mehr als zwei, z.B. drei oder vier Thyristorsätze, an die Je eine Elektrode oder Elektrodengruppe angeschlossen ist,«vorzusehen und hiebei sämtliche Elektroden gleichzeitig in derselben Kokille abzuschmelzen. Wenn die Elektroden nacheinander in einier bestimmten Zeitfolge positive oder negative Spannungen gegenüber der Bodenplatte aufweisen, so entsteht ein elektromagnetisches Drehfeld, das eine Rühi-wirkung sowohl im Schlackenbad als auch in der flüssigen Metallschmelze verursacht. Durch die Steuerung kann die Folge der positiven Spannungen, die die Elektroden

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gegenüber der Bodenplatte aufweisen; umgekehrt werden» wodurch sich der Drehsinn des elektromagnetischen Drehfeldes und damit auch die Richtung, in der die Rührung erfolgt, ändert. Auch die Zeitdauer der Rührung in der einen und anderen Richtung ist durch die Steuerung einstellbar.

Gegenüber den bekannten Anlagen zum Elektroschlackenumschmelzen von Metallen bietet die erfindungsgemäße Anlage den sehr wesentlichen Vorteil, daß bei ihr mit wesentlich höheren Abschmelzgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann, ohne daß hiedurch der Reinheitsgrad der durch den Umschmelzvorgang gebildeten Metallblöcke verschlechtert wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, daß bei ihr der Energieverbrauch, (in kWh/t umgeschmolzenes Metall) verhältnismäßig sehr gering ist. Überdies läßt sich durch den vorstehend beschriebenen Rührvorgang ein besonders gutes Gefüge in den durch den Umschmelzvorgang gebildeten Metallblöcken erzielen. Infolge dervorstehend beschriebenen Aufteilung des Schmelzstromes in zwei Teilströme J-, und J,, weisen die hergestellten Metallblöcke eine besondere gute Oberflächenbeschaffenheit auf.

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Claims (2)

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   Patentansorüche :

   1· Anlage zun Elektroschlackenumschnelzen von Metallen, insbesondere von Stählen, mit zwei oder mehreren abzuschmelzenden Elektroden oder Slektrodengruppen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Thyristorsätze vorgesehen sind, die ihre Richtung periodisch ändernde Einphasenwechselspannungen liefern und an je eine Ausgangsklemme der Thyristorsätze die bzw. jede Bodenplatte (14) angeschlossen ist, auf der zumindest ein in einer flüssigkeitsgekühlten Kokille (10) gebildeter eretarrter Metallblock (13) aufliegt, und daß die übrigen Ausgangsklemmen der Thyristorsätze mit je einer Elektrode (9, 9') bzw. Elektrodengruppe elektrisch leitend verbunden sind.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine verstellbare, mechanisch oder elektronisch betätigte Steuerung (7) vorgesehen ist, die mit sämtlichen Thyristorsätzen zusammenwirkt.

   3· Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung zwischen den Spannungen (U₁ , U«) einstellbar sind, welche die einzelnen Elektroden (9, 9') gegenüber der Bodenplatte (14) bzw. den Bodenplatten aufweisen.

   4·. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder mehrere Thyristorsätze vorgesehen sind, an die je eine Elektrode angeschlossen ist, und daß die gleichzeitige in dieselbe Kokille eingebrachten Elektroden nacheinander in einer bestimmten Zeitfolge positive oder negative Spannungen gegenüber der Bodenplatte aufweisen, wobei diese Zeitfolge und damit auch der Drehsinn des elektromagnetischen Drehfeldes umkehrbar ist.

   Gebr. Böhler&Co. AO Patentbür

   Λ.

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