DE2510326A1

DE2510326A1 - Lichtbogenofen

Info

Publication number: DE2510326A1
Application number: DE19752510326
Authority: DE
Inventors: Charles Philip Kerton
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1974-03-12
Filing date: 1975-03-10
Publication date: 1975-09-18
Also published as: GB1488877A; SE7502699L; BE826562R; US3949151A; IT1046296B; SE394932B; FR2323292B2; JPS50157208A; FR2323292A2

Description

British Steel Corporation, 33 Grosvenor Place, London S.W.l

Lichtbogenofen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrom-Lichtbogenofen und bezweckt eine Verbesserung bzw. Abwandlung der im Hauptpatent Nr. .... (Patentanmeldung P 23 003 41.0) beschriebenen Bauart.

Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Lichtbogenofen zum Feinen von Metall, insbesondere Lichtbogenofen zum Schmelzen und Feinen von Stahlsohrott, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ofen mit einer Gleichsspannungsquelle betreibbar ist und mindestens eine Elektrode einer Polarität aufweist, die in einem Behandlungsgefäß zum Zwecke der Berührung mit der Charge montiert ist und eine weitere Anzahl von Elektroden entgegengesetzter Polarität aufweist, die oberhalb der Charge in das Gefäß hineinragen.

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Gleichstrom-Lichtbogenofen mit einer Anzahl erster Elektroden der ersten Polarität, die in ein Gefäß zum Metallfeinen über eine Charge auf dem Herd hineinstehen, und ist gekennzeichnet durch eine Mehrzahl zweiter Elektroden entgegengesetzter Polarität, von denen jede durch ein örtliches Reservoir des Metalls auf dem Herd in einer Lage gebildet ist, die vom Mittelpunkt entfernt liegt, wobei ein leitfähiger von einem

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feuerfesten Gehäuse umgebener Stab hervorsteht, wobei Mittel vorgesehen sind, um selektiv eine oder mehrere der zweiten Elektroden an die Gleichspannungsquelle anzuschließen.

Vorzugsweise haben Gefäß und Herd im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und die ersten Elektroden sind symmetrisch auf einem kreisrunden Pfad konzentrisch zu den Gefäßwandungen angeordnet und sämtlich mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden, so daß sie als Kathoden arbeiten. Die zweiten Elektroden sind in gleicher Weise vorzugsweise symmetrisch um den Herd des Gefäßes angeordnet.

Durch selektive Verbindung der zweiten Elektroden auf diese Weise in Richtung auf die "Keulen" ("lobes") der Leistungsverteilung innerhalb des Ofens während der Lichtbogen steht, kann eine solche Manipulation durchgeführt werden, daß der Schmelzvorgang innerhalb des Ofens gesteuert und verbessert wird, indem beispielsweise Schrottanhäufungen niedergeschmolzen werden, um eine gleichmäßigere Temperaturverteilung zu erlangen und um das Umrühren zu verbessern. Außerdem kann dadurch die Abnutzung der feuerfesten Auskleidung vermindert werden, in dem eine Heißpunkterosion vermieden wird. Die Erfindung ist insbesondere zweckmäßig, wenn eine kontinuierliche Beschickung vorhanden ist, da das thermische Zentrum, welches durch die Leistungsverteilung definiert ist, in geeigneter Weise über der Beschickungsfläche angeordnet werden kann. Diese Vorteile ergeben sich zusätzlich zu jenen Vorteilen, die von einem Wechselspannung gespeisten Lichtbogenofen gegenüber einem Wechselstrom gespeisten Lichtbogenofen herrühren, d.h. es ergibt sich ein stabilerer und gleichförmiger Lichtbogen mit einem geringeren Elektrodenverbrauch, und mit einem geräuscharmerem Betrieb.

Nachstehend wird ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

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Pig. 1 ein schematisch.es Schaltbild eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Lichtbogenofens mit Gefäß und Elektroden;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Gefäßes unit einer der Gefäßelektroden;

Pig. 3 eine Darstellung der Wirkung der Gleichstrom-Lichtbögen in einer Grundrißansicht während eines Verfahrensmodus bei selektiver Schaltung;

Fig. k eine Darstellung der Wirkung der Gleichstrom-Lichtbögen in Ansicht, während eines anderen Verfahrensmodus.

Figur 1 zeigt einen Lichtbogenofen bestehend aus einem Gefäß und drei herabhängenden Graphitelektroden 2,3 und k, die durch einen nicht dargestellten Deckel hindurchstehen. Die erforderliche elektrische Leistung wird dem Ofen über einen in Stern-Dreieck geschalteten Transformator 5 zugeführt, dessen Sekundärwicklungen mit den jeweiligen Phasen getrennt an den Phaseneingang 6, 7, 8 eines Doppelwellengleichrichters angeschaltet sind, der aus Silicium-Gleiehrichterelementen zusammengesetzt ist.

Die positiven Ausgänge der Gleichrichterelemente sind über Sammelschienen 9 und einen Schalter 10 an eine oder mehrere Elektroden innerhalb des Gefäßes angeschlossen, die mit der Schmelze in Berührung stehen, während die negativen Verbindungen getrennt über Sammeischienen 11, 12, 13 mit Elektroden 2 bzw. bzw. 4 verbunden sind.

Durch diese Art der Kupplung wird die Bogenspannung um über den Wechselspannungswert erhöht, während der Strom um die-

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sen Betrag abnimmt, wobei die gleiche Wirk- und Blindleistung in diesem Falle erhalten wird.

Die Ausbildung der Gefäßelektroden ist in Figur 2 dargestellt. Zur Veranschaulichung ist nur eine einzige Elektrode dargestellt und diese besteht im wesentlichen aus einer massiven Stahlstange 15, die in eine Vertiefung 16 des mit feuerfestem Material ausgekleideten Herdes des Gefäßes 1 einsteht. Das andere Ende der Elektrode ist wassergekühlt.

Wenn heißes Metall und eine Schrottcharge anfänglich in das Gefäß eingeführt wird, kommt dieses Material mit der verfestigten Gefäßelektrode bei 16 in Berührung und die Charge wird in der üblichen Weise wie es auch bei Wechselstrom-Lichtbogen der Fall ist, geschmolzen. Ein Schmelzen des Metallreservoirs hat keine abträglichen Folgen, da die Berührung trotzdem über die Zwischenfläche zwischen festem Material' und flüssigem Material aufrechterhalten wird. In der Praxis kann bei Vorhandensein eines Schmelzbades die Temperatur am entfernten Ende der Elektrode 15 nur in der Größenordnung von 200 bis 300⁰C liegen, so daß die SammelSchienenverbindungen durch diese Berührung nicht beeinträchtigt werden, und aus dem gleichen Grunde keine Beimengungen zurückgeführt werden, die die Schmelze verunreinigen.

Aus den Figuren 3 und 4 ist ersichtlich, daß zwei verschiedene Betriebsmoden unter verschiedenen Schaltbedingungen bestehen. In Figur J5 ist der Ofen 1 im Grundriß ersichtlich, wobei die sechs Elektroden 15 radial nach dem Mittelpunkt vorstehen. Die Schaltvorrichtung 10 weist drei Schalter 18 auf, die miteinander über eine leitfähige Verbindung 19 gekuppelt sind, und außerdem sind drei einzeln betätigbare Schalter 20 vorgesehen.

In der dargestellten Stellung sind die Schalter der Schaltvorrichtung 10 unterbrochen und die Verbindung 19 verbindet die

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Kathoden der Gleichrichtergruppen 6, 7 und 8 miteinander. Die Einzelsehalter 20 sind ebenfalls abgeschaltet.

Nun soll eine Situation betrachtet werden, bei der einer der Schalter 20 geschlossen ist, wie dies strichpunktiert in Figur 3 dargestellt ist. Der Strom fließt nun nur über eine der Gefäßelektroden und dann über die Schmelze und den Lichtbogen über jede der herabhängenden Elektroden 2, 3* 4 ab. Unter diesen Bedingungen sind die Leistungsverteilungskeulen um die herabhängenden Elektroden herum so gerichtet, wie dies durch die strichlierten Flächen 2^f, 3¹, 4¹ in Figur 3 angedeutet ist. Die Lichtbogen werden in dieser Richtung, d.h. von der wirksamen Gefäßelektrode infolge des Zusammenwirkens der Magnetfelder angetrieben, die den Lichtbogen und dieser letzteren Elektrode zugeordnet sind. Natürlich kann diese Keulenkonfiguration gedreht werden, indem ein anderer der Schalter 20 geschlossen wird, oder indem zwei dieser Schalter zusammengeschlossen werden, und in diesem Falle werden die Keulen nach jener Wand des Ofens hin orientiert, die zwischen zwei der herabhängenden Elektroden liegt.» Diese Richtungscharakteristik, die durch die Lichtbogen erzeugt wird, ist äußerst nützlich für ein lokales Abschmelzen mit hoher Intensität in bestimmten Abschnitten des Gefäßes.

Wenn die miteinander verbundenen Schalter 18 geschlossen werden, statt der Einzelschalter 20, dann werden drei symmetrisch angeordnete Elektroden 15 wirksam. In diesem Falle wird die Keulengestalt der Leistungsverteilung eine ähnliche Form aufweisen und nach innen gerichtet sein,weil alle drei Lichtbogen in der aus Figur 4 ersichtlichen Weise nach innen geblasen werden, d.h. weg von der feuerfesten Auskleidung der Ofenwände, wodurch eine Verminderung der Heißpunkterosion auftritt, die von der Strahlung bzw. Konvektion herrührt, die von Flammenangriffen und/oder Schlackenangriffen herrühren.

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Diese gemeinsame "Einblas"-Gestalt ist äußerst nützlich bei kontinuierlicher Beschickung, wenn kornförmiges Eisen enthaltendes Material in das Gefäß in die Mitte der drei Elektroden eingefüllt wird, d.h. direkt in jene Räume, wo die Flammen am heißesten sind.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einer speziellen Ausführungsform beschrieben, es ist jedoch klar, daß zahlreiche Abwandlungen und Änderungen getroffen werden können, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. So könnten beispielsweise die Gefäßelektroden und die Schaltverbindungen so angeordnet werden, daß ein Durchrühren der Schmelze erfolgt, so daß chemische Reaktionen besser eintreten können und eine noch gleichmäßigere Temperaturverteilung erreicht wird. Wenn die Lichtbögen hoher Intensität vorzugsweise wie aus Fig. 3 ersichtlich gerichtet sind, dann bietet sich eine solche Anordnung an, in Verbindung mit einem Ofen, der einen langgestreckten Herd besitzt, statt einen Herd kreisrunder Gestalt.

Es könnten auch drei Elektroden anstelle von sechs Elektroden vorgesehen werden, und in diesem Fall könnten sie auf die drei herabhängenden Elektroden ausgerichtet sein.

Auch die elektrische Schaltung könnte abgewandelt werden. Zum Beispiel könnte die Stern-Dreiecksschaltung am Eingang auch durch eine andere Schaltung ersetzt werden, da Transformatoren für Lichtbogen in verschiedenen Schaltungen zur Verfügung stehen. Es könnte auch eine im Stern geschaltete Sekundärwicklung benutzt werden, und in diesem Falle wurden die Gleichspannungen und die Gleichströme den gleichen Wert haben, wie bei einem Wechselstromofen. Stattdessen könnte eine im Dreieck gestaltete Primärwicklung benutzt werden, da dies einen Lastausgleich gewährleistet, wenn nur eine oder zwei herabhängende Elektroden Strom aufnehmen, weil der eine oder andere Lichtbogen ausge-

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blasen ist, oder andere Fehlfunktionen auftraten.

Es ist jedoch klar, daß die üblichen Reiheninduktivitäten auf der Primärseite und/oder der Sekundärseite des Transformators vorhanden sein müssen, um die Lichtbogenströme zu begrenzen und außerdem sollte eine Glättungsschaltung an den Gleichrichterausgängen vorgesehen werden.

Patentansprüche :

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. J Gleichstrom-Lichtbogenofen der an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und eine Mehrzahl erster Elektroden der einen Polarität besitzt, die in ein Metallfrischgefäß über einer Charge des Herdes einstehen,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl zweiter Elektroden entgegengesetzter Polarität vorgesehen ist, die je von einem örtlichen Reservoir (16) des Metalls im Herd an einer Stelle gebildet werden, die vom Mittelpunkt versetzt ist, wobei diese Elektroden einen leitfähigen, mit feuerfestem Material umschlossenen Stab (15) des Metalls aufweisen, die an eine Schaltvorrichtung (10) angeschlossen sind, und selektiv in den Gleichstromkreis eingeschaltet und mit einer oder mehreren zweiten Elektroden verbindbar sind.

2. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Elektroden als Kathoden gegenüber einem negativen Pol der Gleichspannungsquelle geschaltet sind, und daß die zweiten Elektroden an den positiven Pol der Gleichspannungsquelle angeschaltet sind.

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3. Lichtbogenofen nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden symmetrisch auf getrennten Kreispfaden angeordnet sind, die konzentrisch zu den Gefäßwänden verlaufen.

4. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3>

dadurch gekennzeichnet, daß jedes Reservoir von einer Ausbuchtung des Metalls gebildet wird, die mit dem Stab in Verbindung steht, und unter einer Vertiefung des Herdes verläuft, über die das Reservoir mit dem Herd in Verbindung steht, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß im Betrieb das Reservoir niemals vollständig evakuiert ist, wenn das Gefäß zum Ausgießen gekippt wird.

5. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen radial verkaufend in einer Ebene senkrecht zur Vertikalachse des Gefäßes angeordnet sind.

6. Lichtbogenofen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der zweiten Elektroden gleich ist oder ein Vielfaches der Zahl der ersten Elektroden beträgt.

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7. Lichtbogenofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede erste Elektrode auf eine zweite Elektrode ausgerichtet liegt.

8. Lichtbogenofen nach Anspruch 7* dadurch gekennzeich net, daß drei erste Elektroden und sechs zweite Elektroden vorgesehen sind, und daß die Schaltvorrichtung eine miteinander gekuppelte Gruppe von Schaltern besitzt, um die drei zweiten Elektroden, die auf die ersten Elektroden ausgerichtet sind, in den Gleichstromkreis zu schalten, und daß die drei weiteren Elektroden individuell über Schalter einschaltbar sind, um selektiv die drei dazwischen liegenden zweiten Elektroden in den Gleichstromkreis legen zu können.

9« Lichtbogenofen nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein vielphasiger Gleichrichter für jede Elektrode.vorgesehen ist.

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