DE4035233A1 - Gleichstrom-lichtbogenofen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Metallurgie und dort
das Gebiet eines Gleichstromlichtbogenofens.
Früher wurden für elektrische Ofen, in denen das Schmelzen
und Feinern von Metallen durchgeführt wurde, hauptsächlich
Wechselstrom-Lichtbogenöfen verwendet.
Neuerdings ging man beim Lichtbogenofen vom Wechselstromtyp
zum Gleichstromtyp über, da die Leistungsfähigkeit der
Halbleiter für die Stromversorgung gesteigert wurde und die
Kosten gesenkt wurden. Der Gleichstromlichtbogenofen
besitzt gegenüber dem Wechselstromlichtbogenofen einen
besseren Wirkungsgrad der Stromversorgung, einen geringeren
Elektrodenverbrauch des Ofens sowie einen geringeren
Stromverbrauch.
Das Versorgungssystem des Gleichstromlichtbogenofens ist in
bezug auf die Stromversorgung der Transformatoren das
gleiche wie das des Wechselstromlichtbogenofens. Die
Spannung wird durch die Transformatoren herabgesetzt und
der Wechselstrom wird durch einen Gleichrichter, wie zum
Beispiel einen Thyristor, in Gleichstrom gleichgerichtet.
Im Gleichrichtersystem des Thyristors sind am
Gleichstromstromkreis Gleichstromdrosseln angebracht, um
den plötzlichen Anstieg des elektrischen Stromes zu
vermeiden, wenn das System kurzgeschlossen wird. Dieses
Gleichstromsystem setzt sich aus einem anodenseitigen
Leiter zusammen, der zu einer Bodenelektrode des Ofens
führt und einem kathodenseitigen Leiter, der zu einer
beweglichen Kohlenelektrode des Ofens führt.
Der Gleichrichterschaltkreis richtet den Wechselstrom
gleich durch Teilen des Stromes durch zwei oder durch vier,
was einen Zwölf- bzw. Vierundzwanzig-Phasenstrom bildet, um
höherharmonische Störungen zu vermeiden. Die
gleichgerichteten Ströme werden mit den Leitern parallel
verbunden.
Bei den Wechselstromlichtbogenöfen werden drei Elektroden
verwendet, wobei den Elektroden dreiphasiger Wechselstrom
zugeführt wird.
Bei dem Gleichstromlichtbogenofen kann eine einzelne
bewegliche Elektrode verwendet werden, soweit sich der
Strom in einem Bereich befindet, der für die bewegliche
Elektrode erlaubt ist. Deshalb ist die Einrichtung um die
bewegliche Elektrode herum einfach, jedoch wird eine
Bodenelektrode benötigt. Beim Gleichstromlichtbogenofen
wird ein gleichmäßiges Schmelzen durch Plazieren einer
Elektrode im Mittelpunkt des Ofens erzielt, was den
Stromverbrauch und den Verbrauch der feuerfesten
Materialien verringert.
Fig. 6 ist eine erläuternde Ansicht eines
Versorgungssystemes eines herkömmlichen
Gleichstromlichtbogenofens. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird die
elektrische Energie, die von einer Hauptversorgung zur
Verfügung gestellt wird, dem Transformator 3 über den
Trennschalter 1 und den Stromkreisunterbrecher 2 zugeführt.
Dies ist der Fall, in dem vierundzwanzig-phasiger
Wechselstrom durch Verwendung von vier Transformatoren 3
gleichgerichtet wird, welche die Spannung herabsetzen. Die
sekundärseitigen Anschlüsse des Transformators 3 sind mit
den Eingangsanschlüssen des phasenwählbaren Thyristors,
oder des Thyristors 4 verbunden. Die Anschlüsse auf der
negativen Seite des Thyristors 4 sind mit der beweglichen
Elektrode 7 über den zuführenden Leiter 6 verbunden und die
Anschlüsse auf der positiven Seite sind mit der
Bodenelektrode 9 über die Gleichstromdrossel 5 und den
zuführenden Leiter 8 verbunden. Der Haltearm 10 hält die
bewegliche Elektrode 7 und bewegt diese auf und nieder. Der
Hauptkörper 12 enthält das Stahlbad 11.
Bei diesen herkömmlichen Gleichstromlichtbogenöfen sollten
für den Fall, daß die Leistungsfähigkeit des Ofens
verbessert ist, die zuführenden Leiter 6 und 8 an der
Stelle angeordnet werden, an der die Installationskosten
dieser Leiter geringer sind, oder an der Stelle, an der der
Leiter 8 nicht die Kühleinrichtungen stört, die in der Nähe
der Bodenelektrode 9 angeordnet sind.
Bei dieser Anordnung interferieren das magnetische Feld,
das durch den elektrischen Strom entsteht, der in den
Leitern 6 und 8 fließt und das magnetische Feld, das durch
den Bogen unter der beweglichen Elektrode 7 verursacht
wird, miteinander, was eine Ablenkung des Bogens bewirkt.
In diesem Fall ist die Ablenkung in Richtung der
Zuführeinrichtungen.
Demzufolge ist die Reaktion in dem Ofen auf der abgelenkten
Seite beschleunigt und auf der gegenüberliegenden Seite
verzögert. Somit kann keine gleichmäßige Reaktion erzielt
werden. Der Abstand der Ablenkung unterhalb des Bogens ist
proportional zur Stärke des Bogenstroms. Wenn der
Bogenstrom größer als 40 kA ist, so ist der Abstand der
Ablenkung signifikant. Es ist außerordentlich schwierig,
die Bodenelektrode 9 und die zuführenden Leiter 6 und 8 in
bezug auf die horizontale und die vertikale Lage
symmetrisch anzuordnen. Deshalb ist aufgrund der
Bogenablenkung ein gleichförmiges Schmelzen nicht möglich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Gleichstromlichtbogenofen zu schaffen, bei dem der Bogen im
Mittelpunkt des Ofens stabilisiert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Gleichstromlichtbogenofen
gelöst, umfassend: einen Hauptkörper, der Rohmaterial
enthält; eine bewegliche Elektrode, die im Mittelpunkt
eines Deckels des Gleichstromlichtbogenofens angebracht ist
und einen Bogen unter der beweglichen Elektrode erzeugt;
eine Bodenelektrode, die im Mittelpunkt des Bodens des
Gleichstromlichtbogenofens angeordnet ist; mehrere Leiter,
die mit der Bodenelektrode derart verbunden sind, daß die
Ablenkung des Bogens, die durch ein außerhalb des
Hauptkörpers erzeugtes Magnetfeld verursacht ist, durch ein
zweites Magnetfeld aufgehoben wird, das durch die mehreren
Leiter erzeugt wird, wenn diesen elektrische Ströme
zugeführt werden; und eine Einrichtung zum Speisen der
mehreren Leiter (8) mit Gleichströmen.
Die horizontalen Richtungen der Leiter können in bezug auf
den Boden des Gleichstromlichtbogenofens symmetrisch sein.
Einrichtungen zum Steuern der mehreren Gleichströme können
hinzugefügt werden.
Die Anzahl der mehreren Leiter kann zwei oder vier sein.
Fig. 1 ist ein Schaltplan einer Ausführungsform des
Versorgungssystems eines erfindungsgemäßen
Gleichstromlichtbogenofens,
Fig. 2 ist eine geschnittene Seitenansicht des
Versorgungssystems der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3A, 3B, 3C und 3D sind schematische Illustrationen
der horizontalen Anordnung der zuführenden Leiter
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 4 ist ein Schaltplan des Versorgungsstromkreises
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Wirkung
der Leiter auf die Ablenkung des Bogens
beschreibt; und
Fig. 6 ist eine erläuternde Ansicht eines
Versorgungssystems eines herkömmlichen
Gleichstromlichtbogenofens.
Das Vorgehen beim Herstellen von Stahl in elektrischen
Lichtbögenöfen ist in zwei Schritte unterteilt; der Schritt
des Schmelzens, in dem das Rohmaterial wie z. B. Schrott,
geschmolzen wird, und der Schritt des Feinerns, bei dem der
Stahl gefeinert wird. Allgemein gesagt, wird das
Rohmaterial beim Schmelzschritt durch einen Betrieb mit
einem langen Bogen zum Schmelzen beschleunigt, wobei die
Wärmestrahlung des Bogens ausgenutzt wird. Wenn bei diesem
Verfahrensschritt der Bogen von dem Mittelpunkt des Ofens
abgelenkt wird, wird das Schmelzen auf der abgelenkten
Seite des Ofens beschleunigt, was ein ungleichmäßiges
Schmelzen oder Schaden an dem feuerfesten Material
verursacht.
Um die Ablenkung des Bogens zu umgehen, sieht die
vorliegende Erfindung mehrere zuführende Leiter vor, die in
der Nähe der Bodenelektrode angeordnet sind, deren
Richtungen in bezug auf den Mittelpunkt des Ofens
symmetrisch oder beliebig verlaufen können.
Die Ströme, die in den zuführenden Leitern fließen, sind
durch proportionale Stromsetzglieder vorbestimmt, um die
Ablenkung des Bogens zu umgehen, die durch die Ausführung
des Versorungssystems des Ofens verursacht ist.
Dadurch, daß diesen Leitern Ströme zugeführt werden, kann
das somit erzeugte Magnetfeld das Magnetfeld aufheben, das
außerhalb des Ofens entsteht.
Einrichtungen zum Steuern dieser mehreren Gleichströme
können hinzugefügt werden.
Die Anzahl der mehreren Leiter kann zwei oder vier sein.
Wenn die Anzahl der Leiter eine ungerade Zahl ist, bestehen
technische Schwierigkeiten, die Stromversorgung
anzuschließen. Wenn die Anzahl größer als vier ist, sind
die Installationskosten zu groß, um die Investition zu
rechtfertigen.
Fig. 1 zeigt einen Schaltplan einer Ausführungsform eines
Versorgungssystems eines erfindungsgemäßen
Gleichstromlichtbogenofens. In Fig. 1 bezeichnen die
Bezugszeichen 1 bis 12 die gleichen oder entsprechende
Elemente wie in Fig. 6.
Wie in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3A bis 3D gezeigt ist, ist
der zuführende Leiter 8 aufgeteilt in 8a, 8b, 8c und 8d.
Die Leiter 8a und 8b sind über den Grundbau 14 zur
Bodenelektrode 9 geführt und die Leiter 8c und 8d sind
direkt zur Bodenelektrode 9 geführt. Die Richtungen der
vier Leiter in der Bodenelektrode können in bezug auf den
Mittelpunkt des Ofens symmetrisch oder beliebig sein. Im
Falle einer Verbindung der Leiter, wie sie in den Fig. 3A
und 3B gezeigt ist, sind die zuführenden Leiter 8A bis 8D
mit den Anschlüssen 8E der Bodenelektrode verbunden, ohne
daß die Teile der zuführenden Leiter unter der
Bodenelektrode in paralleler oder sich kreuzender Anordnung
angeordnet sind. Im Falle einer Verbindung der Leiter, wie
sie in den Fig. 3C und 3D gezeigt ist, sind die zuführenden
Leiter 8a bis 8d mit den Anschlüssen 8e der Bodenelektrode
verbunden, wobei die Teile der zuführenden Leiter unter der
Bodenelektrode in paralleler oder sich kreuzender Anordnung
angeordnet sind.
Im Falle der Verbindung der Leiter, wie sie in den Fig. 3A
und 3B gezeigt ist, gibt es keine magnetische Interferenz
zwischen den Teilen der Leiter 8a bis 8d unter der
Bodenelektrode. Im Falle einer Verbindung der Leiter, wie
sie in den Fig. 3C und 3D gezeigt ist, gibt es magnetische
Interferenz zwischen den Teilen der Leiter 8a bis 8d unter
der Bodenelektrode. Deshalb wird im Falle einer Verbindung
der Leiter, wie sie in den Fig. 3C und 3D gezeigt ist, das
magnetische Feld unter der Bodenelektrode durch diese
Leiter aufgehoben und die Intensität des magnetischen
Feldes der Leiter kann durch Verändern der Anschlüsse der
Leiter an die Anschlüsse der Bodenelektrode verändert
werden.
Fig. 4 ist ein Schaltplan des Versorgungsschaltkreises
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. In Fig. 4
bezeichnen die Bezugszeichen 4, 5, 8, 9 und 11 die gleichen
oder entsprechende Elemente wie in Fig. 1. Das
Bezugszeichen 15 bezeichnet die Stromstelleinrichtung des
Anodenversorgungsschaltkreises; das Bezugszeichen 16
bezeichnet den Stromdetektor, 17 den Verstärker, 18 das
Proportionalstromglied, 19 die Phasensteuerung, 20 das
Spannungsstellglied, 21 den Spannungsdetektor, 22 den
Spannungsverstärker und 23 die Steuerung der
Elektrodenposition.
Das Spannungsstellglied 20 sendet das Signal des
vorgewählten Spannungswertes, der zur Positionssteuerung
der beweglichen Elektrode 7 benötigt wird, zu einem
Komparator, in dem der vorgewählte Wert mit dem Ist-Wert
verglichen wird, der durch den Spannungsdetektor 22
gemessen wird und die Differenz zwischen dem vorgewählten
Wert und dem Ist-Wert wird dem Verstärker 22 zugeführt. Der
Ausgang des Verstärkers wird der
Elektrodenpositionssteuerung 23 zugeführt, welche die
Position der beweglichen Elektrode 7 steuert.
Der Bogen unter der beweglichen Elektrode 7 ist ein
elektromagnetisches Fluid und wird durch das magnetische
Feld abgelenkt, das durch die zuführenden Leiter erzeugt
wird. Die Ablenkung des Bogens in einem
Gleichstromlichtbogenofen ist stark durch das magnetische
Feld beeinflußt, das durch den Leiter 8 erzeugt wird, der
in der Nähe der Bodenelektrode 9 angeordnet ist, da sich
der Leiter in der Nähe des Bogens befindet.
In einem Gleichstromlichtbogenofen, wie er in den Fig. 1
bis 4 gezeigt ist, werden die Werte der Speiseströme, die
in Anschlüssen 8e der Bodenelektrode zugeführt werden,
welche Anschlüsse in bezug auf den Mittelpunkt der
Bodenelektrode symmetrisch angeordnet sind, durch
Einstellen der Proportionalstromstellglieder konstant
eingestellt, durch welche die Speiseströme auf die
voreingestellten Werte geregelt werden. Das Differenzsignal
zwischen dem voreingestellten Wert und dem Ist-Wert des
Stromes wird durch die Stromstelleinrichtung 15 und den
Stromdetektor 16 gemessen und über den Verstärker 17 zu dem
Proportionalstellglied 18 als Steuersignal geführt.
Das Proportionalstromstellglied 18 überlagert über den
voreingestellten Wert das Steuersignal und leitet den
zusammengesetzten Wert über die Phasensteuerung 19 an den
Thyristor 4 weiter. Die Thyristoren 4 leiten die
Gleichströme an die Speiseanschlüsse 8E über die
Gleichstromdrosseln 5a bis 5d und die zuführenden Leiter 8a
bis 8d weiter.
Fig. 5 ist eine Ansicht, die die Wirkung der Leiter auf die
Ablenkung des Bogens erklärend beschreibt. Wie in Fig. 5
gezeigt ist, erzeugt der zuführende Leiter ein Magnetfeld
B, das den Strom I des Bogens zwischen der bewegenden
Elektrode 7 und dem Stahlbad 11 beeinflußt, und das eine
Kraft F auf den Bogen ausübt und diesen aus seiner Position
ablenkt. In diesem Fall ist die Richtung der Ablenkung die
gleiche wie die des Stromes.
Gemäß dem anhand von Fig. 5 erklärten Prinzip wird ein
gleichmäßiges Schmelzen des Stahlbades 11 durchgeführt,
wenn die Ströme in den zuführenden Leitern 8a bis 8d so
gesteuert werden, so daß sie die Ablenkung des Bogens
verhindern.
Claims (5)
1. Gleichstromlichtbogenofen, umfassend:
- - einen Hauptkörper (12), der Rohmaterial (11) enthält;
- - eine bewegliche Elektrode (7), die im Mittelpunkt eines Deckels des Gleichstromlichtbogenofens angebracht ist und einen Bogen unter der beweglichen Elektrode erzeugt;
- - eine Bodenelektrode (9), die im Mittelpunkt des Bodens des Gleichstromlichtbogenofens angeordnet ist;
- - mehrere Leiter (8), die mit der Bodenelektrode (9) derart verbunden sind, daß die Ablenkung des Bogens, die durch ein außerhalb des Hauptkörpers erzeugtes Magnetfeld verursacht ist, durch ein zweites Magnetfeld aufgehoben wird, das durch die mehreren Leiter erzeugt wird, wenn diesem elektrische Ströme zugeführt werden; und
- - eine Einrichtung zum Speisen der mehreren Leiter (8) mit Gleichströmen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die horizontalen Richtungen der Leiter in bezug
auf den Mittelpunkt des Bodens des
Gleichstromlichtbogenofens symmetrisch verlaufen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß diese ferner eine Einrichtung zum Steuern der
mehreren Gleichströme enthält.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anzahl der mehreren Leiter (8)
vier beträgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anzahl der mehreren Leiter (8)
zwei beträgt.
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