DE4035233C2 - Gleichstrom-Lichtbogenofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstromlichtbogenofen, wie er beispielsweise in der DE 32 05 270 A1 beschrieben ist. Bei diesem bekannten Gleichstromlichtbogenofen sollen zur Stabilisierung des Lichtbogens die Zuleitungen aufgeteilt und auf eine bestimmte, vorgeschriebene Weise zum Lichtbogenofen geführt werden. Hierdurch soll ein vertikales Brennen des Lichtbogens erreicht werden. Es sind mehrere Leiter vorgesehen, nämlich ein Minus-Leiter und ein Plus-Leiter, der aus mindestens zwei Teilen besteht, und ein Strom lieferndes Aggregat versorgt die Plus- und Minus-Leitungen. Bei diesem Stand der Technik wird daher zur Lichtbogenstabilisierung eine mechanisch/geometrische Lösung vorgeschlagen.

Aus der EP 0 225 200 A1 ist eine Vorrichtung zur Gleichstrom- Stromversorgung beispielsweise für einen Lichtbogenofen mit mehreren Elektroden bekannt. Diese Druckschrift befaßt sich im wesentlichen mit der Ausbildung der Gleichrichterschaltung, wobei Gleichrichter in GRAETZ- Brückenschaltung angeordnet sind, mit unterschiedlich ausgebildeten Halbbrücken. Es können drei Bodenelektroden, die wie eine einzige Bodenelektrode wirken, für die Stromversorgung des Lichtbogenofens vorgesehen sein.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend deren technischer Hintergrund erläutert.

Früher wurden für elektrische Öfen, in denen das Schmelzen und Feinern von Metallen durchgeführt wurde, hauptsächlich Wechselstrom-Lichtbogenöfen verwendet.

Neuerdings geht 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 erfolgt 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; ein Versorgungssystem mit mehreren Leitern, 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 mit Gleichströmen.

Die horizontalen Richtungen der Leiter können in bezug auf den Mittelpunkt des Bodens des Gleichstromlichtbogenofens symmetrisch sein.

Einrichtungen zum Steuern der mehreren Gleichströme werden hinzugefügt.

Die Anzahl der mehreren Leiter kann zwei oder vier betragen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schaltplan einer Ausführungsform des Versorgungssystems eines erfindungsgemäßen Gleichstromlichtbogenofens,

Fig. 2 ist eine geschnittene Seitenansicht des Versorgungssystems des Gleichstromlichtbogenofens;

Fig. 3A, 3B, 3G und 3D sind schematische Illustrationen der horizontalen Anordnung der zuführenden Leiter einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 4 ist ein Schaltplan des Versorgungssystemstromkreises 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 des Lichtbogen­ ofens 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 Versorgungssystems 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 betragen. 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.

Beispiel

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 Leiter 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 der Versorgungssystemschaltung 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 eine Stromstelleinrichtung des Anodenversorgungsschaltkreises; das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Stromdetektor, 17 einen Verstärker, 18 ein Proportionalstromglied, 21 einen Spannungsdetektor, 22 einen Spannungsverstärker und 23 eine Steuerung der Elektrodenposition.

Das Spannungsstellglied 20 sendet das Signal eines 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. Das Ausgangssignal 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 wird 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 dem voreingestellten Wert das Steuersignal und leitet den zusammengesetzten Wert über die Phasensteuerung 19 jeweils an den zugehörigen 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 erklärt. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, erzeugt der zuführende Leiter ein Magnetfeld B, das den Strom I des Bogens zwischen der beweglichen 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, 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 (7) erzeugt;
• - eine Bodenelektrode (9), die im Mittelpunkt des Bodens des Gleichstromlichtbogenofens angeordnet ist;
• - ein Versorgungssystem mit mehreren Leitern (8), die mit der Bodenelektrode (9) derart verbunden sind, daß die Ablenkung des Bogens, die durch ein außerhalb des Hauptkörpers (12) 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.

2. Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Richtungen der Leiter (8) in bezug auf den Mittelpunkt des Bodens des Gleichstromlichtbogenofens symmetrisch verlaufen.

3. Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Steuern dieser mehreren Gleichströme hinzugefügt sind.

4. Gleichstromlichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der mehreren Leiter (8) vier betragen kann.

5. Gleichstromlichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der mehreren Leiter (8) zwei betragen kann.