DE1025541B

DE1025541B - Agitation winding

Info

Publication number: DE1025541B
Application number: DEA20877A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ludwig Dreyfus
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1953-08-11
Filing date: 1954-08-02
Publication date: 1958-03-06
Also published as: US2759035A; FR1106428A; USRE24462E; GB721124A; CA571943A; BE531074A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine induktive^ Rühreinrichtung 'für Schmelzöfen, die einen grob lamelHerten Eisenkern und eine mit symmetrischem Zweiphasenstrom gespeiste Rührwicklung aufweist. Derartige Rühreinrichtungen werden für Schmelzöfen, insbesondere für Lichtbogenöfen zum Umwälzen der Schmelze verwendet. Zur Speisung derartiger Rühi wicklungen werden üblicherweise Wechselströme sehr niedriger Frequenz oder Gleichströme bzw. langsam geschaltete Gleichstromimpulse verwendet.The invention relates to an inductive stirring device 'for melting furnaces that have a coarse lamelHerten Has iron core and a stirrer winding fed with symmetrical two-phase current. Such stirring devices are used for melting furnaces, especially for electric arc furnaces for circulating the melt. To feed such Rühi windings, alternating currents of very low frequency or direct currents are usually used or slowly switched direct current pulses are used.

Bei Speisung der bekannten stationären Rührwicklungen mit symmetrischem Zweiphasenstrom ändert sich die Phasenlage der Wechselströme von einer Stromzone zur folgenden um annähernd 90°. Bei fünf Stromzonen 1 bis 5 mit n_v n₂, n₃, % und n₅ Leitern ist die Phasenlage der beiden äußersten Zonen 1 und 5 dieselbe. Da die Wicklung außerdem symmetrisch zur Mitte mit der Leiterzahl RührwicklungWhen the known stationary stirring windings are fed with symmetrical two-phase current, the phase position of the alternating currents changes from one current zone to the next by approximately 90 °. With five current zones 1 to 5 with n _v n ₂ , n ₃ , % and n ₅ conductors, the phase position of the two outermost zones 1 and 5 is the same. Since the winding is also symmetrical to the center with the number of conductors stirring winding

— -y- = n_s und n₂ - -y- = n _s and n ₂

verlegt ist, wird erreicht, daßis relocated, it is achieved that

die beiden Phasen mit den Zonen 1, 3, 5 bzw. 2, 4 sich gegenseitig nicht induzieren. Diese bekannten Rührwicklungen werden als gewöhnliche Spulenwicklungen ausgeführt, d. h. wie die Ständerwicklungen von Mehrphasen-Synchrongeneratoren oder Asynchronmotoren. Die Wicklung ist also in einem grob lamelHerten, genuteten Eisenkern eingebettet und darin befestigt, wobei die Leiter in den Nuten liegen und die langen doppelt gekrümmten Spulenköpfe mittels kräftiger Schraubenverbindungen abgestützt sind.the two phases with zones 1, 3, 5 and 2, 4 do not induce one another. These well-known stirring windings are designed as ordinary coil windings, i.e. H. like the stator windings of multiphase synchronous generators or asynchronous motors. The winding is therefore in a coarse lamellar, grooved Iron core embedded and fixed in it, the conductors being in the grooves and the long ones being doubled curved coil heads are supported by means of strong screw connections.

Die beschriebenen Rührwicklungen haben die Nachteile, daß ihre Herstellung teurer ist, daß eine große Anzahl von Ersatzteilen auf Lager gehalten werden muß, da die Wicklungsspulen ungleiche Abmessungen haben, und daß die Wicklung ziemlich viel Platz beansprucht.The agitator windings described have the disadvantages that they are more expensive to manufacture and that a large number of spare parts must be kept in stock, since the winding coils have different dimensions, and that the winding takes up a lot of space.

Die Erfindung bezweckt die Ausbildung einer Rühreinrichtung, deren Rührwicklung ebenfalls mit symmetrischem Zweiphasenstrom gespeist wird, die aber die Nachteile der beschriebenen Rühreinrichtung nicht aufweist. Die Rühreinrichtung nach der Erfindung ist so ausgebildet, daß die einzelnen Spulen der Rührwicklung zylinderförmig hintereinander auf den im wesentlichen stabförmigen Eisenkern aufgeschoben und als in wechselnder Phasenfolge angeordnete Spulensätze in Reihe geschaltet sind und der Eisenkern eine solche Lage zum Ofenboden hat, daß die Wicklungsachsen der Spulen sich dem Umriß des Ofenbodens im wesentlichen anpassen. Die Spulen sind also zu je einem Spulensatz für eine Phase des Zweiphasenstromes zusammengeschaltet. Es werden vorzugsweise acht einzelne Spulen verwendet, die zu vier Gruppen zusammengeschaltet sind. Je zwei Spulengruppen bilden einen Spulensatz. Die Spulen einer Spulengruppe des einen Spulensatzes liegen an den Enden des Eisenkernes. Die Spulengruppen haben bei symmetrischer Anordnung gleiche Windungszahlen, doch kann Anmelder:The aim of the invention is to form a stirring device, the stirring winding of which is also symmetrical Two-phase current is fed, but does not have the disadvantages of the stirring device described. The stirring device according to the invention is designed so that the individual coils of the stirring winding Cylindrical one behind the other pushed onto the essentially rod-shaped iron core and as alternating Phase sequence arranged coil sets are connected in series and the iron core such a position for Furnace bottom has that the winding axes of the coils adapt to the contour of the furnace bottom substantially. The coils are therefore each connected to a coil set for one phase of the two-phase current. It will preferably eight individual coils are used, which are interconnected to form four groups. Two coil groups each form a coil set. The coils of a coil group of the one coil set are at the ends of the iron core. The coil groups have the same number of turns in a symmetrical arrangement, but can Applicant:

Allmänna Svenska Elektriska
Aktiebolaget, Västeräs (Schweden)Allmänna Svenska Elektriska
Aktiebolaget, Västeräs (Sweden)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Missling, Patentanwalt,
Gießen, Bismarckstr. 43Representative: Dipl.-Ing. H. Missling, patent attorney,
Giessen, Bismarckstrasse. 43

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 11. August 1953Claimed priority:
Great Britain 11 August 1953

Dr.-Ing. Ludwig Dreyfus, Västeräs (Schweden),
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Ludwig Dreyfus, Västeräs (Sweden),
has been named as the inventor

die Windungszahl der in der Mitte liegenden Spulengruppe des einen Spulensatzes eine etwas kleinere oder größere Windungszahl aufweisen.the number of turns of the coil group in the middle of the one coil set is slightly smaller or larger Have number of turns.

Die wesentlichen Vorteile der Rühreinrichtung nach der Erfindung sind einmal die Einfachheit des Eisenkernes, der nicht genutet zu werden braucht, die Möglichkeit, einfache, zylinderartige Spulen verwenden zu können, die leicht herstellbar sind und in einfacher Weise auf dem Eisenkern befestigt und isoliert werden können, und schließlich der Vorteil, daß alle Spulen mit gleichen Abmessungen und gleicher Windungszahl ausgeführt werden können und so der Aufwand für die Lagerhaltung gering wird. Diese Vorteile wiegen den Nachteil auf, daß bei einer Rühreinrichtung nach der Erfindung nur ein Teil des magnetischen Flusses ausgenutzt wird. Diesem Nachteil kann im übrigen durch Anbringung von Teilen aus Metall geringen ohmschen Widerstandes, z. B. in Form von Abschirmblechen, begegnet werden.The main advantages of the stirring device according to the invention are the simplicity of the iron core, which does not need to be grooved, the possibility of using simple, cylinder-like coils can that are easy to manufacture and can be attached and isolated in a simple manner on the iron core, and finally the advantage that all coils have the same dimensions and the same number of turns can be and so the effort for storage is low. These advantages outweigh the disadvantage that in a stirring device according to the invention only part of the magnetic flux is used. This one Disadvantage can incidentally by attaching parts made of metal low ohmic resistance, z. Am Form of shielding plates.

Es sind weiter mit Gleichstrom betriebene Rühreinrichtungen bekannt, die aus einem Magnetgestell mit einer größeren Anzahl von Magnetpolen bestehen. Jeder Pol besitzt eine zylinderartige Wicklung, die für alle Pole gleich ist. Derartige Rühreinrichtungen haben aber den Nachteil, daß sie mit Gleichstrom betrieben werden müssen, also z. B. einen rotierenden Umschalter mit Bürsten, der dem Verschleiß unterliegt, oder Gleichrichter erfordern. Ferner benötigen derartige Rührwicklungen einen komplizierten Eisenkern, der nicht mit dem einfachen, stabförmigen Eisenkern der Rühreinrichtung nach der Erfindung vergleichbar ist.There are also stirring devices operated with direct current known, which consist of a magnetic frame with consist of a larger number of magnetic poles. Each pole has a cylinder-like winding that is common to all poles is equal to. Such stirring devices have the disadvantage that they are operated with direct current have to, so z. B. a rotating switch with brushes, which is subject to wear, or rectifier require. Furthermore, such stirring windings require a complicated iron core that does not come with the simple, rod-shaped iron core of the stirring device according to the invention is comparable.

Es ist weiter bekannt, bei Hochfrequenzöfen die zylinderförmige, den Tiegel umgebende Hochfrequenz-It is also known that, in high-frequency furnaces, the cylindrical high-frequency furnace surrounding the crucible

709 9C8/362709 9C8 / 362

spule über den Boden des Tiegels hinaus nach unten zu verlängern und hierin einen stabförmigen Eisenkern einzuführen. Man erreicht durch den Kern eine Verstärkung des Hochfrequenzfeldes, das die Erhitzung der Schmelze bewirkt. Es ist auch bekannt, dem stabförmigen Kern von der Mitte des Bodens einen größeren Abstand zu geben als von den Rändern, um die Bewegung des Schmelzbades zu beeinflussen. Bei dieser bekannten Ausführung handelt es sich nicht um eine mit niedrigdas Gehäuse 50, durch das die Wicklung geschützt wird, aus einem Metall von niedrigem ohmschem Widerstand zu fertigen. In diesem Fall werden im Gehäuse Streuströme erzeugt, die den unwirksamen Teil des magnetischen Flusses vermindern mit der Folge, daß die Blindleistung verringert wird. Wenn die Gehäuse in eine Mehrzahl von Platten unterteilt sind, bringt man diese Platten zweckmäßigerweise in leitenden Kontakt miteinander.To extend the coil down beyond the bottom of the crucible and insert a rod-shaped iron core into it. The core increases the high-frequency field that causes the melt to be heated causes. It is also known to keep the rod-shaped core a greater distance from the center of the floor give than from the edges to affect the movement of the weld pool. With this well-known Execution is not one with low the housing 50, through which the winding is protected, made of a metal of low ohmic resistance. In this case, stray currents are generated in the housing generated, which reduce the ineffective part of the magnetic flux with the result that the reactive power is decreased. If the housings are divided into a plurality of plates, it is expedient to bring these plates in conductive contact with each other.

Falls der Ofen einen ebenen Boden hat, kann das JochIf the oven has a level floor, the yoke can

frequentem Zweiphasenstrom betriebene Rührwicklung, io aus zwei geraden Schenkeln bestehen, wie die Schenkel 30 sondern um eine mit Hochfrequenz betriebene Schmelz- in Fig. 1, die in Linie angeordnet miteinander verbunden wicklung; weiter fällt die Achse der zylindrischen Hoch- und in geeigneter Weise verstärkt sind. Die mittlere frequenzwicklung mit der Achse des Tiegels zusammen, Stromzone ist in zwei gleiche Hälften geteilt,
während die Achsen der Spulen der Rührwicklung nach Schließlich kann im Rahmen der Erfindung die Auf-frequentem two-phase current operated stirring winding, io consist of two straight legs, like the legs 30 but around a high-frequency operated melting in Fig. 1, the winding arranged in a line connected to each other; further the axis of the cylindrical falls high and are appropriately reinforced. The middle frequency winding coincides with the axis of the crucible, current zone is divided into two equal halves,
while the axes of the coils of the stirring winding after Finally, within the scope of the invention, the

der Erfindung etwa senkrecht zur Achse des Schmelz- 15 teilung der Rühranordnung der Breite nach in zwei oder tiegels liegen und sich dem Umriß des Tiegelbodens an- mehrere schmalere Rühranordnungen von gleicher Längethe invention approximately perpendicular to the axis of the melt 15 division of the stirrer assembly widthwise into two or crucible and the outline of the crucible bottom to several narrower agitator arrangements of the same length

und gleicher Zonen verteilung vorgenommen werden, wasand equal zones distribution can be made what

passen. Die bekannte Einrichtung gibt also kein Vorbild für die Gestaltung einer mit Zweiphasenwechselstrom niedriger Frequenz gespeisten Rührwicklung nach der Erfindung.fit. The known device is therefore no model for the design of one with two-phase alternating current low frequency powered stirring winding according to the invention.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigtTwo embodiments of the invention are described below with reference to the drawing, in this shows

Fig. 1 eine unter dem Ofenboden angeordnete Rührwicklung, 1 shows a stirring winding arranged under the furnace floor,

Fig. 2 einen Teil der Wicklung nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,FIG. 2 shows a part of the winding according to FIG. 1 on an enlarged scale,

Fig. 3 einen Querschnitt nach Fig. 2 und Fig. 4 eine abgeänderte Wicklung nach der Erfindung.3 shows a cross section according to FIG. 2 and FIG. 4 shows a modified winding according to the invention.

In Fig. 1 bis 3 ist der Ofenboden mit 10 bezeichnet. Die als Ganzes mit 20 bezeichnete Rührwicklung ist eine Zweiphasenwicklung für einen Ofen mit gewölbtem Boden. Das grob lamellierte Eisenjoch besteht aus zwei geraden Schenkeln 30, die miteinander unter einem Winkel von 180° -a verbunden sind, wobei 2cc dem Zentriwinkel des Ofenbodens entspricht. Die Schenkel können, wenn gewünscht, auch gebogen sein. Jeder Schenkel trägt vier gleiche zylinderartige Spulen, die drei Stromzonen 1, 2, 3' bzw. 3", 4, 5 bilden, wobei die Zonen 3' und 3" zusammengehören. Die Symmetriebedingung ist, daß die Windungszahlen der Stromzonen ^₁ = n₅, K₂ = TIi₁ = % sind, doch kann die Gesamtwindungszahl der Mittelzone n_s von dieser Bedingung abweichen. Das Joch wird etwas leichter, wenn n₃ etwas kleiner als % + M₅ ist.The furnace floor is designated by 10 in FIGS. 1 to 3. The stirring winding designated as a whole by 20 is a two-phase winding for a furnace with a curved bottom. The coarsely laminated iron yoke consists of two straight legs 30 which are connected to one another at an angle of 180 ° -a , where 2cc corresponds to the central angle of the furnace bottom. If desired, the legs can also be curved. Each leg carries four identical cylinder-like coils, which form three current zones 1, 2, 3 'or 3 ", 4, 5, with zones 3' and 3" belonging together. The symmetry condition is that the number of turns of the current zones ^ ₁ = n ₅ , K ₂ = TIi ₁ = %, but the total number of turns of the central zone n _s can deviate from this condition. The yoke becomes a little lighter when n _{3 is a} little less than% + M ₅ .

Die Spulen des Ausführungsbeispiels haben alle gleiche Abmessungen, so daß die Lagerhaltung von Reserveteilen vereinfacht ist. Die Spulen sind voneinander durch Zwischenstücke 80 isoliert. Die Rührwicklungen können durch Teile 70 aus feuerfestem Material geschützt sein, das zwischen der Wicklung und dem Ofenboden angebracht ist. Lüftungs- und Kühlkanäle 40 sind zwischen dem Joch 30 und den Spulen 20 vorgesehen. Die Wicklung kann selbstkühlend sein oder ein Wasser- oder Luftkühlsystem haben. In diesem Fall sind Abstandshalter zwischen den Spulen und den Jochen eingesetzt. Das Kühlsystem kann für Umlauf eingerichtet sein.The coils of the embodiment all have the same dimensions, so that the storage of spare parts is simplified. The coils are isolated from one another by spacers 80. The stirring windings can be protected by parts 70 made of refractory material placed between the winding and the furnace floor is. Ventilation and cooling channels 40 are provided between the yoke 30 and the coils 20. The winding can be self-cooling or have a water or air cooling system. In this case there are spacers inserted between the coils and the yokes. The cooling system can be set up for circulation.

Maßnahmen können getroffen werden, um die Blindleistung der Wicklung zu verringern. Im Gegensatz zu Spulen der bekannten Wicklung geht von der Unterseite und den kurzen Seiten der neuen Wicklung ungefähr derselbe Fluß je Zentimeter Leiterlänge aus. Dieser Fluß trägt nicht zu der Bildung von Rührkräften bei, vergrößert aber die Blindleistung auf denselben Betrag die Lagerhaltung von Reserveteilen noch weiter vereinfacht. Diese Konstruktion ermöglicht auch die Verwendung von einem oder mehreren Trägern (vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material), die als Stützteile zum Tragen des Ofenbodens dienen. Diese Ausführung ist in Fig. 4 gezeigt. Die Stützteile sind mit 60 bezeichnet. Die neue Wicklung ist in ihrer Anwendung bei Schmelzöfen beschrieben, es liegt aber natürlich im Rahmen der Erfindung, sie bei Mischern für heiße Metalle zu verwenden.Measures can be taken to reduce the reactive power of the winding. In contrast to Coiling of the known winding goes approximately from the bottom and short sides of the new winding the same flow per centimeter of ladder length. This flow does not contribute to the formation of stirring forces, However, if the reactive power increases to the same amount, the storage of spare parts is simplified even further. This construction also allows the use of one or more supports (preferably made of non-magnetic material), which serve as support parts for carrying the furnace floor. This execution is shown in FIG. The support parts are denoted by 60. The new winding is used in melting furnaces described, but it is of course within the scope of the invention to use them in mixers for hot metals.

Claims

Patent claims:

1. Inductive stirring device for melting furnace with iron core made of coarsely laminated sheet metal and made of individual coils of existing stirring winding fed by symmetrical two-phase current, thereby characterized in that the individual coils of the stirring winding are cylindrical one behind the other on the im essentially rod-shaped iron core pushed on and arranged as an alternating phase sequence Coil sets are connected in series and the iron core has such a position to the furnace floor that the The winding axes of the coils are essentially adapted to the contour of the furnace floor.

2. Device according to claim 1, characterized in that the coils have the same dimensions and have the same number of turns.

3. Device according to claim 1, characterized in that the furnace bottom is not adjacent Sides of the coils or some of them are shielded with parts made of metal of low ohmic resistance are.

4. Device according to claim 1, characterized in that that the individual coils or the coil groups formed by them by annular discs are separated from each other by insulating material.

5. Device according to claim 1, characterized in that the laminated core consists of two rod-shaped There are parts that are assembled at an obtuse angle along their length.

6. Device according to claim 1, characterized in that several iron cores with windings arranged side by side under the furnace floor and supporting parts with windings between the cores are arranged to support the furnace floor.

Considered publications: German patent applications D 9817 VIIId / 21h,

or something above the amount that would be required for coil windings 65 St 362 VIIId / 21h;
the known type occurs. It is therefore advisable to refer to German patent specification No. 610 530.

1 sheet of drawings