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Heizvorrichtung zum Erwärmen eines in seiner Längsrichtung fortlaufend
bewegten Walzgutes Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Erwärmen eines
in seiner Längsrichtung fortlaufend bewegten Walzgutes aus elektrisch leitendem
Material, insbesondere aus Stahl.
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Es ist bekannt, solches Gut durch Widerstandserwärmung mittels im
Gut in Längsrichtung fließenden :elektrischen Stromes zu erwärmen. Bei den bekannten,
zu einer Erwärmung des Gutes auf diese Weise verwendbaren Heizvorrichtungen sind
drei in der Längsrichtung des Gutes hintereinander angeordnete, je zwei hintereinander
auf :das Gut aufsetzbare Rollensätze aufweisende Erwärmungsstrecken vorgesehen,
:die aus einem Drehstromnetz gespeist werden. Um eine möglichst gleichmäßige Belastung
des Drehstromnetzes zu erzielen, ist jede Phase mit einer Erwärmungsstrecke belastet.
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Zur Erwärmung eines Gutes mit großem Querschnitt, beispielsweise von
Rohren. mit großem Metergewicht, sind diese bekannten Heizvorrichtungen ungeeignet,
da ihr elektrischer Wirkungsgrad in diesem Fall schlecht und eine Widerstandserwärmung
daher unwirtschaftlich ist. Dies ist darin. begründet, daß bei den üblichen Querschnittsformea
des zu erwärmen, den Gutes der Querschnitt mit steigendem; Metergewicht stärker
zunimmt als die Auflagefläche der Kontaktrollen. Da die Strombelastung der Kontaktfläche
der Rollen begrenzt ist, nimmt also mit zunehmendem Querschnitt :die in der Längeneinheit
erzeugbare Wärmeleistung ab. Damit bei .der durch andere Vorrichtungen, beispielsweise
Walzwerke, vorgegebenen Gutgeschwindigkeit die Temperatur des Gutes beim Verlassen
der Heizvorrichtung Iden gewünschten Wert aufweist, muß :die Verweilzeit :des Gutes
in den einzelnen Erwärmungsstrecken um so größer sein, je größer der Querschnitt
des Gutes ist. Eine Vergrößerung der Verweilzeit ist unter den gegebenen Voraussetzungen
nur durch eine Verlängerung der Erwärmungsstrecken. möglich. Mit der Längenzunahme
der Erwärmungsstrecken nimmt aber auch deren, induktiver Spannungsabfall und damit
deren Blindleistun:gsaufnahme zu. Der Blind= leistungsbedarf und die durch ihn in
dem üblicher Weise zur Speisung der Erwärmungsstrecke vorgesehenen Transformator
erzeugten höheren Verluste erhöhen :die Kosten der Erwärmung; Bei der Erwärmung
von Gut aus Stahl, beispielsweise Rohren, kommt hinzu, daß wegen der starken Temperaturabhängigkeit
des spezifischen Widerstandes von Stahl die Erwärmungsstrecken- verschieden groß
sind. Bei feiner Erwärmung auf beispielsweise etwa S00° G in drei Erwärmungsgstrecken,
die alle etwa-die gleiche Energie in das zu :erwärmende Gut einbringen, muß der
Abstand der ersten beiden Rollensätze fast doppelt so groß sein wie derjenige der
beiden folgenden Rollensätze. Dagegen braucht die Länge der mittleren Erwärmungsstrecke
nur wenig größer zu sein als,die der letzten. Hieraus ergibt sich eine unsymmetrische
Phasenbelastung, -die sich ebenfalls auf die Wirtschaftlichkeit negativ auswirkt.
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Der Erfindung liegt -die Aufgabe zugrunde, eine Heizvorrichtung zu
schaffen, die auch bei der Erwärmung eines Gutes mit großem Querschnitt, -das verhältnismäßig
lange Erwärmungsstrecken erfordert, wirtschaftlich anwendbar ist. Diese Aufgabe
ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß. den reit Wechselstrom gespeisten Erwärmungsstrecken
mindestens eine mit Gleichstrom gespeiste Erwärmungsstrecke vorgeschaltet ist.
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Der Wirkungsgrad einer solchen gleichstromgespeisten Erwärmungsstrecke
ist :unabhängig von der Länge der Strecke. Sie ermöglicht daher, Blas Gut so weit
zu erwärmen, daß die nachgeschalteten, mit Wechselstrom -gespeisten Erwärmungsstrecken
mit einer den Wirkungsgrad nicht wesentlich vermindernden Länge ausführbar sind.
Bei Stahl beispielsweise wird man anstreben, die Temperatur des Gutes dn. der Gleichstromstrecke
auf etwa 400'C zu bringen. Im Hinblick auf eine möglichst geringe Länge der Vorrichtung
kann aber auch eine geringere Ternperatuur vorteilhaft sein.
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Die gleichstromgespeiste Erwärmungsstrecke kann unter Zwischenschaltung
eines Gleichrichters an das Mehrphasennetz angeschlossen sein, dessen verschiedene
Phasen reit je einer Erwärmungsstrecke belastet sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist :die gleichstromgespeiste
Erwärmungsstrecke einer :der Anzahl des speisenden Mehrphasennetzes entsprechenden
Zahl
von wechselstromgespeisten Erwärmungsstrecken vorgeschaltet. Eine verhältnismäßig
symmetrische Belastung des Netzes kann dabei erreicht werden, wenn die gleichstromgespeiste
Erwärmungsstrecke an das speisende Netz über einen diese symmetrisch belastenden
Gleichrichter angeschlossen ist.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer Heizvorrichtung
gemäß der Erfindung beispielsweise dargestellt: Es zeigt F i g.1 ein schematisch
dargestelltes Schaltbild des ersten Ausführungsbeispiels, F i g. 2 ein schematisch
dargestelltes Schaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels.
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Die in Fi-g. 1 dargestellte Heizvorrichtung weist fünf Rollensätze
1 bis 5 auf" die auf ein zu erwärmendes langgestrecktes Gut 6 aus elektrisch leitendem
Material, beispielsweise ein Stahlrohr, im Abstand hintereinander aufgesetzt sind.
Die Rollensätze 1 und 2, die die Elektroden der ersten Erwärmungsstrecke bilden,
sind an einem Gleichrichter 7 angeschlossen, der aus einem Dreiphasennetz 8 mit
den Phasen R, S und T über einen an die Phasen S und T
angeschlossenen
Transformator 9 gespeist ist. In dem zu erwärmenden- Gut 6 fließt daher zwischen
den Rollensätzen 1 und 2 in. Längsrichtung ein gleichgerichteter Strom, der das
Gut 6 fortlaufend erwärmt. Der Abstand zwischen den- Rollenpaaren 1 und 2 ist durch
den Widerstand der Erwärmungsstrecke, die zulässige Kontaktbelastung der Rollensätze
und die an die Strecke anlegbare Spannung festgelegt.
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Die nachfolgend angeordneten Rollensätze 3 und -4 bilden die zweite
Erwärmungsstrecke. Sie sind an die Sekundärwicklung 10' eines an -den Phasen.
S und R des Netzes 8 liegenden Transformators 10 angeschlossen. Im Gut 6 fließt
daher zwischen den Rollensätzen 3 und 4 ein Wechselstrom, der :das aus der ersten
Erwärmungsstrecke kommende Gut 6 -weiter erwärmt. Der Abstand der Rollensätze 3
und 4 hängt von denselben Faktoren ab wie derjenige .der Rollensätze 1 und 2. Da
der spezifische Widerstand des Gutes 6 in der zweiten Erwärmungsstrecke im allgemeinen
höher ist als in der ersten Erwärmungsstrecke, kann normalerweise .die zweite Erwärmungsstrecke
kürzer als die erste Erwärmungsstrecke ausgeführt sein. .
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Die Rollensätze 4 und 5 bilden die Elektroden für die letzte Erwärmungsstrecke;
deren Länge im allgemeinen nur wenig kürzer als .diejenige der zweiten Erwärmungsstrecke
zu sein braucht. Die -Rollen sätze 4 und 5 sind an die Sekundärwicklung 11' eines
an den Phasen R und T des Netzes--8 liegenden Transformators 11 angeschlossen. Zwischen
den Rollensätzen 4 und 5 fließt daher auch ein Wechselstrom, der das Gut 6 fortlaufend
erwärmt.
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An .Stelle der drei Transformatoren 9, 10 und 11 kann auch ein Drehstromtransformator
vorgesehen sein. In beiden Fällen ist es zweckmäßig, die von den einzelnen Erwärmungsstrecken-
aufgenommenen Leistungen möglichst gleich groß zu wählen, damit das Netz 8 möglichst
symmetrisch belastet ist.
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Infolge des unterschiedlichen Verhältnisses zwischen Wirkleistung
und. Blindleistung in. den einzelnen Erwärmungsstrecken. ist aber eine symmetrische
Belastung des Netzes 8 nicht erreichbar. Eine bessere Symmetrie ist mit der in F
i g. 2 dargestellten Ausführungsform erzielbar. Diese Heizvorrichtung weist:"sechs-Rollensätze
101
bis 106 aus elektrisch leitendem Material auf, die hintereinander auf
ein sich in Richtung des Pfeiles B bewegendes langgestrecktes Gut 107 aus elektrisch
leitendem Material aufgesetzt sind. Die Rollensätze 101 und 102 sind an einem Gleichrichter
108 angeschlossen, der von _ einem an einem Drehstromnetz 109 mit den Phasen R,
S und T liegenden Drehstromtransformator 110 gespeist ist. Der Gleichrichter 108
ist in bekannter Weise so ausgebildet, daß der D.rehstromtransforanator 110 symmetrisch
belastet .ist. Der Abstand der Rollensätze 101 und 102 hängt vom Widerstand der
Erwärmungsstrecke, der zulässigen Kontaktbelastbarkeit, .der an die Strecke anlegbaren
Spannung, der zu erzielenden Erwärmung und der zulässigen Streckenlänge ab.
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Von den den Rollensätzen 101 und 102 nachgeschalteten Rollensätzen
103 bis- 106 bilden je zwei aufeinanderfolgende Rollensätze eine Erwärmungsstrecke,
die von einem Transformator 111 bzw. 112 bzw. 113 mit Wechselstrom gespeist ist.
Die Transformatoren 111 bis 113 liegen an den Phasen T und S bzw. S und R
bzw. R und T des Netzes 109.
Legt man die Länge der wechselstrorngespeisten
Erwärmungsstrecken so fest, daß die Leistungsaufnahme in den drei Strecken etwa
gleich groß- ist, so ist, weil :die Gleichstromstrecke das Netz 109 symmetrisch
belastet,- die gesamte Belastung des Netzes 109 etwa gleichmäßig. Ein weiterer Vorzug
dieser Ausführungsformbesteht darin, daß die Länge der gleichstromgespeisten Erwärmungsstrecke
und ihre Leistungsaufnahme unabhängig von den entsprechenden Größen der wechselstromgespeisten
Erwärmungsstrecken wählbar sind. Dadurch ist es möglich, eine möglichst geringe
Länge der ganzen Vorrichtung zu erzielen.
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An Stelle der -drei Transformatoren 111 !bis 113 kann ein Drehstromtransformator
vorgesehen sein, der durch eine entsprechende Schaltung zum Ausgleich einer unterschiedlichen
Belastung der Phasen auf der Sekundärseite beizutragen vermag.