DE1565538A1 - Electric arc furnace and method for stabilizing an electric arc - Google Patents
Electric arc furnace and method for stabilizing an electric arcInfo
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Description
DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN *r η c c q QDR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN * r η ccq Q
DR. M. KOHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT > 0 D 0 0 0 QDR. M. KOHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT> 0 D 0 0 0 Q
16. Oktober 1969 W. 12 752/66 15/Cr P 15 65 538.6 October 16, 1969 W. 12 752/66 15 / Cr P 15 65 538.6
Foseco Tracing AG-Chur, Graubünden (Schweiz)Foseco Tracing AG-Chur, Graubünden (Switzerland)
Lichtbogenelektroofen und Verfahren zur Stabilisierung eines elektrischen LichtbogensElectric arc furnace and method of stabilization an electric arc
Die Erfindung bezieht sich' auf die Stabilisierung von elektrischen Flammenbögen oder lichtbogen und die Schaffung einer Lichtbogenelektr©vorrichtung und insbesondere auf die Schaffung von Lichtbogenelektroöfen, die dem Lichtbogen eine bessere Stabilität verleihen können.The invention relates to the stabilization of electric flame arcs or arcs and the Creation of an electric arc device and in particular to the creation of electric arc furnaces that can give the arc better stability.
Bei den größeren direkten Lichtbogenelektroschmelzofen, in welchen der Bogen zwischen einer Kohlenelektrode und dem zu schmelzenden Metall geschlagen wird, besteht ein Problem in, der starken Belastungsschwankung, die bei der Bogenerzeugung .auftritt, da. eine scheinbareKurzschlußbedin-' gung vorhanden ist". Bas Ausmaß der BelastungsSchwankung- wird durch das· Vorhandensein einer Reaktanz oder eines Blindwider standes in dem. St-romkreis, in (rrenzen gehalten; wenn Jedoch großer§ EBergiezuführungen vorhanden sind, beispielsweise van Io OQO; bis 4-q P-QQ KVA', ist die BelastungssohwankungIn the case of the larger direct electric arc melting furnaces in which the arc is struck between a carbon electrode and the metal to be melted, there is a problem in that the large load fluctuation which occurs in the generation of the arc. an apparent short-circuit condition exists ". The extent of the load fluctuation is kept within limits by the presence of a reactance or a reactance in the current circuit; up to 4-q P-QQ KVA ', is the load fluctuation
BÄD ORJGJNAL BÄD ORJGJNAL
reichend, um auf dem Zuführungs- oder Versorgungssystem, ein Plackern hervorzurufen. .sufficient to work on the feeding or supply system, to cause a clatter. .
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verminderung derartiger Belastungsschwankungswirkungen sowie in der Erzielung von weiteren Vorteilen, beispielsweise einer ver-> besserten Energieleistung und eines niedrigeren Elektro.denverbrauchs. ·The object of the invention is to reduce such load fluctuation effects as well as in the achievement of other advantages, for example one less> improved energy performance and lower electrical consumption. ·
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Stabili- . sierung eines unter Anwendung mindestens einer Kohlenelektrode gebildQten Lichtbogena geschaffen, bei welchem' man der Kohlenelektrode eine'feste Substanz einverleibt, die unter der Einwirkung des Lichtbogens einen Dampf oder ein Medium erzeugt oder in einen Dampf oder in ein Medium übergeführt wird, das die elektrische Leitfähigkeit des Bogens erhöht. Als die genannte Substanz wird zweckmäßig ein Metalloxyd, ein Lietallearbonat oder ein Metallsilicat oder eine Mischung hiervon verwendet. Die Metallkomponente der vorstehend genannten Verbindungen kann z.B. Barium» Calcium, Magnesium, Natrium oder Kalium sein.According to the invention, a method for stabilizing. sizing a using at least one carbon electrode formed Q created arc, in which ' a solid substance is incorporated into the carbon electrode, which under the action of the electric arc generates a vapor or a medium or in a vapor or in a medium is transferred that the electrical conductivity of the Arc increased. As the above-mentioned substance, a metal oxide, a metal carbonate or a metal silicate is expedient or a mixture thereof is used. The metal component of the above-mentioned compounds can, for example, barium » Be calcium, magnesium, sodium, or potassium.
Die Substanzen können in eine oder mehrere der Kohlenlichtbogenelektroden entweder als Kern in der Elektrode." oder dispergiert in dem Kohlematerial, aus welchem die Elektrode gefertigt ist, eingebracht werden.The substances can be in one or more of the carbon arc electrodes either as a core in the electrode. "or dispersed in the carbon material from which the Electrode is made to be introduced.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung und insbesondere einen
wobei mindestens eine der Kohlemlichtbogeßelete"ferö4eÄ■■«
der vOrstehend aufgeführtenThe invention also relates to an apparatus, and more particularly to one
with at least one of the carbon arc lamps "ferö4eÄ ■■" of those listed above
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ORiGiNALOriginal
Bei der Auswahl der Substanz zum Einschluß in die Elektrode oder Elektroden muß der Zweck, für welchen der Lichtbogen bestimmt ist, berücksichtigt werden, um Materialien, die für diesen Zweck schädlich oder nachteilig sind, zu vermeiden. Insbesondere ist es erwünscht, ein relativ billiges Material zu wählen, das sicti leicht verarbeiten läßt und sich ionisiert, um den Widerstand des Lichtbogens herabzusetzen. Bei einem zum Schmelzen von Metall verwendeten Lichtbogenelektroofen soll die gewählte Substanz eine solche sein, die keine verunreinigenden oder andere schädliche /Yirküngen auf das zu schmelzende Metall oder auf den Ofenaufbau ausübt. Innerhalb dieser Bedingungen kann der vorstehend -. aufgeführte Bereich von Substanzen zur Anwendung gelangen. Von diesen werden Natrium- oder Kaliumcarbonat bevorzugt.In selecting the substance for inclusion in the electrode or electrodes, the purpose for which the Arc is intended to be taken into account to avoid materials that are harmful or disadvantageous for this purpose, to avoid. In particular, it is desirable to choose a relatively inexpensive material that is easy to process can and is ionized to reduce the resistance of the arc. In one used for melting metal In an electric arc furnace, the substance chosen should be one that is free from contaminants or other harmful substances on the metal to be melted or on the furnace structure. Within these conditions, the above -. The range of substances listed are used. Of these, sodium or potassium carbonate are preferred.
Selbstverständlich können mehrere Substanzen, die das leitfähige Medium ergeben, im Gemisch zur Anwendung gelangen. Eine besonders brauchbare Mischung von Substanzen ergibt sich aus gebranntem Dolomit, der Calcium- und Magnesiumoxyue enthält. Of course, several substances that make up the conductive medium can be used in a mixture. A particularly useful mixture of substances results from calcined dolomite, which contains calcium and magnesium oxygens.
Der Einschluß der genannten Alkaliverbindungen ist besonders wirksam zur Verlängerung des Bogens und zur Verbesserung seiner Stabilität. Es wird angenommen, daß dies auf deren niedriges Ionisationspotential zurückzuführen ist, d.h. auf deren Bereitschaft zur Ionisierung im Lichtbogen, wodurch die elektrische Leitfähigkeit erhöht wird. Rubidium und Cäsium sind ebenfalls wirksam, jedoch verbietet sich deren Verwendung in der Praxis aufgrund ihrer hohen Kosten. Inclusion of the above alkali compounds is particularly effective in lengthening the arch and improving it its stability. It is believed that this is due to their low ionization potential, i. on their readiness for ionization in the arc, whereby the electrical conductivity is increased. Rubidium and cesium are also effective, but their practical use is prohibitive because of their high cost.
Bi e aktiven Verbindungen können in die Elektrode,, oder Elektroden auf irgendeine zweckmäßige Weise eingeschlossenBi e active compounds can be in the electrode ,, or Electrodes included in any convenient way
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
werden. So können sie als Bestandteil der Masse, woraus die Elektrode gefertigt wird, enthalten sein, oder sie können als Kern für die Elektrode vorgesehen Verden. Im allgemeinen sind sie in Teilohenform vorhanden und miteinander mit einem Bindenittel verbunden, welches z.B. aus Teer oder Pech oder einer aus Anthrazit und Pech erhaltenen Paste bestehen kann.will. So they can be included as part of the mass from which the electrode is made, or they can Verden provided as a core for the electrode. Generally they are available in part form and with one another Binding agents connected, which e.g. consist of tar or pitch or a paste obtained from anthracite and pitch can.
Besondere Vorteile ergaben sich aus der Verwendung eines Gemisches geeigneter Verbindungen in einem Überschuß einer Kohlenstoffpaste, beispielsweise einer Paste aus Anthrazit und Pech. Wenn diese zur Bildung einer Elektrode gebacken oder gebrannt wird, zeigt das Produkt eine zellförmige oder poröse Struktur. Wenn eine auf diese Weise hergestellte Elektrode in Gebrauch genommen wird und dijbei erhitzt wird, wird die dispergierte Verbindung leicht durch die im Bogen erzeugte Wärme ionisiert, wodurch die leitfähigkeit des Liohtbogens ansteigt.Particular advantages resulted from the use of a mixture of suitable compounds in an excess of one Carbon paste, for example an anthracite paste and bad luck. When baked or fired to form an electrode, the product shows a cellular or porous structure. When an electrode manufactured in this way is put into use and heated dijbe, the The dispersed compound is easily ionized by the heat generated in the arc, reducing the conductivity of the arc increases.
Für die meisten Zwecke erwies sich als gewählte Substanz 'das Kaliumsalz, beispielsweise Kaliumcarbonat allein oder zusammen mit anderen Substanzen, in einer Kohlenelektrode als geeignet.For most purposes, the chosen substance turned out to be the potassium salt, for example potassium carbonate alone or together with other substances in a carbon electrode as suitable.
Die optimale Wahl der Materialien und die Art und Vie is e der Einbringung derselben wird hauptsächlich von der Verwendung bestimmt, für die der Lichtbogen vorgesehen wird.The optimal choice of materials and the type and shape is e their introduction is mainly determined by the use for which the arc is intended.
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird nicht nur die vorstehend beschriebene Belastungsschwankung verringert oder vermieden, sondern auch das Flackern und die Erzeugung von Oberwellen in dem Zuführungo- oder Versorgungssystem ebenfalls verringert oder ausgeschaltet.The method according to the invention not only reduces or reduces the load fluctuation described above avoided, but also the flickering and the generation of harmonics also reduced or switched off in the feed or supply system.
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Die stetigeren L^chtbogenbedingungen'ermöglichen die Entwicklung einer größeren Energie in einer gegebenen Zeit und ergeben eine Verbesserung des Belastungsfaktors. Dieser höhere Belastungsfaktor bewirkt, daß d"ie Schmelzgeschwindigkeit oder das Schmelzausmaß zunimmt, und bewirkt eine höhere Leistungsabgabe des Lichtbogenofens. Außerdem wird das Geräusch des Lichtbogens beträchtlich verringert, was einen wichtigen Vorteil, insbesondere für die indirekten Lichtbogenelektroöfen, darstellt.The more steady arc conditions make this possible Development of a greater energy in a given time and result in an improvement in the load factor. This higher stress factor causes the melt rate or the degree of melting increases, causing a higher output of the arc furnace. Also, the noise will of the arc is considerably reduced, which is an important advantage, especially for indirect electric arc furnaces, represents.
Außerdem muß das Elektrodenreglersystem nicht so empfindlich oder leicht ansprechbar sein und kann deshalb von einfacherem Aufbau oder einfacherer Ausführung sein.In addition, the electrode regulator system need not be so be sensitive or easily approachable and therefore can be of simpler construction or simpler execution.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, .The following examples are provided for further explanation the invention, .
Ss wurde ein Versuch an einem indirekten Lichtbogenelektroofen der Einphasenart von 150 KVA, d.h. einem Ofen, bei welchem der Lichtbogen zwischen zwei Rohrelektroden geschlagen wird, ausgeführt. Die Elektroden bestanden in diesem Fall aus Graphit und besaßen einen durchmesser von etwa 10*16 cm (4 inches). Die Elektroden waren mit eine'm konzentrischen Loch von etwa 4,44 cm (1 3/4 ") Durchmesser durchbohrtr das mit einem Kern aus 60 °/o Anthrazit, 20 ·?£ Pech mi"t einem Söhmelagunkt von 5Q0C, 16$ pulverisiertem Glas und 4 f* KaÜMmearbonat gepackt oder gefüllt wurde» Diese Materialien wurden vo^geaaisGht und in, das Loch in der Elektrode,," das vorhergehend zur. Schaffung, eines mechanischenA test was carried out on an indirect electric arc furnace of the single-phase type of 150 KVA, ie a furnace in which the arc is struck between two tubular electrodes. The electrodes in this case were made of graphite and were approximately 10 * 16 cm (4 inches) in diameter. The electrodes were eine'm with concentric hole of about 4.44 cm (1 3/4 ") diameter r of the pierced with a core of 60 ° / o anthracite, 20 ·? £ pitch mi" t a Söhmelagunkt of 5Q 0 C , 16 $ powdered glass and 4 f * comb carbonate was packed or filled »These materials were prepared and placed in, the hole in the electrode,« the preceding for the creation of a mechanical
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Schlüssels für den Kern eingeschnitten worden war, eingestampft und auf 40 "bis 5O0O erhitzt. Key for the core had been incised, pulped and heated to 40 "to 50 0 O.
Die Lichtbogenbedingungen wurden unter Verwendung von Standardgraphitelektroden beobachtet, wobei der Ofen zum Schmelzen von 340 kg Charge (750 Ib) von Phosphorkupfer verwendet wurde. Unter diesen Bedingungen schwankte die Ofenbelastung zwischen 105 und 145 KVA, wobei die Schwankungen zu Beginn des Schmelzens, wenn die Beschickung oder Charge kalt war, am ausgeprägtesten waren. Die Wellenform der Stromzuführung war außerordentlich unregelrnäi3ig, und das von dem lichtbogen abgegebene Geräusch war sehr beachtlich.The arc conditions were determined using Standard graphite electrodes observed with the furnace turned to Smelting 340 kg batch (750 Ib) of phosphorus copper was used became. Under these conditions, the furnace load fluctuated between 105 and 145 KVA, with fluctuations were most pronounced at the start of melting when the charge or batch was cold. The waveform of the power supply was extremely irregular, and the sound made by the arc was very noticeable.
Dieser Versuch wurde unter Verwendung der mit einem Kern versehenen Elektroden, die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt worden waren, jedoch mit der gleichen Phosphorkupfercharge, wiederholt. Es wurde sofort eine beachtliche Verbesserung beobachtet. Die Wellenform der Stromzuführung war praktisch sinusförmig, die Belastungsschwankungen waren auf innerhalb der Grenzen von 140 bis 150 KVA reduziert, und das von dem Lichtbogen abgegebene Geräusch war auf ein sehr niedriges Ausmaß verringert. Die Schmelzdauer war um 15 °ß> verkürzt, und die beim Schmelzen der Beschickung oder Charge verbrauchte Energie war um mehr als TO $ verringert.This experiment was repeated using the cored electrodes made in the manner described above but with the same charge of phosphorus copper. A remarkable improvement was immediately observed. The waveform of the power supply was practically sinusoidal, the load fluctuations were reduced to within the limits of 140 to 150 KVA, and the noise emitted by the arc was reduced to a very low level. The melting time was reduced by 15 ° β and the energy consumed in melting the charge or batch was reduced by more than T0 $.
Ss wurde die folgende Zusammensetzung hergestelltt
MgO (etwa 15 g)
Koks (etwa 5g)The following composition was made with MgO (about 15 g)
Coke (about 5g)
10 0A Fatriumsilicat "<ο,^10 0 A Sodium Silicate "<ο, ^
0 0 9823/03360 0 9823/0336
Dieses Gemisch, wurde in Löcher mit einem Durchmesser von etwa 0,95 mm (3/8") und etwa 5,8 cm (1,5") Tiefe in Graphitelektroden eingestampft, welche dann während 2 Stunden bei 20O0O gebacken· wurden.This mixture was tamped into holes about 0.95 mm (3/8 ") in diameter and about 5.8 cm (1.5") deep in graphite electrodes, which were then baked at 20O 0 O for 2 hours .
Ein erster Versuch wurde mit zwei Vergleichselektroden ausgeführt. Dies wurde durch Zünden und Ausdehnen des Bogens erreicht. Auf Grund des Abklingens oder Ausschwingens des Lichtbogens wurde dieses Verfuhren dreimal wiederholt,bevor eine ausreichende Hitze in dem Ofen erhalten wurde. Erhebliche Schwankungen in der elektrischen Belastung im Bereich von 15 bis 30 KVA wurden beobachtet. Die maximale Länge des Bogens * betrug 4,7 mm (3/16").A first experiment was carried out with two comparison electrodes. This was achieved by igniting and expanding the arc. Due to the fading of the arc, this procedure was repeated three times before sufficient heat was obtained in the furnace. Considerable fluctuations in the electrical load in the range from 15 to 30 KVA were observed. The maximum length of the arch * was 4.7 mm (3/16 ").
Dann wurden Elektroden, die die Zusammensetzung gemäß diesem Beispiel enthielten, verwendet. Es ergab sich eine beträchtliche Verbesserung, da das KVA-Heßgerät stetig bei 22 stand und eine maximale Bogenlänge von etwa 50,8 mm (2") unmittelbar erhalten wurde, Es wurden reichliche Mengen an weißen Dämpfen während eines Zeitraums von 7 Minuten beobachtet, und der Ofen blieb während 15 Minuten ohne Auftreten von irgendwelchen Schwankungen in Betrieb. Nach 15 Minu-ten hatte die KVA-Ablesung auf 18 abgenommen.Then electrodes having the composition according to this Example included, used. There was a considerable improvement as the KVA heater was steadily at 22 and a maximum arc length of about 50.8 mm (2 ") was immediately obtained. Copious amounts of white fumes were produced observed over a 7 minute period and the oven remained silent for 15 minutes Fluctuations in operation. After 15 minutes the KVA reading had taken decreased to 18.
Obgleich der Einfachheit halber die vorliegende Srfindung lediglich unter Bezugnahme auf das Verfahren beschrieben wurde, wobei die die Leitfähigkeit erhöhende Substanz als Kern in einer Elektrode vorgesehen ist, kann diese auch nach irgendeiner anderen der verstehend aufgeführten Arbeitsweisen mit entsprechenden Ergebnissen ausgeführt werden.Although for the sake of simplicity the present invention has only been described with reference to the method, the conductivity-increasing substance being the core in an electrode is provided, this can also be done according to any of the other working methods listed below with corresponding Results are executed.
BAD ORIGINAL 0 0 9 8 Γ "J /0336 "ΓBAD ORIGINAL 0 0 9 8 Γ "J / 0336" Γ
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