DE1608011B1 - Abschmelzelektrodenofen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Abschmelzelektrodenofen zur Herstellung von Schmelzblöcken durch Schmelzen von an Halterungsvorrichtungen befestigten Elektroden in zugehörigen, die Schmelzblocke ausformenden Tiegeln, wobei mehrere Schmelztiegel vorgesehen sind, die sich in Ausrichtung mit jeweils einer Elektrode befinden, und wobei eine Bewegungsvorrichtung eine Relativbewegung zwischen den Elektroden und den Schmelztiegeln erzeugt.

Derartige Abschmelzelektrodenöfen sind beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 2 640 860 bekannt. Bei diesem Abschmelzofen werden gleichzeitig drei Elektroden abgeschmolzen, wobei jede Elektrode durch eine gesonderte Bewegungsvorrichtung in den Schmelztiegel hineingeführt wird und wobei für jede Elektrode eine eigene Stromversorgungsquelle vorgesehen ist. Durch die Notwendigkeit, mehrere Be-Wegungsvorrichtungen und Stromversorgungen für die einzelnen Elektroden vorzusehen, wird dieser Abschmelzelektrodenofen in der Herstellung sehr groß und aufwendig. Dies ist vor allen Dingen dann der Fall, wenn noch mehr als drei Elektroden gleichzeitig abgeschmolzen werden sollen, um eine höhere Anzahl von Schmelzblöcken pro Zeiteinheit zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abschmelzelektrodenofen der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem gleichzeitig eine größere Anzahl von Schmelzblöcken erzeugt werden kann, ohne daß der konstruktive Aufwand für den Ab-Echmelzelektrodenofen vervielfacht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sämtliche Elektroden an einer einzigen Halterungsvorrichtung gehaltert sind, wobei eine einzige mittels einer Steuervorrichtung betätigte Bewegungsvorrichtung die Relativbewegung zwischen der Halterungsvorrichtung und den Schmelztiegeln bewirkt und sämtliche Elektroden an einer gemeinsamen Energiequelle liegen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Abschmelzelektrodenofens ergibt sich der Vorteil, daß eine große Anzahl, beispielsweise 8 oder 12 oder mehr Elektroden gleichzeitig geschmolzen werden können, ohne daß für jede Elektrode eine getrennte Bewegungsvorrichtung und eine getrennte Stromversorgung erforderlich ist, wie dies bei den bisher bekannten Abschmelzelektrodenöfen der Fall war. Dadurch wird es möglich, gleichzeitig eine große Anzahl von Schmelzblöcken zu erzeugen, ohne daß die räumlichen Abmessungen des Abschmelzelektrodenofens zu groß werden und ohne daß der konstruktive Aufwand den Vorteil der gleichzeitigen Erzeugung mehrerer Schmelzblöcke zunichte macht. Somit lassen sich gleichzeitig mehrere Schmelzblöcke erzeugen, ohne daß für jeden Schmelzblock eine getrennte Bewegungsvorrichtung und eine getrennte Stromversorgung vorhanden sein muß.

Dabei kann der Ofen zweckmäßigerweise als Elektroschlackeofen ausgebildet sein.

Eine vorteilhafte Anordnung ergibt sich dadurch, daß die die Elektroden halternde Halterungsvorrichtung bezüglich der Schmelztiegel verstellbar ist, da dieses eine zweckmäßige konstruktive Ausbildung erlaubt.

Die Halterungsvorrichtung für die Elektroden kann zweckmäßigerweise einen mittig angeordneten Hydraulikzylinder zur Durchführung dieser Relativbewegung aufweisen.

Es ist möglich, mehr Schmelztiegel als Elektrodeneinspannklemmen der Halterungsvorrichtung vorzusehen, so daß die einen Schmelztiegel während des Schmelzvorganges in benachbarten Schmelztiegeln S entfernbar sind. Hierdurch ergibt sich eine verringerte Standzeit des Abschmelzelektrodenoiens.

Weiterhin ist es natürlich möglich, daß die Zahl der Schmelztiegel gleich der Zahl der Elektrodeneinspannklemmen der Halterungsvorrichtung ist oder die Anzahl der Elektrodeneinspannklemmen kann größer als die Zahl der Schmelztiegel sein, so daß es möglich ist, Elektroden während des Abschmelzens anderer Elektroden aus den Elektrodeneinspannklemmen zu entfernen, ohne den Arbeitsablauf des Abschmelzelektrodenofens zu unterbrechen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht im Aufriß eines erfindungsgemäßen Abschmelzelektrodenofens teilweise im Schnitt,

F i g. 2 eine Draufsicht zu F i g. 1,
F i g. 3 eine Ansicht im Aufriß, teilweise im Schnitt, eines Teils von einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 4 eine Draufsicht der Ausführungsform nach F i g. 3,

F i g. 5 ein Blockschaltbild eines Reglersteuerungssystems.

In den Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen, ist in F i g. 1 ein allgemein mit 10 bezeichneter Abschmelzelektrodenofen bzw. Lichtbogenwiderstandsofen dargestellt.

Eine die Halterungsvorrichtung darstellende Scheibe 12 ist mit einer Nabe 14 verbunden und durch mehrere Verstrebungen 16 verstärkt. Die Scheibe 12 ist mit mehreren Leitern 18 verbunden, von denen jede mit einer einzigen Stromquelle gekuppelt äst. Die Leiter 18 selbst können hohl sein, so daß ein Kühlmittel hindurchgeleitet werden kann.

Von der Scheibe 12 werden benachbart ihrem Umfang acht Elektrodeneinspannklemmen 20 in elektrischer Verbindung mit den Leitern 18 getragen. Für eine solche elektrische Verbindung kann eine elektrisch leitende Scheibe 12 oder können von der Scheibe 12 getragene Leitungen vorgesehen werden. Obwohl nur acht Einspannklemmen dargestellt sind, ist es für den Fachmann ohne weiteres erkennbar, daß die Zahl der Einspannklemmen nur durch die Tragfähigkeit der Tragkonstruktion beschränkt ist, so daß 12 oder sogar 24 solcher Einspannklemmen verwendet werden können. Die Einspannklemmen 2© sind an sich bekannt, so daß hier keine nähere Beschreibung gegeben wird.

Die Nabe 14 ist mit dem oberen Ende einer teleskopischen Stützstange 22 verbunden, die sich in einen Zylinder 24 erstreckt. Die Stange 22 ist an einem nicht gezeigten Kolben befestigt, welcher innerhalb des Zylinders 24 mittels eines hydraulischen Druckmittels und mit Hilfe der Leitung 28 bzw. 30 auf- und abbewegt werden kann. Die Stange 22 und damit die Elektrodeneinspannklemmen 18 können daher in der erforderlichen Weise auf- und abbewegt werden. Bürsten 26 haben Gleitkontakt mit den Leitungen 18, wenn sie sich mit der Scheibe 12 auf und ab bewegen.

Im Ofen 10 ist eine Anzahl wassergekühlter Schmelztiegel 32 so angeordnet, daß sich ihre obersten

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Öffnungen benachbart dem Boden 34 befinden. Die tung 28 oder durch die Leitung 30, um eine Ver-

Schmelztiegel 32 sind von herkömmlicher Art, so stellung der Stange 22 nach oben oder nach unten

daß für diese keine nähere Beschreibung erforderlich herbeizuführen. Steuerorgane 56 und 58 betätigen

ist. Wie jedoch ersichtlich ist, besitzt der dargestellte ein Magnetventil 60, um den Arbeitskolben mit hoher Ofen 10 acht Schmelztiegel in Abständen voneinan- 5 Geschwindigkeit nach oben oder nach unten zu

der zur Aufnahme einer der von den Einspannklem- bewegen. Außerdem kann ein wahlweise betätig-

men 20 getragenen Elektroden 36. bares Einstell- bzw. Steuerorgan 62 über das Diffe-

Die Arbeitsweise des Ofens ist wie folgt: Die rential44 gekoppelt sein, um eine Kriechbewegung

Elektroden 36 werden an den Einspannklemmen des Arbeitskolbens nach oben und nach unten oder

20 befestigt. Dies kann dadurch geschehen, daß io irgendeine andere Steuerwirkung herbeizuführen,

die Elektroden durch die Einspannklemmen 20 ab- Wenn der Scheinwiderstand bzw. der Ohmsche

gesenkt werden, bis das obere Ende der Elek- Widerstand, je nachdem, ob Wechselstrom oder

troden den Klemmen benachbart ist. Hierauf können Gleichstrom verwendet wird, in der einen Elektro-

die Einspannklemmen mechanisch an den Elektroden den-Schmelztiegel-Kombination geringer als in den

36 verriegelt werden. Durch diese mechanische Ver- 15 übrigen wird, beginnt er natürlich, mehr Strom zu

riegelung werden ferner die Elektroden 36 mit der leiten. Die Zunahme im Strom hat jedoch zur Folge,

Scheibe 12 mittels der Einspannklemmen 20 elek- daß die Elektrode rascher abschmilzt und daher die

irisch gekoppelt. Sodann werden die Elektroden in Lichtbogenlänge bzw. die Widerstandsstrecke zu-

ihren jeweiligen Schmelztiegel dadurch abgesenkt, nimmt, bis der Scheinwiderstand durch diese be-

daß ein hydraulisches Druckmittel in den Zylinder 20 sondere Elektroden-Schmelztiegel-Kombination dem

20 über die Leitung 28 eingeleitet wird. der übrigen Schmelztiegel gleich ist. Die Vorrichtung

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der ist daher selbstkompensierend.

Schmelzprozeß vorzugsweise vom Elektroschlacken- Wenn der Schmelzvorgang abgeschlossen ist, kann

typ, bei welchem das untere Ende der Elektroden die Scheibe zu einer Stellung angehoben werden, an

innerhalb einer Schlackeschicht angeordnet ist, die 25 welcher die Elektrodenstummel entfernt werden,

auf dem Bad des geschmolzenen Metalls innerhalb um die Entnahme der Blöcke aus den Schmelztiegeln

des Schmelztiegels schwimmt. Bei der Inbetrieb- zu erleichtern. Der Prozeß wird sodann wiederholt,

nähme kann die Schlackeschicht pulverförmig oder In F i g. 3 und 4 ist ein weiterer erfindungsgemäßer

flüssig sein, wobei jedoch die flüssige Form bevorzugt Ofen, der allgemein mit 10' bezeichnet ist, darge-

wird. Nachdem die Elektroden richtig angeordnet 30 stellt. Der Ofen 10' ist mit dem Ofen 10 mit den

worden sind, kann der Ofen 10 zum Beginn des nachstehend beschriebenen Ausnahmen identisch.

Schmelzvorgangs erregt werden. Ein solcher mehr- Entsprechende Elemente sind daher mit entsprechen-

facher Schmelzvorgang mit einem einzigen Regler den Bezugsziffern bezeichnet, die mit einem Strich

und einem einzigen Satz von Geräten ist besonders versehen sind.

anwendbar auf den Elektroschlackenprozeß, da das 35 Im Ofen 10' werden der Zylinder 24' und die

System hinsichtlich der jeder Elektrode zugeführten Bürsten 26' von einem Gehäuse 70 getragen, welches

Strommenge selbstabgleichend ist. Für den Fall, daß um die Längsachse der Stange 22' drehbar gelagert

eine der Elektroden-Schmelztiegelkombinationen nicht ist. Für den Drehantrieb dient ein hydraulischer

anläuft, wird die Einspannklemme für diese Elek- Zylinder 72 mit einem Kolben 73, der mit einem

trode geöffnet, wodurch die elektrische Verbindung 4° Glied 74 an einer Verstrebung 16' verbunden ist.

unterbrochen wird. Während des Schmelzvorgangs Der Zylinder 72 und der Kolben 73 sind im

gleitet diese Einspannklemme lediglich die Elektrode wesentlichen tangential zu einem Kreis, der zur

entlang nach unten. Die Einspannklemmen 20 kön- Längsachse der Stange 22' konzentrisch ist. Wenn

nen mit einem elektrisch betätigbaren Schnappver- Drehungswinkel erforderlich sind, die größer als

Schluß vom Magnetspulentyp für das Öffnen und 45 der Hub eines einbaubaren Kolbens sind, kann ein

Schließen versehen sein. Motor mit einem Getriebe verwendet werden.

Die Ausrüstung des Ofens läßt sich am besten Wie sich am besten aus F i g. 4 ergibt, trägt die

in Verbindung mit dem in F i g. 5 gezeigten Block- Scheibe 12' an ihrem Umfang eine kleinere Anzahl

schaltbild erläutern. Elektrodeneinspannklemmen als der Zahl der

Wie F i g. 5 zeigt, ist jeder der Schmelztiegel mit 50 Schmelztiegel entspricht. In F i g. 4 sind daher einem Durchlässigkeitsfühler für den elektrischen 12 Schmelztiegel 32' und nur 8 Einspannklemmen 20' Fluß verbunden, der die Länge der Widerstands- dargestellt. Die Einspannklemmen 20' in der Zwölfstrecke zum Ende der Elektrode ermittelt und ein uhr-, Dreiuhr-, Sechsuhr- und Neunuhrstellung sind entsprechendes Signal über eine Regeleinrichtung 40 für Schmelzstationen, an welchen die Einspannfür den Fluß, einen Stufenantrieb 42, ein Differential 55 klemme die Elektrode mechanisch und elektrisch mit 44 und einen Befehlswandler 46 an eine Regelab- der Scheibe 12' koppelt. Während die erwähnten weichungs-Vergleichsstufe 48 liefert. Die Bewegung Elektroden abschmelzen, sind die Einspannklemmen des Kolbens, der mit der Stange 22 verbunden ist, in der Einuhr-, Vieruhr-, Siebenuhr- und Zehnuhrinnerhalb des Zylinders 24 wird durch einen Stel- Stellung offen, so daß neue Elektroden eingesetzt lungsgeber 50 ermittelt und hiervon ein Signal eben- 60 und mit der Einspannklemme gekoppelt werden falls an die Regelabweichungs-Vergleichsstufe 48 können. Die übrigen Elektroden in der Zweiuhr-, gegeben. Fünfuhr-, Achtuhr- und Elfuhrstellung sind nach

Der Komparator bzw. die Vergleichsstufe 48 ver- oben freiliegend, so daß die abgeschmolzenen Elek-

gleicht die empfangenen Regelabweichungssignale troden abgestreift werden können,

und gibt ein Signal über einen Servoverstärker 52 65 Nachdem die Blöcke aus den freiliegenden Schmelz-

an ein Servoventil 54 ab. Das Servoventil 54 bewirkt tiegeln abgestreift und die übrigen Elektroden ge-

je nach dem von ihm empfangenen Signal das Ein- schmolzen worden sind, kann der Zylinder 72

leiten eines Arbeitsmittels entweder durch die Lei- betätigt werden, um die Scheibe 12' um einen Kreis-

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bogen von 30° zu drehen. Hierdurch werden die neu befestigten Elektroden über einen leeren Schmelztiegel gebracht und wird das Entfernen von Elektrodenstummeln sowie das Einsetzen von neuen Elektroden erleichtert. Es werden ständig einige Elektroden abgeschmolzen, einige Elektroden an den Klemmen befestigt und einige Blöcke erstarren innerhalb der Schmelztiegel oder werden aus diesen abgestreift. Mit Ausnahme der vorangehend beschriebenen Abänderungen ist der Ofen 10' mit dem Ofen 10 identisch.

Der vorangehend beschriebene Ofen ist in seinem Aufbau symmetrisch und ergibt daher eine Symmetrie für den Leitungsweg zwischen der Stromquelle und jeder Elektrode. Wenn berücksichtigt wird, daß ein Wechselstrom die wirtschaftlichste Energieform zur Verwendung zum Elektroschlackenschmelzen ist, ist es wichtig, daß der Blindwiderstand jeder der Elektrodenschleifen angemessen gleich gehalten wird, da der Stromkreisblindwiderstand oft kritischer sein kann als der Ohmsche Widerstand bei der Bestimmung des Flusses eines Stroms von 50 oder 60 Hz.

Die voranstehend gegebenen Überlegungen haben eine wesentliche Bedeutung für den Aufbau des Ofens. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Hauptimpedanz im Stromkreis die Flußstrecke (geschmolzene Schlacke bei der Elektroschlackenreduktion) ist und daß eine Veränderung der Länge dieser Flußstrecke um wenige Prozent über ihre Gesamtlänge nur geringfügige Veränderungen, wenn überhaupt, in der Metallurgie des Elektroschlackenprozesses mit sich bringt. Wenn beispielsweise der Scheinwiderstand der Flußstrecke 80 % des Gesamtscheinwiderstandes und der mechanische Aufbau des Ofens maximal 10^flA> Unterschied im Scheinwiderstand in jeder der sekundären Stromschienenkreise zuläßt, ist das System selbstkompensierend innerhalb von 10 bis 20 °/o bzw. 2 % der Länge der Flußstrecke. Außerdem besteht keine Schwierigkeit, den Ohmschen Widerstand jeder der Stromschienen annähernd gleich zu machen. Hierdurch wird in Kombination mit der physikalischen Symmetrie des Ofens die Blindkomponente des Blindwiderstandes ausreichend klein gehalten, so daß nur geringfügige Ungleichheiten auftreten können. Daher ist jede wesentliche Änderung im Scheinwiderstand das Ergebnis, wenn eine Elektrode eine Widerstandsabschmelzung innerhalb der geschmolzenen Schlacke mit einer Geschwindigkeit erfährt, die größer als die der übrigen Elektroden ist. Wie vorangehend beschrieben, erfolgt hierfür eine Selbstkompensation durch Herabsetzung oder Erhöhung des Stromflusses durch die jeweilige besondere Elektrode, wodurch eine Veränderung in der Abschmelzgeschwindigkeit erzielt wird.

Die Selbstkompensationswirkung bei dem vorangehend beschriebenen Ofen und Verfahren ist ebenso wirksam bei einer Dreiphasen-Stromversorgung wie bei einer Einphasen-Stromversorgung. Im Falle einer Dreiphasenstromversorgung können 6 Elektroden vorgesehen sein und jede Phase kann ein Elektrodenpaar speisen. Hierdurch wird der zusätzliche Vorteil erzielt, daß jede Unsymmetrie im örtlichen Netz oder Verteilungssystem vermieden wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Abschmelzelektrodenofen zur Herstellung von Schmelzblöcken durch Schmelzen von an Halterungsvorrichtungen befestigten Elektroden in zugehörigen, die Schmelzblöcke ausformenden Tiegeln, wobei mehrere Schmelztiegel vorgesehen sind, die sich in Ausrichtung mit jeweils einer Elektrode befinden, und wobei eine Bewegungsvorrichtung eine Relativbewegung zwischen den Elektroden und den Schmelztiegeln erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Elektroden an einer einzigen Elektrodenhalte- ^ Hängevorrichtung (12) gehaltert sind, wobei eine % einzige mittels einer Steuervorrichtung (38 bis 62) betätigte Bewegungsvorrichtung (24) die Relativbewegung zwischen der Halterungsvorrichtung (12) und den Schmelztiegeln bewirkt und sämtliche Elektroden (36) an einer gemeinsamen Energiequelle liegen.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen als Elektroschlackeofen ausgebildet ist.

3. Ofen nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Elektroden haltemde ,Halterungsvorrichtung (12) bezüglich der Schmelztiegel verstellbar ist.

4. Ofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsvorrichtung (12) für die Elektroden (36) einen mittig angeordneten Hydraulikzylinder (24) zur Durchführung der Relativbewegung aufweist.

5. Ofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- Λ net, daß mehr Schmelztiegel als Elektrodeneinspannklemmen (20) der Halterungsvorrichtung (12) derart vorgesehen sind, daß die einen Schmelztiegel während des Schmelzvorganges in benachbarten Schmelztiegeln entfernbar sind.

6. Ofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Schmelztiegel gleich der Zahl der Elektrodeneinspannklemmen (20) der Halterungsvorrichtung (12) ist.

7. Ofen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Elektrodeneinspannklemmen (20) größer als die Zahl der Schmelztiegel ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen