DE2017229B2 - Umschmelzofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Umschmelzofen, bei dem der jeweils unter der Elektroschlacke liegende Elektrodenteil durch netzfrequente elektrische Ströme abschmelzbar ist, welche zwischen dem Elektrodenteil und der Ofenwandung fließen, und bei dem die Ströme von 10 kA und darüber aus einem Transformator entnehmbar sind, dessen Hochspannungsseite über einen mit Thyristoren arbeitenden Wechselstromsteller mit einem Netz verbunden ist.

Zur Erzeugung hochreiner und hochwertiger Stähle werden heute in immer größerem Umfange Umschmelzverfahren mit selbstverzehrenden Elektroden, wie z. B. das Elektroschlacke-Umschmelzverfahren, benutzt. Bedingt durch die geforderten Werkstückgrößen werden dabei häufig auch die Abmessungen der Umschmelzofen beträchtlich, z. B. Höhen von über 15 m.

Durch diese Abmessungen werden auch die Induktivitäten der Zuleitung von der Stromquelle zu den Ofenanschlüssen verhältnismäßig groß. Messungen bei einem Ofen samt Zuleitungen haben z. B. Induktivitäten von 40 μΗ bei 1 πιΩ Wirkwiderstand ergeben. Bei der Verwendung von Gleichstrom würden diese Induktivitäten nicht stören; oft ist jedoch aus technologischen Gründen — zu einseitige Auskristallisation — Gleichstrom nicht einsetzbar. Verwendet man jedoch netzfrequente Wechselspannung von 50 Hz₁ so sind die Blindwiderstände etwa 10 mal so groß wie die Wirkwiderstände, die die eigentliche Ofenleistung erbringen. Dies bedeutet bei den geforderten Leistungen in der Größenordnung von einigen MVA und bei Strömen von z. B. 20 kA außerordentlich umfangreiche Dimensionierungen der Transformatoren und Zuleitungskabel und erfordert außerdem die Bereitstellung einer erheblichen Blindleistung durch das Netz. Es ist bereits bekannt (vgl. z. B. DE-AS 19 17 494), den Ofen mit einer weit unterhalb der Netzfrequenz liegenden Frequenz von z.B. 5 bis 10 Hz zu speisen. Dies verhindert zwar den ungünstigen technologischen Effekt der Auskristallisation mit besonderen Vorzugsrichtungen, verringert auch gleichzeitig die induktiven Spannungsabfälle ganz erheblich, erfordert aber andererseits wieder einen relativ aufwendigen Umrichter.

Es ist ferner bei Widerstandsöfen bekannt, zur Berücksichtigung der induktiven Widerstände bei Netzfrequenz auf der Hochstromseite des Stromkreises eine Kondensatorbatterie vorzusehen, welche über einen Ankoppeltransformator mit der Sekundärwicklung des verstellbaren Netztransformators in Reihe geschaltet ist und den Blindleislungsbedarf der Ofenleitungen zumindest teilweise kompensiert. Diese so getroffene Serienkompensation hat den Vorteil, daß sie lastabhängig ist; d.h. daß also bei weitgehend

ίο abgeschaltetem Ofen nicht unnötige Kompensationsströme fließen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung der eingangs genannten Art, bei der hochspannungsseitig ein Thyristorsteller vorgesehen ist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Anordnung so auszubilden, daß der Vorteil einer laststromabhängigen Reihenkompensation mit dem Schutz der Thyristoren verbunden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Niederspannungsseite des Transformators in Reihe mit der Sekundärwicklung die Sekundärwicklung eines weiteren Transformators liegt, an dessen hochspannungsseitiger Primärwicklung eine kompensierte Kondensatorbatterie angeschlossen ist. Hierbei wird von folgenden Überlegungen ausgegangen.

Die Blindleistung von Kondensatoren ist proportional der Kapazität und dem Quadrat der Kondensatorspannung. Je höher also die Spannung ist, desto kleiner können die Kapazitätswerte gewählt werden. Die hochspannungsseitige Kompensation ist aber kritisch, wenn mit Thyristorstellern gearbeitet wird, da hier der durch Induktivität und Kondensatoren gebildete Reihenschwingkreis in unerwünschter Weise angestoßen werden kann und eventuell Überspannungen die Thyristoren zerstören. Durch die erfindungsgemäße galvanische Trennung zwischen Thyristoren und Kapazitäten und die damit verbundenen Dämpfungen in den Kopplungskreisen wird jedoch das Auftreten der Überspannungen an den Thyristoren weitgehend vermieden und damit die Reihenkompensation möglich gemacht.

Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert: In den Schmelzsumpf 2 des Elektro-Umschmelzofens 1 taucht eine selbstverzehrende Elektrode

■»5 3 ein. Durch den zwischen Elektrode 3 und Ofenwandung 4 fließenden elektrischen Strom / schmilzt das in den Metallsumpf 2 eintauchende Elektrodenteil ab. Durch geeigneten Vorschub der Elektrode 3 kann somit das in dieser Elektrode vorhandene Material, z. B. Stahl, vollständig umgeschmolzen werden.

Der Strom / zur Elektrode 3 und zur Ofenwandung 4 fließt durch Leitungen 11a und lib, normalerweise Kupferschienen erheblicher Dimensionierung, die mit der Sekundärwicklung 5b eines Transformators 5 verbunden sind. Die Primärseite 5a dieses Transformators 5 ist über eine Kondensatorbatterie 6, einen aus antiparallel geschalteten Thyristoren bestehenden Wechselstromsteller 7 und einen Anzapftransformator 8 mit den Phasenleitern RS eines 50-Hz-Wechselstromnetzes 9 verbunden. Die elektrischen Daten des Kreises sind dabei etwa so gewählt, daß bei einer Primärspannung von etwa 500 V auf der Primärseite des Transformators 5 etwa 50 bis 80 V auf der Sekundärseite 5£> liegen und ein Strom von etwa 20 kA durch die Zuleitungen Ua und 116 fließt. In Reihe mit der Sekundärwicklung 5b des Transformators 5 ist die Sekundärwicklung 1Oj eines weiteren Transformators 10 angeordnet, auf dessen Hochspannungsseite eine mit

ΖΌ 1 / 3

der Primärwicklung tOb verbundene Kondensatorbatterie 6 angeordnet ist. Diese elektrisch in Reihe mit der Wicklung 5b angeordnete Kondensatorbatterie 6 ist dabei so gewählt, daß sie den cos ρ der Anlage von etwa 0,2 bis auf 1,0 kompensieren kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Umschmelzofen, bei dem der jeweils unter der Elektroschlacke liegende Elektrodenteil durch netzfrequente elektrische Ströme abschmelzbar ist, weiche zwischen dem Elektrodenteil und der Ofenwandung fließen und bei dem die Ströme von 10 kA und darüber aus einem Transformator entnehmbar sind, dessen Hochspannungsprimärseite über einen mit Thyristoren arbeitenden Wechselstromsteller mit einem Netz verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Niederspannungsseite des Transformators (5) in Reihe mit der Sekundärwicklung (5b) die Sekundärwicklung (iOa) eines weiteren Transformators (10) liegt, an dessen hochspannungsseitiger Primärwicklung (iOb) eine kompensierende Kondensatorbatterie (6) angeschlossen ist.