DE2018065B2

DE2018065B2 - Anlage zum elektroschlacke-umschmelzen von abschmelzelektroden

Info

Publication number: DE2018065B2
Application number: DE19702018065
Authority: DE
Inventors: Boris E.; Lebedev Vladimir K.; Medover Boris I.; Pentegov Igor V.; Latas Jurij V.; Bondarenko Oleg P.; Baglai Vitalij M.; Podola Nikolaj V.; Emeljanenko Julij G.; Kiew Paton (Sowjetunion)
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1969-06-16
Filing date: 1970-04-15
Publication date: 1978-02-16
Also published as: US3665081A; JPS5031977B1; SE356198B; DE2018065A1; AT301776B; BE749887A; FR2049951A5; GB1278169A; US3790691A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum ektroschlacke-Umschmelzen von Abschmelzelektro- :n, die eine Kokille und einen Elektrodenhalter für eine :rade Anzahl von mindestens vier voneinander olierten Elektrodengruppen, von denen jede aus indestens einer Elektrode besteht, sowie mindestens einen die Anlage speisenden Transformator mit einer Anzahl von Sekundärwicklungen, die halb so groß ist wie die Anzahl der Elektrodengruppen, aufweist, wobei jede dieser Wicklungen an zwei verschiedene Elektrodengruppen angeschlossen ist.

Aus den bekanntgemachten Unterlagen der Patentanmeldung V 1169 VIII d/21 h ist ein Glasofen mit Elektroden bekannt, bei dem eine Anzahl von Sekundärwicklungen, die halb so groß ist wie die Anzahl der Elektroden, den Ofen speist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Anlagen zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Abschmelzelektroden neben gleicher linearer Abschmelzgeschwindigkeit der Elektroden ein gleichmäßiges Temperaturfeld im Schlackenbad zu erzielen und vollkommen ausgeglichene induktionsfreie Stromzufuhr zu den Elektroden herzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Elektroden symmetrisch zueinander angeordnet sind, daß die Mittelanzapfungen aller Sekundärwicklungen des Transformators zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt auf jeder Symmetrieachse des Elektrodenhalters mittels isolierter Schienenhalter herausgeführt sind und daß jeder dieser Schienenleiter bifilar mit den Schienenleitern ausgeführt ist, welche die Enden dieser Sekundärwicklungen mit den Elektrodengruppen verbinden.

Eine symmetrische Anordnung von Elektroden ist für Glasschmelzofen aus der GB-PS 8 89 032 bekannt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die erfindungsgemäße Zusammenführung der Mittelanzapfungen aller Sekundärwicklungen des Transformators wird eine hohe Gleichmäßigkeit der Abschmelzgeschwindigkeiten der Elektroden und des Temperaturfeldes im Schlackenbad erreicht und die bifilare Anordnung, die bekanntlich eine Parallelanordnung von zwei Leitern beinhaltet, stellt eine möglichst induktionsfreie Stromzufuhr zu den Elektroden sicher.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 das Prinzipschaltbild einer Anlage zum Umschmelzen von vier Abschmelzelektroden, bei der die Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen des Transformators durch Schienenleiter verbunden sind,

F i g. 2 das Prinzipschaltbild einer Anlage zum Umschmelzen von vier Abschmelzelektroden, bei der die Mittelpunkte der Ausgleichsdrosseln durch Schienenleiter verbunden sind,

Fig.3 das Prinzipschaltbild einer Anlage zum Erschmelzen von Hohlblöcken mittels Elektrodengruppen, bei der die Mittelpunkte der Sekundärwicklungen in der Mitte des Elektrodenhalters miteinander verbunden sind,

F i g. 4 das Prinzipschaltbild einer Anlage zum Umschmelzen von sechs Abschmelz-Elektroden, bei der die Sekundärwicklungen der Transformatoren an je zwei Elektroden angeschlossen sind, die sich in zwei Nachbarecken des Vielecks befinden,

Fig.5 das Vektordiagramm der Spannungen zwischen den Elektroden bei der aus Fig.4 ersichtlichen Schaltung,

F i g. 6 das Prinzipschaltbild einer Anlage zum Umschmelzen von sechs Abschmelz-Elektroden, bei der die Sekundärwicklungen der Transformatoren an je zwei Elektroden angeschlossen sind, die sich in diametral gegenüberliegenden Ecken des Vielecks

befinden,

Fig. 7 das Vektordiagramm der Spannungen zwischen den Elektroden bei der aus F i g. 6 ersichtlichen Schaltung und

F i g. 8 das Prinzipschaltbild einer Anlage zum Umschmelzen von sechs Abschmelz-Elektroden, bei der die Mittelpunkte der Ausgleichsdrosseln am metallischen Rohling angeschlossen sind.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Anlage werden gleichzeitig vier Gruppen Abschmelz-Elektroden I, II, 111 und IV, die zueinander unbeweglich im gemeinsamen (aus F i g. 1 nicht ersichtlichen) Elektrodenhalter befestigt sind, der Elektroschlackeumschmelzung unterzogen. Die Abschmelz-Elektroden sind paarweise an den beiden Enden der Sekundärwicklungen der Transformatoren 5, 6 angeschlossen. Die Elektroden I, II sind am Ende Γ bzw. 2' der Wicklung des Transformators 6 und die Elektroden III, IV am Ende 3' bzw. 4' der Wicklung des Transformators 5 angeschlossen. Die Mittelpunkte Οι, O2 der Sekundärwicklungen der Transfoi matoren 5 und 6 sind miteinander durch Schienenleiter 7 über einen gemeinsamen Verbindungspunkt 11 verbunden, die von der Kokille 8 und anderen Bauteilen der Anlage isoliert sind. Hierbei können die Primärwicklungen der Transformatoren 5 und 6 in beliebige Phasen des Drehstromnetzes geschaltet sein. Die Verbindung der Mittelpunkte Οι, O₂ durch den gemeinsamen Schienenleiter 7 sorgt für die erforderliche elektrische Kopplung zwischen allen Elektroden I, II, III, IV und gewährleistet eine aktive Selbstregelung der linearen Abschmeizgeschwindigkeiten der Abschmelz-Elektroden. In den Fällen, wenn fertigungstechnische Schwierigkeiten beim Herausführen der Abzweigungen von den Mittelpunkten der Sekundärwicklungen der Transformatoren entstehen, können für den oben dargelegten Zweck Ausgleichsdrosseln verwandt werden. Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß in diesem Falle die Elektrodengruppen I,

II, III und IV ebenfalls paarweise an die Enden der Sekundärwicklungen der Transformatoren 5 und 6 angeschlossen werden. Die Elektroden I, Il werden an den Enden Γ, 2' und die Elektroden III, IV an den Enden 3', 4' angeschlossen, während die Ausgleichsdrosseln 9 und 10 mit den Sekundärwicklungen der Transformatoren 5 und 6 parallelgeschaltet sind. Die Mittelpunkte 0| und O2 der Ausgleichsdrosseln 9 und 10 sind miteinander durch den Schienenleiter 7 verbunden, der ebenfalls von den Bauteilen der Anlage isoliert ist.

Beim Betrieb einer Anlage mit großer Anzahl von Elektrodengruppen werden erhöhte Anforderungen an die Konstruktion eines kurzen Anlagenetzes gestellt, da, um die technisch-wirtschaftlichen Anlagenkennwerte zu verbessern und die Betriebsfähigkeit der Anlage bei großen Stromstärken sicherzustellen, eine vollkommen ausgeglichene induktionsfreie Stromzufuhr zu den verzehrbaren Elektroden gewährleistet werden muß. Zum Erreichen dieser Ziele dient der in Fig.3 dargestellte allgemeine Fall einer elektrischen Speiseschaltung für eine Anlage zum Erschmelzen von Hohlblöcken durch Umschmelzen Abschmelz-Elektroden mit gerader (n=2m, wobei /n=2,3,4,5...) Anzahl η von Elektrodengruppen. Die Elektrodengruppen I, H,

III, IV, V, VI, A und B werden paarweise an die Enden Γ—2', 3'—4', 5'—6', a'—b'usv/. der Sekundärwicklungen der Transformatoren angeschlossen, wobei die Anzahl der Sekundärwicklungen halb so groß wie die der η Elektrodengruppen ist. Die Mittelpunkte 0i, O₂,0₃, O_n usw. der Sekundärwicklungen sind miteinander durch Schienenleiter 7 verbunden, von denen jeder bifilar mit den Schienenleitern verlegt ist, welche die Enden der entsprechenden Sekundärwicklung mit zwei Elektrodengruppen verbinden.

Die Verbindungsstelle 11 aller Mittelpunkte der Sekundärwicklungen der Transformatoren befindet sich direkt am Elektrodenhalter auf der Symmetrieachse der Kokille 12 und 13 und ist von dieser isoliert. Die Primärwicklungen der erwähnten Transformatoren können an ein Einphasen- oder ein Drehstromnetz entweder mit zyklischer Aufeinanderfolge der Phasen beim Rundgang um die Kokille oder mit einer Aufeinanderfolge nach einem beliebig gewählten Gesetz angeschlossen sein.

Bei Hochleistungsanlagen werden die Elektrodengruppen, um die Effektivität der Selbststabilisierung der Abschmelzgeschwindigkeiten der Elektroden zu erhöhen, an den Ecken des regelmäßigen Vielecks angeordnet, wobei sich zwei Elektrodengruppen, die an den Enden einer Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen sind, an zwei Nachbarecken oder an zwei diametral gegenüberliegenden Ecken des Vielecks befinden.

Weiterhin werden alle Ausführungsbeispiele der beschriebenen Erfindung anhand der in F i g. 4 abgebildeten Anlage erläutert. Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß die Anlage sechs Gruppen Abschmelz-Elektroden I, II, III, IV, V, VI besitzt, die unbeweglich zueinander befestigt und voneinander isoliert sind und die durch drei Einphasen-Transformatoren 14,15,16 gespeist werden, welche an ein Drehstromnetz angeschlossen sind. Im vorliegenden Falle besitzt jede Gruppe eine Elektrode. Die erwähnte Anlage kann beim Vorhandensein von nur sechs Abschmelz-Elektroden durch einen Drehstromtransformator mit drei Sekundärwicklungen gespeist werden.

Die verzehrbaren Elektroden I, II, III, IV, V, Vl sind an den Ecken eines regelmäßigen Vielecks angeordnet und bilden drei Elektrodenpaare I-Il, III-IV, V-VI, die an den Enden 1', 2', 3', 4', 5', 6' der Sekundärwicklungen der drei Einphasen-Transformatoren 14, 15,16 angeschlossen und mit diesen in Reihe geschaltet sind, wobei die Transformatoren zueinander unter Winkeln von 120° symmetrisch zur Symmetrieachse der Anlage liegen. Die Konstruktion eines kurzen Netzes wird am einfachsten, was bei Betrieb der Anlage mit großen Stromstärken (bis 50 ... 70 kA) sehr wichtig ist, wenn jedes der Elektrodenpaare I-II, III-IV, V-VI sich an zwei Ecken des Vielecks befindet, das durch die Elektroden gebildet wird, wobei die erwähnten Ecken zu einer Seite des Sechsecks gehören, während sich die Verbindungsstelle 11 aller Mittelpunkte der Sekundärwicklungen der Transformatoren auf der Symmetrieachse des Elektrodenhalters befindet. Hierbei wird minimale induktivität des gesamten kurzen Anlagenetzes erzielt, da jeder der Schienenleiter 7, welcher die Mittelpunkte der Sekundärwicklungen der Speisetransformatoren verbindet, bifilar (in schichtweiser Zusammensetzung) mit den Schienenleitern verlegt wird, welche die Enden der Sekundärwicklung des entsprechenden Transformators mit den Elektroden der Anlage verbinden.

F i g. 5 zeigt das Vektordiagramm der Spannungen zwischen den Elektroden 1, II, III, IV, V, VI, die gemäß der in Fig.4 dargestellten Schaltung angeschlossen sind. Die Verbindung aller Mittelpunkte sorgt für die erforderliche elektrische Kopplung zwischen Elektroden und Transformatoren und gewährleistet eine aktive Selbstregelung der linearen Schmelzgeschwindigkeiten der Elektroden. Die Mittelpunkte aller Sekundärwick-

lungen besitzen ein und dasselbe Potential und sind im Diagramm durch Punkt 11 dargestellt, der alle Leiterspannungen

III. Ml-IV, V-Vl

halbiert.

Wenn angenommen wird, daß alle Elektroden gleich tief ins Schlackenbad eingetaucht sind, dann sind die Spannungswerte zwischen beispielsweise Elektrode Vl und den übrigen Elektroden entsprechend dem Spannungsdiagramm die folgenden:

u ^U ■

ν ;

l/v.-IV= yl/ ;

υ ^U

vi-in

l/v,-v = U ;

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wo U die Leiterspannung ist. Im betrachteten Fall sind die äquivalenten Schlackenwiderstände zwischen dem Ende einer jeden Elektrode und dem Metallbad einander gleich; die durch jede der Elektroden fließenden Ströme sind ebenfalls einander gleich.

Jetzt wird angenommen, daß Elektrode VI tiefer in die Schlacke als die übrigen Elektroden eingetaucht ist, was durch unterschiedlichen Elektrodenquerschnitt oder Abweichung von der vorgesehenen geometrischen Lage der Elektroden im Schlackenbad oder durch unterschiedliche Schmelztemperatur hervorgerufen werden kann.

In diesem Falle wird der Widerstand zwischen dem Ende der eingetauchten Elektrode V! und dem Metallbad geringer als der Widerstand zwischen den übrigen Elektroden und dem Metall, was zur Folge hat, daß durch jede der Elektroden 1, II, III, IV, V ein zusätzlicher Strom Δ\ fließt, wobei Δ\ von der Spannung und dem Widerstand zwischen Elektrode Vl und jeder der Elektroden abhängt. Diese Ströme Δ\ summieren sich geometrisch in der Elektrode VI, die daher intensiver als die übrigen Elektroden abgeschmolzen wird. Auf diese Weise wird die Eintauchtiefe der Elektroden im Schlackenbad ausgeglichen. Wenn der Grund für das ungleichmäßige Schmelzen der Elektroden während der ganzen Schmelzzeit bestehen bleibt, so ist Elektrode Vl etwas tiefer als die übrigen Elektroden eingetaucht. Der Unterschied der Eintauchtiefe hängt vom Verstärkungsfaktor des ganzen Sclbstregelungssy- ^rj5 sicms ab.

Die in F i g. 4 dargestellte Schaltung besitzt eine gewisse Spanniingsiisymmctrie. Zwischen Elektrode Vl und Elektrode V besteht die Spannung ll\\.\=U

zwischen Elektrode Vl und Elektrode I Ll\\\ =

analoges Verhältnis besteht bei allen Elektroden, d. h., die Spannung zwischen den Elektroden ist nicht proportional dem Abstand zwischen ihnen. Daher kann, um vollkommene Symmetrie des Diagramms der Spannungen zwischen allen Elektroden und höhere Effektivität beim Stabilisieren der linearen Abschmclz-L'eschwindiu'keiiun der verzehrbaren Elektroden zu erreichen, sich jedes Paar Elektroden, beispielsweise III, Vl, die an derselben Sekundärwicklung 3', 6' des Transformators 14 (F i g. 6) angeschlossen sind, an zwei gegenüberliegenden Ecken des regelmäßigen Sechsecks befinden. In diesem Falle wiederholt das in Fig. 7 dargestellte Vektordiagramm der Spannungen zwischen den Elektroden I... VI vollkommen die geometrische Anordnung der Elektroden im Schlackenbad, wobei die Spannung zwischen beliebigen Nachbarelektroden, beispielsweise 1-11, H-IU, HI-IV, usw., dieselbe

und gleich — ist. Die Spannung zwischen den Elektroden, die sich an den Ecken gleichseitiger Dreiecke (z. B. Δ II. IV, VI oder Δ I, III, V) befinden, ist dieselbe und gleich I- U. Die Spannung zwischen Elektroden, die

sich an gegenüberliegenden Ecken des Sechsecks befinden, d. h. üu.v; L/m-vi; i-Ί-ιν ist dieselbe und gleich U. Mit anderen Worten, es wird volle Spannungssymmetrie bewahrt, da die Spannungen zwischen den Elektroden proportional dem Abstand zwischen ihnen wachsen. Als Folge hiervon ist die Effektivität der Selbstregelung höher als bei der in F i g. 4 dargestellten Schaltung.

Es wird, um den Füllungsgrad der Kokille zu erhöhen und die Anlagenhöhe zu vermindern, im Mittelpunkt des regelmäßigen Vielecks, das durch die Gruppen von Abschmelz-Elektroden 1... Vl gebildet wird, der metallische abschmelzende Rohling 17 angeordnet, der von den Bauteilen der Anlage isoliert und mit seinem unterem Ende ins Schlackenbad eingetaucht ist. Die Mittelpunkte der Sekundärwicklungen der Transformatoren oder der Ausgleichsdrosseln können entweder am erwähnten metallischen Rohling oder isoliert von ihm miteinander verbunden werden.

Fig.8 enthält das Schaltbild einer solchen Anlage zum Umschmelzen in der Kühlkokille 12 von sechs Abschmelz-Elektroden I ... VI, die an den Ecken des regelmäßigen Sechsecks angeordnet und in Paare I-Il, IH-I^-V. V-VI unterteilt sind, von denen jedes an den entsprechenden Enden Γ—2', 3'—4', 5'—6' der Sekundärwicklungen von drei Einphasen-Transformatoren 14,15,16 angeschlossen ist, deren Primärwicklungen ans Drehstromnetz angeschlossen sind. An den Enden jeder der Sekundärwicklungen Γ—2', 3'—4', 5'—6' ist die Wicklung einer der Ausgleichsdrosseln 18, 19, 20 angeschlossen, deren Mittelpunkte Οι, Ο2, Oj ebenfalls durch Schienenleiter 7 verbunden sind, wobei der Verbindungspunkt aller Schienenleiter am abschmelzbaren metallischen Rohling 17 angeschlossen ist, der sich im Mittelpunkt des Sechsecks befindet und mit seinem unteren Ende ins Schlackenbad eingetaucht ist.

Das Arbeitsprinzip der in F i g. 8 dargestellten Anlage ist analog dem oben beschriebenen.

Somit ermöglicht die beschriebene Anlage das Elektroschlacke-Umschmelzen einer beliebigen geraden Anzahl von Gruppen, und zwar von mindestens vier Gruppen von Abschmelz-Elektroden, die unbeweglich zueinander im gemeinsamen Elektrodenhalter befestigt sind und verschiedene Querschnitte, unterschiedliche Schmelztemperaturen, verschiedene chemische Zusammensetzung besitzen und deren geometrische Lage im Schlackcnbad nicht der vorgesehenen entspricht, wobei ein ungleichmäßiges Schmelzen der Elektroden vollkommen bcseiligl und auch das Auftreten von Betriebsstörungen vermieden wird.

Es ist verständlich, daß bei einer großen Zahl von

Transformatoren und bei bedeutenden Abständen zwischen den Elektroden, beispielsweise beim Erschmelzen eines hohlen Rohlings mit großem Durchmesser oder eines brammenförmigen Blocks mit rechteckigem Querschnitt, die Mittelpunkte der Transformatorwicklungen oder die Mittelpunkte der Ausgleichsdrosseln gruppenweise, aber mit mindestens zwei Wicklungen in jeder Gruppe, verbunden werden können.

Hierbei besteht keine elektrische Verbindung der

Untersatzplattc und des Blocks mit den Speisequi wodurch der Anlagcnaufbau, insbesondere bein· schmelzen von über 100 I schweren Blöcken und Hohlblöekcn bedeutend vereinfacht wird.

Da zwischen allen Elektroden Spannungen beste wird außerdem ein Stromfluß zwischen ihnen in Schlacke erzeugt, wodurch ein gleichmäßiges Teni[ tiirlcld im Schlackcnbad geschaffen wird. Die; besonders wichtig beim Erschmelzen von Blocker großem und kompliziertem Querschnitt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Abschmelzelektroden, die eine Kokille und einen Elektrodenhalter für eine gerade Anzahl von mindestens vier voneinander isolierten Elektrodengruppen, von denen jede aus mindestens einer Elektrode besteht, sowie mindestens einen die Anlage speisenden Transformator mit einer Anzahl von Sekundärwicklungen, die halb so groß ist wie die Anzahl der Elektrodengruppen, aufweist, wobei jede dieser Wicklungen an zwei verschiedene Elektrodengruppen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (I bis IV) symmetrisch zueinander angeordnet sind, daß die Mittelanzapfungen aller Sekundärwicklungen des Transformators zu einem gemeinsamen Ver'oindungspunkt (11) auf jeder Symmetrieachse des Elektrodenhalters mittels isolierter Schienenleiter (7) herausgeführt sind und daß jeder dieser Schienenleiter (7) bifilar mit den Schienenleitern ausgeführt ist, welche die Enden dieser Sekundärwicklungen mit den Elektrodengruppen verbinden.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (I bis VI) an den Ecken eines durch sie gebildeten, regelmäßigen Vielecks so angeordnet sind, daß je zwei Elektroden, die an den Enden einer Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen sind, sich an zwei Nachbarecken des Vielecks befinden.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (I bis VI) an den Enden eines durch sie gebildeten, regelmäßigen Vielecks so angeordnet sind, daß je zwei Elektroden, die an den Enden einer Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen sind, sich an diametral gegenüberliegenden Ecken des Vielecks befinden.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des Elektrodenhalters mindestens ein metallischer Rohling (17) angebracht ist, der vom Elektrodenhalter isoliert und mit einem Ende in das Schlackenbad eingetaucht ist, während an sein anderes Ende — und mit dem Verbindungspunkt (11) der Schienenleiter (7) verbunden — angeschlossen ist, wobei diese Schienenleiter (7) von den Mittelpunkten der Sekundärwicklungen des Transformators kommen.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (17) aus einem der Legierung dienenden Metall besteht.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Sekundärwicklungen ohne Mittelanzapfung jeder Sekundärwicklung eine Ausgleichsdrossel parallel geschaltet ist, deren Mittelanzapfungen durch Schienenleiter (7) zu dem gemeinsamen Verbindungspunkt (11) geführt sind.