DE2145083A1 - Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Metall - Google Patents

Description

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ANLAGE ZUM ELEKDHOSCHLACiOS-UMSCHMELZEN VOH METALL

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrometallurgie, insbesondere auf eine Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen, und kann zum Erschmelzen von großen Blöcken aus hochwertigen Stählen und Legierungen mit einem Gewicht von mehreren hundert Tonnen angewandt werden.

Es sind bekannt Mehrphasenanlagen zum Elektroschlacke-Umschmelzen in einer gekühlten Kokille ^mi"k Ab schmelz- .-Elektroden in einer Menge, die durch die Anzahl ^derPhasen

mehrphasigen Wechselstroms von Industriefrequenz teilbar ist (siehe das Buch von B.I. Latasch, Β·Ι· Maximowitsch, L.I« Stupak "Elektroschlacke-Umschmelzung", Moskau, 19^3» S. 21, 22)· Die. Elektroden können in bezug aufeinander unbeweglich befestigt werden (siehe z.B. "Elektroschlackeofen zum Erzeugen von Blöcken mit einem Gewicht von 10-12 Vj₉

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Bulletin ZIINTschEBMET, Heft 1, 196-5, S. 36-37). Beim Erschmelzen von Blöcken großen Gewichts in der Grössenordnung von 200 t wird der Vorzug den Mehrelektrodenanlagen gegeben, da solche Anlagen gegenüber den ^reielektrodenanlagen niedrigere Höhe und bessere elektrische Daten aufweisen·

Bekannt sind elektrische Mehrelektrodenöfen, welche von einer Mehrphasen-Wechselstromquelle gespeist werden (s. den UdSSR-Urheberschein Nr. 263772, Kl. 21h, 16/01, 18b 7/06 Bulletin "Erfindungen, ü-eschmacksmuster und Warenzeichen", Nr. 8, 1970)· Bei diesen öfen sind die benachbarten Elektroden mittels elektrisch leitender ^tege. paarweise verbunden, und an eines der Enden jedes Stegs sind ^stromzufuhrungen angeschlossen, welche an Sekundärwicklungen eines Transformators angeschlosen werden, deren Anzahl der Zahl der Gruppen von Abschmelz-Elektroden gleich ist und an denen die Spannungen ein symmetrisches Mehrphasensystem bilden« Dieses Schaltschema der Elektroden ist eines der einfachsten und zuverlässigsten und gewährleistet eine hohe Leistung und einen hohen Wirkungsgrad des Ofens. Jedoch besitzt dieses Schema, angewandt für die Elektroschlacke-Umschmelzung von sechs Elektroden, die sich an den Spitzen eines regelmäßigen Sechsecks befinden und in bezug aufeinander unbeweglich befestigt sind, wesentliche Nachteile; es gewährleistet kein gleichmäßiges Temperaturfeld und Selbstausgleichen der linearen Schmelzgeschwindigkeit der Elektroden, was für die Herstellung von hochwertigen Blöcken mit

* m.

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guter Oberfläche erforderlich ist.

Die !Schlacke ist in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden, die mittels stromleitender Stege verbunden sind| kalter als in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden der benachbarten Gruppen, weil die Elektroden jeder Gruppe unter demselben Potential stehen und der Strom durch die Schlacke zwischen ihnen nicht fließt« Dieses am Blockumfang ungleichmä-βige Temperaturfeld des Schlackenbades führt zur Bildung von nähten und Einschnürungen auf der Blockoberflache· 1st die Gleichheit der Elektrodenquerschnitte beispiels-

"iner
weise wegen ^v Porosität der schweren Absclimelz - Gußelektroden gestört oder sind die Elektroden jeder Gruppe bezüglich der Elektroden der benachbarten Gruppen und der Kokillenwand in einer nach dem bekannten Schema gespeisten Anlage unterschiedlich angeordnet, so··.-wird der Selbstausgleich der linearen Schmelzgeschwindigkeiten der Elektroden nicht gewährleistet, die in bezug aufeinander unbeweglich befestigt sind (Schmelzen der Elektroden mit während des Schmelzganges unveränderter Kir.- -!--Λ3el·tiefe in die Schlacke)·

Außerdem kann der unsymmetrische Anschluß der Stromzuführung an die zwei Elektroden verbindenden Stege beim Umschmelzen der Elektroden großen Durchmessers zu. ungleichmäßigem Schmelzen der Elektroden führen, welche mittels ^er Steges verbunden sind·

ζ·vieck der vorliegenden -Erfindung ist die beseitigung der oben erwähnten Nachteile·

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Erzeugung nach dem Elektroschlacke-umschmelzverfahren von Blöcken hohen üewichts mit gleichmäßigem Temperaturfeld und mit Selbstausgleiah der linearen üchmelzgescnwindigkeit der in bezug aufeinander unbeweglich befestigten Elektroden zu schaffen, die eine vereinfachte Bauart besitzt und zur gleichen Zeit einen geringen Blindwiderstand des Abschnitts des durch die verzehrbaren Elektroden gebildeten kurzen Netzes sowie hohe Energiekennwerte aufweist.

Dies wird dadurch erreicht, daß in der Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Metallι die eine gekühlte Kokille mit in dieser untergebrachten verzehrbaren Elektroden, welche sich an den Spitzen eines durch sie gebildeten regelmäßigen Vielecks

und '

befinden vim Elektrodenhalter isoliert befestigt und miteinander paarweise mittels stromleitender Stege, verbunden sind, sowie mindestens einen Speise transformator mit bifuare-n ■ Strom-" schienen fur die Stromzuführung zu den A.br:chmelz -. Elektroden enthält, wobei die Spannungen an den Sekundärwicklungen des erwähnten Transformators ein symmetrisches Mehrphasensystem mit einer Anzahl von Sekundärwicklungen bilden, die der Zahl der Gruppen von Ab schmelz - Elektroden gleich ist, erfindungsgemäß die erwähnten stromleitenden Stege die an den Spitzen des regelmäßigen Vielecks diametral gegenüberliegenden Absehneüs - Elektroden verbinden.

Es ist zweckmäßig, den mittleren Teil jedes vorgenannten stromleitenden Steges mittels Stromschiene an den Anfang der

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ΠθΙίΤΘΙΌΤ

Sekundärwicklung eines ν Einphasenspeisetransformatoren, die bezuglich der Kokille symmetrisch angeordnet sind, anzuschließen und die Enden der "besagten Sekundärwicklungen ebenfalls mittels Stromschienen, welche Bifilar zu den die stromleitenden Stege mit den Wicklungsanfängen verbindenden Stromschienen verlaufen, Über dem Elektrodenhalter innerhalb des durch die Elektroden gebildeten regelmäßigen Vielecks in Stern zu schalten·

Der mittlere Teil jedes stromleitenden Steges kann gleichzeitig an die ungleichnamigen Enden der Sekundärwicklungen zweier angrenzender Einphasenspeisetransformatoren angeschlossen werden,

den
die zusammen mit ^anderen Einphasentransformatoren symmetrisch bezüglich der Kokille angeordnet sind und deren Sekundärwicklungen in Dreieck geschaltet sind·

Es ist weiter zweckmäßig, jeden stromleitenden Steg, der die diametral gegenüberliegenden Abschmelz - Elektroden verbindet, an der Seite einer Elektrode an den Sekundärwicklungsanfang eines der Einphasenspeisetransformatoren anzuschließen und an der Seite der gegenüberliegenden Elektrode an das Sekundarwicklungsende des anderen Einphasentransformators anzuschalten, wodurch alle Sekundärwicklungen der transformatoren eine Dreieckschaltung bilden· Die mittleren Teilender vorgenannten stromleitenden Stege können auch mittels bifilarer Stromschiene

jeweils an die Ausführungen der Sekundärwicklungen/!, eines Mehrphasentransform<afcors angeschlossen sein· Am zweckmäßigsten werden die besagten stromleitenden Stege

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innerhalb des durch die Elektroden gebildeten regelmäßigen Vielecks angeordnet«

Die entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgeführte

Anlage löst mit Erfolg die gestellten Aufgaben*

Zum besseren Verständnis des Wesens der Erfindung wird nachstehend eine ^eingehende. Beschreibung der bevorzugten W Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anlage mit Bezugnähme auf die beigefügten Zeichnungen angeführt· Es zeigen:

Fig· 1 elektrische Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Anlage ι die von drei Einphasentransformatoren gespeist wird, deren Sekundärwicklungen in Stern geschaltet sind;

Fig« 2 Vektordiagramm der Spannungen an den Elektroden der Anlage gemäß Fig· 1;

Fig· 3» 4 zwei Varianten der elektrischen Prinzipschaltung derselben Anlage, die von drei Einvphasentransjpormatoren gespeist wird, deren Sekundärwicklungen in Dreieck geschaltet sind;

■Fig« 5 elektrische Prinzipschaltung der Anlage, die von einem Mehrphasentransformator gespeist wird«

In den Beispielen wird die vorgeschlagen« Erfindung in Anwendung auf eine Sechselektrodenanlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen betrachtet«

Aus Fig« 1 ist ersichtlich, daß die Anlage Afcschmelz-Elektroden 1-6 enthält, welche an/xLen Spitzen eines durch sie gebildeten regelmäßigen Sechsecks angeordnet und in einem Elek— trodenhalter 8 unbeweglich in bezug aufeinander und isoliert von demselben befestigt sind« Die Anlage besitzt auch einen

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zentralen Metallrohling 7, der zur Steigerung der Anlagenlei stung beim Erschmelzen von vollen Blöcken notwendig ist. Im

Wenn Hohlblöcke erschmolzen werdeni wird der zentrale Rohling 7 nicht eingesetzt» Das Elektrodensystem ist unter strenger Einhaltung der axialen Symmetrie bezüglich der gekühlten Kokille (in Pig, 1 nicht dargestellt) ausgeführt. Die Elektrodenpaare 1,4·; 2,5 ι 3, 6 , die sich an den diametral gegen überliegenden Ecken des Sechsecks befinden, sind miteinander mittels stromleitenden wassergekühlten Kupferstegen 9 verbunden, die für den Durchfluß des Schmelzstroms einer > Elektrode berechnet sind· An den mittleren Teil der Stege 9 sind über Stromschienen 10 die Sekundärwicklungsanfänge von Einphasenspeisetransformatoren 11 angeschlossen« Die Enden der Sekundärwicklungen der Transformatoren 11 sind mittels Stromschienen 12 (bifilar zu den Stromschienen 10) im Punkt 13 in Stern geschaltet, welcher Punkt auf der Symmetrieachse der Elektroden 1-6 liegt. Die Verbindungsstelle der Stromschienen 12 im Punkt 1J wird zweckmäßigerweise über dem Elektrodenhalter 8 gewählt, um die Induktivität des kurzen Netzes zu vermindern· Der NuIl-

n punkt 13 des durch die Sekundärwicklungeanden der Transformator ei 11 gebildetem Sterns kann an den zentralen Metallrohling 7 (wie dies in Pig· 1 gezeigt ist) angeschaltet oder von diesem isoliert sein· Die Einphasenspeisetransformatoren 11 sind symmetrisch um die Schmelzanlage herum angeordnet· Beim Anschluß dieser Transformatoren an das Energienetz in Stern ader Dreieck bilden die Spannungen an deren Sekundärwicklungen ein symmetri-

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sches Mehrphasensystem (in dem vorliegenden Beispiel ein Dreiphasensystem), wobei die Anzahl der Sekundärwicklungen stets der Zahl der Gruppen von Abschmelz - Elektroden gleich sein soll.

Diese elektrische Speiseschaltung der Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen gewährleistet die Spaltung des Magnet-) feldes auf dem Abschnitt des durch die Abschmelz - Elektroden gebildeten kurzen netzes in zwei gleiche Teile im Vergleich zu einer Schaltung» bei welcher an verschiedene Enden der Sekundärwicklung des Speisetransformators angrenzende Elektroden paarweise angeschlossen werden·

Dank der Spaltung des Magnetfeldes ist in der erfindungsgemäßen Anlage zum Erschmelzen von Blöcken von etwa 200 t Gewicht erheblich die Süßere Induktivität des Elektrodensystems gegenüber den bekannten Mehrphasen-Schaltscnematader Elektroden vermindert· Deshalb ist wesentlicn die Induktivität des ganzen elektrischen Netzes der Anlage verringert, wobei dadurch bei der Speisung des Ofens mit mehrphasigem Wechselstrom von Industriefrequenz 50 Hz ein hoher leistungsfaktor (Cos j =0,9 0,95; sichergestellt wird. In dem beschriebenen Beispiel ist zwischen öeder der Elektroden 1-6 und den übrigen Elektroden (außer der diametral gegenüberliegenden) Xeiterspannung und zwischen dem Nullpunkt 1j5 (oder dem zentralen Rohling 7» wenn dieser mit diesem Punkt verbunden ist) und jeder beliebigen von den Elektroden Phasenspannung angelegt, wie dies aus dem Spannungsdiagramm auf Fig. 2 ersiehtlicht ist.

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Dieses Vektordiagramm der Spannungen an den Elektroden 1-6 gewahrleistet eine gleichmäßige Verteilung der elektrischen und dementsprechend der Wärmefelder im Schlackenbad, was fur die Herstellung von qualitätsgerechten Blöcken erforderlich ist»

Die Selbstregelung der linearen üchmelzgeschwindigkeiten der Abschmelz - Elektroden, die in bezug aufeinander unbeweglich befestigt sind, findet infolge der Neuverteilung der Ströme in den Elektroden bei Veränderung der Eintauchtiefe in die Schlacke einer beliebigen der sechs Elektroden statt. So z,B· nimmt bei Vergrößerung der Eintauchtiefe der Elektrode 4, deren Querschnitt größer als der Querschnitt der anderen Elektroden 1, 2, 3, 5, 6 ist, d· h· bei Verminderung der linearen Schmelzgeschwindigkeit dieser Elektrode, der Strom in der Elektrode 4 zu, der zu den benachbarten Elektroden 3$ 5 und zu den an andere Phasen angeschlossenen Elektroden 2 und 6 fließt* Da der Stromzuwachs in der Elektrode 4 sich aus kleinen

den

Stromzunahmen in vier Elektroden 2, J5» 5» 6 summiert, steigt die Schmelzgeschwindigkeit der Elektrode 4 in größerem Maße als die Schmelzgeschwindigkeit der erwähnten vier Elektroden an« Infolgedessen gleichen sich die linearen Schmelzgeschwindigkeit der Elektroden aus. Nachdem die Wirkung der die Ungleichheit der Schmelzgeschwindigkeiten der Elektroden (die Elektrodenquerschnitte sind gleich) hervorrufenden Ureache aufhört, gleichen sich die Ströme in den Elektroden aus» Es sind auch andere Varianten des Anschlusses der strom—

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leitenden Stege 9 an die Sekundärwicklungen der Speisetransformatoren möglich·

Beispielsweise ist im Falle der Dreieckschaltung der Sekundärwicklungen von Einphasenspeise transformator en der mittlere Teil jedes stromleitenden Steges 9 gleichzeitig an die ungleichnamigen Enden der Sekundärwicklungen zweier angrenzender Einphasentransformatoren 14- 15ι 15 - 16 oder 16 - 14 (Fig. 3) angeschlossen»

In Fig, 4 ist eine Variante gezeigt, Hei der ;jeder stromleitende Steg 9, der paarweise die diametral gegenüberliegenden Abschmelz - Elektroden 1-6, beispielsweise das Paar 1,4 verbindet, an der Seite der Elektrode 4 an den Anfang der Sekundärwicklung des Einphasentransformators 15 und an der Seite der Elektrode 1 an das Ende der Sekundärwicklung des anderen Einphasentransformators 14 angeschlossen« Ähnlich sind

auch die anderen Stege angeschlossen, wodurch alle Sekundäreine wicklungen der Eisphasentransformatoren * Dreieckschaltung

bilden·

Wenn die Anlage von einem Mehrphasentransformator, z. B· einem Dreiphasentransformator (Fig· 5) gespeist wird, schließt man die mittleren Teile der stromleitenden Stege 9 mittels bifilaren Stromschienen 17, 18, 19 an die Ausgänge der Sekundärwicklungen dee Dreiphasentransformators 20 an (auf Fig. 5, 4, 5 sind bei ffransformatoren 14_t 15» 16, 20 nur die Sekundärwicklungen gezeigt)·

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Bei der beschriebenen Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Metall kann die Anzahl der Abschmelz - Elektroden mehr als sechs betragen, jedoch muß sie stets durch diese Zahl teilbar sein.· Hierbei wird das Elektrodensystem in sechs Gruppen aufgeteilt und die diametral gegenüberliegenden Elektrodengruppen miteinander verbunden, wobei Gruppenpaare gebildet werden, welche genauso wie bei dem Sechselektrodensystem verbunden werden»

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Claims (6)

2H5083 PATENTANSPRÜCHE

1. Anlage zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Metall die eine gekühlte Kokille mit in dieser untergebrachten AI^c^jO:·-

Elektroden, die sich „n den Spitzen eines durch sie gebildeten regelmäßigen Vielecks befinden, im Elektrodenhalter isoliert befestigt und miteinander mittels stromleit ander Stege gruppenweise Verbunden sind, sowie mindestens einen Speisetransformator mit bifilarer Stromschienen für die Stromzuführung zu den AtfcLrelz - Elektroden enthält, wobei die Spannungen an cden Sekundärwicklungen des erwähnten Transformators ein symmetrisches Mehrphasensystem mit einer Anzahl von Sekundärwicklungen bilden, die der Zahl der Gruppen von A.^rr-ohrnelz - Elektroden gleich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgenannten stromleitenden Stege (9) die an den Spitzen des regelmäßigen Vielec&s einander gegenüberliegenden Abschmels- Elektroden (1,4; 2,5» 3,6) verbinden.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil jedes stroinleitenden üteges (9), der die einander diametral gegenüberliegenden Elektroden (1,4; 2,5J 3,6) verbindet, mittels Stromschienen (10) jeweils an den Anfang der Sekundärwicklung eines ^EinpnasenijpexsetraüSjLUxmauoreijL (/i'U, uie Düzuglich der Kokille symmetrisch

.A

angeordnet sind, angeschlossen ist, während die Enden der vorerwähnten Sekundärv/iclilungen ebenfalls mittels Stromschienen

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(12), die bifilar zu den Stromschienen (10) verlaufen, welche die si.romle it enden Stege (9) mit den Wicklungsanfängan verbinden, über dem Elektrodenhalter (8) innerhalb des durch die Elektroden (1-6) gebildeten regelmäßigen Vielecks in Stern geschaltet sind.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil jedes stromleitenden Steges (9), der die einander dimaetral gegenüberliegenden Abcchmelz - Elektroden (1,4; 2,5; 3,6) verbindet, gleichzeitig an die ungleichnamigen Enden der Sekundärwicklungen von zwei angrenzenden Einphasenspeisetransformatoren (14 - 15» 15 - 16 oder 16 - 14),

:n irr··.·:· T-os^rrfheit
die^vbezüglich der Kokille symmetrisch angeordnet sind, ange-

schlossen ist.

4· Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder stromleitende Steg (9), der die diametral gegenüberliegenden Abnchmsls - Elektroden (1,4; 2,5» 3»6) verbindet, an der Seite der einen -^lekti-ode, z. B. der Elektrode (4), an den ivnfang der Sekundärwicklung eines der Einphasentransformatoren (15) angeschlossen und an der Seite der gegenüberliegenden Elektrode (1) an das Ende der Sekundärwicklung des anderen Ein-I)hasentransformators (14) angeschaltet ist, wodurch alle Sekundär wicklung en der Transformatoren (14, 15, 16) eine Dreieckschaltung bildene

5· Anlag« nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Toile der stromloitenden Stege (9) mittels bifilarer ofcromachionen (17» 18, 19) jewfUii an die

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Aus.gy.nge der Sekundärwicklungen nur eines Mehrphasentrans· formators (20) angeschlossen sind·

6. Anlage nach Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, aaß die stromleitenden Stege (9), welche die einander gegenüberliegenden Elektroden (1-6) verbinden, sich innerhalb des durch diese Elektroden gebildeten regelmäßigen Vielecks befinden.

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