DE2300341A1 - Lichtbogenofen zum feinen von metall, insbesondere gleichstrom-lichtbogenofen zum schmelzen und feinen von stahlschrott - Google Patents
Lichtbogenofen zum feinen von metall, insbesondere gleichstrom-lichtbogenofen zum schmelzen und feinen von stahlschrottInfo
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Description
Patentanwalt
K ο r I A. B r o s e
OipL-Irg. 2300341
D ΡΓ23 Mondän - Puüach
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DB/Mü-P/7383 8023 Pullach, den 4. Januar 1973
BRITISH STEEL CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Bestimmungen
des "Iron and Steel Act I967", 33 Grosvenor Place, London S.W.l,
England
Lichtbogenofen zum Feinen von Metall, insbesondere Gleichstrom-Lichtbogenofen
zum Schmelzen und Feinen von Stahlschrott
Die Erfindung betrifft einen Lichtbogenofen zum Feinen von Metall,
insbesondere einem Gleichstrom-Lichtbogenofen zum Schmelzen und Feinen von Stahlschrott.
Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Lichtbogen-Widerstandsofen
der mit Gleichstrom betreibbar ist und mindestens eine Elektrode einer Polarität aufweist, die in dem Frischgefäß für die Berührung
mit der Charge montiert ist und eine Anzahl von Elektroden entgegengesetzter Polarität die oberhalb der Charge in das Gefäß*
nach unten ragen.
Vorzugsweise sind letztere Elektroden auf einem kreisförmigen Weg konzentrisch zu den Gefäßwandungen angeordnet und sämtlich an den
negativen Pol angeschlossen und arbeiten als Kathoden. Die Gefäßelektrode (Anode) kann durch einen Vorrat des gefeinten Metalls gebildet
sein, welches in der Basis oder im Herd des'Gefäßes angeordnet ist, wobei von diesem ein langgestreckter Stopfen oder eine
Kehle zur Berührung mit der positiven Energiezufuhr vorsteht. Während des Schmelzens oder Feinens schmilzt dieser Vorrat, jedoch
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wird die Berührung mit der Stromschiene ständig durch die Fest/ Plüssigzwischenfläche aufrechterhalten, die somit in dieser Elektrode
gebildet ist.
Die Anordnung und Form der Gefäßelektrode ist derart, daß der geschmolzene
Vorrat nicht während des Abstiches nicht vollständig entleert wird, so daß die erforderliche Berührung für die folgende
Charge verfügbar ist.
Ein mit Wechselstrom betriebener Lichtbogenofen nach der vorliegenden
Erfindung ergibt einen sehr viel stabileren und gleichmässigeren Bogen als dies der Fall bei Wechselstrom ist, da die nach
unten ragenden Elektroden ständig als Kathoden arbeiten und nicht abwechselnd als Kathode und Anode und folglich ist der Verbrauch
an (Graphit-)Elektroden geringer. Der Betrieb ist fernerhin ruhiger als bei Wechselstromöfen vergleichbarer Größe und Kapazität.
Wesentlich bedeutsamer ist jedoch die Verringerung der Erosion der feuerfest ausgekleideten Wandungen des Ofens, da die Bögen
der mehrfachen Elektroden in Richtung des Mittelpunktes des Ofens nach innen wandern, anstelle nach aussen in Richtung der Wandungen
zu wandern, wie dies der Fall bei WechseIstromöfen ist. Somit sind erhebliche Einsparungen bei den Betriebskosten erzielbar.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen beispielhaft
veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schaltung eines Lichtbogenofens nach der vorliegenden Erfindung zusammen mit dem
Behandlungsgefäß und den Elektroden;
Fig. 2a und 2b die Wirkung eines Gleichstromlichtbogens in der Seitenansicht bzw. in der Draufsicht;
Fig. 3 eine Form der Gdäßelektrode;
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Fig, ila und 4b die Anrodnung der Gefäßelektrode während
des Abstiches bz*f. während der Besehikkung
in Richtung des Pfeiles A von Figur 3 und
Pig. 5 eine andere Ausführungsform der Gefäßelektrode.
Wie in Figur 1 veranschaulicht, besteht der Lichtbogenofen aus einem Gefäß 1 und drei nach unten hängenden Graphitelektroden 2,
3 und 4, die sich durch ein Ofendach (nicht dargestellt) erstreckt,
Die Energiezufuhr des Ofens erfolgt über einen Stern/Dreieck-geschalteten Transformator 5, wobei die Sekundärwindungen des Transformators
eine entsprechende Phase an Siliziumgleichrichter enthaltende Zweiweg-Gleichrichter-Gruppen 6, 7 und 8 abgeben.
Die positiven Ausgänge dieser Gleichrichtergruppen sind miteinander
verbunden und über eine Leitung oder Stromschiene 9 an eine Elektrode in dem Gefäß angeschlossen, die mit der Schmelze in Berührung
steht, wohingegen die negatien Ausgänge der Gleichrichtergruppen
getrennt über Leitungen oder Stromschienen 10, 11 und 12 an die Elektroden 2, 3 bzw. 4 angeschlossen sind.
Bei dieser Form der Schaltung ist die Bogenspannung um Wurzel 3 über ihren Wechselstromwert vergrößert, während die Stromstärke
um diese Größe verringert ist,- in jedem Fall wird die gleiche Kraft und MVA erreicht.
Einer der wesentlichen Vorteile des Gleichstroms im Vergleich mit Wechselstrom liegt, wie bereits oben erwähnt , erfindungsgemäß in
der Tatsache, daß, während die Wechselstromlichtbogen von Mehrfachelektroden von den Elektrodenspitzen nach aussen wandern (was
allgemein als "Ausblasen" bekannt ist), wandern die Gleichstromlichtbögen aufgrund des aufgebauten elektromagnetischen Feldes
nach innen. Dadurch wird die Energiezufuhr zu der Schmelze in der Mitte des Ofens konzentriert. Dieser Gesichtspunkt ist in den
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Figuren 2a und 2b veranschaulicht.
Insbesondere zeigt Figur 2a die oberhalb des geschmolzenen Bades
13 angeordneten Elektroden in der Seitenansicht, aus welcher ersichtlich ist, daß die Schlacke 14 auf der Oberfläche der Schmelze
zu einem hohen Maße in Richtung der Ofenmitte, d-.h. von der feuerfesten Auskleidung des Ofens weg geblasen ist, wodurch die
Heißpunkt-Erosion verringert wird, die sich aufgrund von Strahlung/Leitung der Flammen und/oder durch Schlackenangriff ergibt.
Dies ist in der Draufsicht in Figur 2b veranschaulicht, wobei die entsprechenden Flächen der Energieverteilung bzw. Energiestreuung
durch die Bögen durch die Bezugszeichen 15, 16 und 17 bezeichnet ist.
Die drei Elektroden sind symmetrisch um einen konzentrisch zu den Ofenwandungen liegenden Kreis verteilt und im Vergleich mit dem
Wechselstrombetrieb ist der Teilkreisdurchmesser auf dem diese Elektroden liegen, vorzugsweise größer als im Fall vom Wecheelstromofen,
um zu gewährleisten, daß Schrott in ausreichendem Maße von Lagerstätten im Bereich der Wandungen des Gefäßes abgeschmolzen
wird.
Die (positive) Gefäßelektrode ist in der Basis oder dem Herd des Gefäßes angeordnet und bildet eine Flüssig/Fest-Verbindung des
Stahles»
In Figur 3 ist diese Elektrode durch einen Stahl-"Vorrat" 18 und
eine Kehle oder langgestreckten Stopfen 19 gebildet, dessen Kusseres
wassergekühlt 1st und der in einem besonders ausgebildeten Aufnahmegefäß 20 in der Basis enthalten ist» Dieses kann tatsächlich
eine gießbare feuerfeste Auskleidung sein, und es ist offensichtlich,
daß bei einer praktischen Ausführungsform des Ofens
die Gesamtheit dieses Basls-"Vorsprunges" gleicher Massen von,der
feuerfesten Ausmauerung aufgenommen sein kann* Die gemelnaame
Stromschiene 9 ist an dem entfernt liegenden Ende eines Schenkels
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21 dieses "Aufnahmegefäßes" 20 befestigt. Der Stopfen der durch einen voll ausgebildeten Stahlteil gebildet ist, wird mit der
Elektrode selbst beispielsweise durch ein Gießverfahren vorgefertigt und bearbeitet,um eine gute Berührung mit der Stromschiene
zu gewährleisten.
Der Schenkel 21 erstreckt sich in der gleichen Richtung wie die Stromschiene und der Ofen ist um eine Achse verkippbar, die im
wesentlichen parallel zu diesen Bauteilen liegt.
Wenn bei dieser Anordnung dann eine heiße Metall- und Schrottcharge
eingeführt wird, gelangt diese in Berührung mit der Gefäßelektrode und die Charge wird in normalerweise geschmolzen,
wie beim Wechselstromlichtbogenofen. Jedes Schmelzen des Metallvorrates
in der Gefäßelektrode hat keine Folge, da die Berührung weiterhin durch die sich daraus ergebende Flüssig/Fest-Zwischenflache
aufrechterhalten wird. In der Praxis kann bei geschmolzenem Bad die Temperatur am entfernt liegenden Ende des Stopfens
19 lediglich in der Größenordnung von 200. bis 3000C liegen, so
daß die Stromschiene durch diese Berührung nicht beeinflusst wird und daß aus dem gleichen Grund keine Verunreinigungen zurückgeführt
werden, um die Schmelze zu verunreinigen.
Wenn die Charge zum Abstich fertig ist j wird das Gefäß, wie in
Figur 4a veranschaulicht, gekippt. Es ist jedoch aufgrund der
Anordnung des Vorrates ersichtlich, daß es nicht vollständig von geschmolzenem Metall entleert wird. Somit befindet sich, wenn das
Gefäß wieder zum Beschicken bereit ist (Figur 4b) eine feste oder flüssige Masse an Stahl weiterhin in dem Vorrat enthalten, so daß
die Berührung für die folgende Hitze leicht hergestellt werden kann.
In der abgewandelten, in Figur 5 veranschalichten Ausführungsform
ist der Vorrat durch den Stopfen oder Stange 22 selbst gebildet und ist bei dieser Ausführungsform in der feuerfesten Ausmauerung
der Ofenbasis aufgenommen veranschaulicht. In diesem Fall er-
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streckt er sich in einer Richtung senkrecht zur Kippachse des
Ofens und ist mit einem hakenähnlichen Abschnitt 23 versehen, um zu gewährleisten, daß er beim Abstich nicht vollständig entleert
wird. Falls die Stange in der anderen Richtung angeordnet ist, beispielsweise wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform,
kann ein ähnlicher vorstehender Abschnitt 23 zu diesem Zweck trotzdem erforderlich sein. Das entfernt liegende Ende dieser
Stange ist wassergekühlt und mit einer Stromschiene in der oben beschriebenen Weise verbunden.
Obwohl die vorstehende Erfindung unter Bezugnahme auf die speziel- len
in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben wurde, soll hervorgehoben werden, daß verschiedene
Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ahne vom Grundgedanken der Erfindun-g abzuweichen. Beispielsweise kann
die Stern-Dreiecksschaltung der Energiezufuhr geändert werden, da diese lediglich als Beispiel angeführt wurde, weil die bestehenden
Wechselstromtransformatoren für Lichtbogenofen normalerweise diese
Art Schaltung enthalten. Eine sterngeschaltete Sekundärstufe kann gleicher Maßen verwendet werden, wobei in diesem Falle die
Gleichstromspannungen und Ströme das gleiche Niveau wie bei einem Wechselstromofen haben. Im Vergleich zu einer dreieckgeschalteten
Sekundärstufe dann würde die sterngeschaltete Sekundärstufe nicht
den Elektrodenverbrauch wegen der höheren Stromstärke im Reichen Maße verringern, jedoch würde die Bogenlänge aufgrund der verrin gerten
Spannung verkürzt werden.
Was fernerhin die Gleichrichtung betrifft, wäre eine mehrphasig gleichgerichtete Zufuhr für jede Elektrode gegenüber dem veranschaul-ichten
einphasigen System bevorzugt, jedoch zeigen derartige mehrphasige Gleichrichter die Neigung in die Zufuhroberwellen
einztieiten.
Sämtliche der in der Beschre ibung erwähnten und in den Zeichnungen
erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.
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Claims (8)
- Patentansprüche■Lichtbogenofen zum Feinen von Metall Insbesondere Lichtbogenofen zum Schmelzen und Feinen von Stahlschrott, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen mit einer Gleichstromquelle betreibbar ist und mindestens eine Elektrode(18, 22) einer Polarität aufweist, die in einem Behandlungsgefäß für die Berührung mit der Charge montiert ist und eine Anzahl von Elektroden (2,3,1O entgegengesetzter Polarität aufweist, die oberhalb der Charge in das Gefäß hineinragen.
- 2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Gefäß hineinragenden Elektroden symmetrisch auf einem kreisförmigen, zu den Gefäßwandungen konzentrischen Weg angeordnet sind.
- 3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Gefäß hineinragenden Elektroden als Kathoden an dem negativen Pol der Gleichstromquelle angeschlossen sind.
- 4. Ofen nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäßelekbrode (Anode) durch einen Vorrat des geMnten Metalls gebildet 1st, welcher in der Basis oder dem Herd des Ofens vorgesehen ist, wobei eine langgestreckte Kehle oder Stange von diesem für die Berührung mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle vorsteht.
- 5. Ofen nach Anspruch kt dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrat durch einen schalenförmlgen abgesenkten Teil(20) in dem Herd aufgenommen ist und daß eine Metallstange eich vom Grund dieser Absenkung (20) zu einer Stromschiene erstreckt, wobei die Anordnung derart ist, daß der Vorrat niemals vollständig entleert wird, wenn der Ofen zum Abstich verkippt wird,
- 6. Ofen nach Anspruch *}, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrat durch eine Verlängerung (23) der Metallstange gebildet ist, welche durch den Herd hindurchreicht, wobei die Stange durch eine309830/0422Öffnung im Herd vorsteht, um den Vorrat freizulegen und wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß der Vorrat niemals vollständig entleert wird, wenn der Ofen zum Abstich verkippt wird.
- 7. Ofen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange in einer Richtung parallel zu oder senkrecht zu der Achse liegt, um die das Gefäß verkippt wird.
- 8. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Elektrode eine mehrphasig gleichgerichtete Stromzufuhr vorgesehen ist.30 9 83 0/0422Leerseite
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