DE2350090A1

DE2350090A1 - Induktions-tiegelofen fuer einphasenund wanderfeldbetrieb

Info

Publication number: DE2350090A1
Application number: DE19732350090
Authority: DE
Inventors: Hans Werner Mauve
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1973-10-05
Filing date: 1973-10-05
Publication date: 1975-04-10

Description

BROWN, BOVER! & CIE - AKTIENGESELLSCHAFT [ _r '/-.■■%

MANNHEIM ' :'C.; "^: BROWN BOVtKI

Mp.-Nr. 652/75 Mannheim, den 4. Oktober 1973

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Induktions-Tiegelofen für Einphasen- und Wanderfeldbetrieb

Die Erfindung betrifft einen Induktions-Tiegelofen mit einer durchgehend gewickelten und Anzapfungen aufweisenden Spule, deren einzelne Abschnitte entweder zur Durchführung metallurgischer Reaktionen im Tiegel für die Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes an phasenverschobene Spannungen, z.B. an ein Drehstromnetz oder zum Schmelzen des Einsatzgutes in Einphasenschaltung an eine Wechselspannung anlegbar sind.

Induktions-Tiegelofen werden bekanntlich in zwei verschiedenen Schaltungsarten ausgeführt:

a) In einphasiger Schaltung, bei der die Ofenspule durchgehend gewickelt ist und an eine Wechselspannung angeschlossen wird. Diese Schaltung wird bei öfen angewendet, die zum Schmelzen bestimmt sind und daher eine möglichst hohe leistung haben sollen. Die entstehende' Badbewegung ist an der Oberfläche von innen nach außen gerichtet. Die Schmelze steigt in der Ofenmitte nach oben und bildet eine Badkuppe. Die Leistung dieser öfen ist durch die auftretende Badbewegung begrenzt.

b) In mehrphasiger, vorzugsweise 3-phasiger Schaltung.

Die Ofenspule ist unterteilt ausgeführt. Die Teilspulen werden an phasenverschobene Spannungen angeschlossen, die üblicherweise einem Drehstromnetz entnommen werden. Dabei bildet sich eine Welle der-magnetischen Feldstärke aus, die je nach Phasenlage der Spannungen von

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oben'nach unten oder umgekehrt gerichtet ist. Dieser Ofen wird daher auch Wanderfeldofen genannt. Die sich einstellende Badbewegung ist unterschiedlich. Ist das j ' Wanderfeld von oben nach unten gerichtet, so wird die ! Schmelze am Tiegelrand in gleicher Richtung bewegt und

steigt in der Badmitte empor. An der Oberfläche ent- ! spricht diese Badbewegung derjenigen des Einphasenofens. ' Ist das Wanderfeld von unten nach oben gerichtet, so wird i die Schmelze am Tiegelrand ebenfalls von unten nach oben ! bewegt. In Tiegelmitte bildet sich eine Vertiefung, in ; - welche die Schmelze von außen her einströmt.

ι Eines ist jedoch beiden Bewegungsrichtungen des Wander-I feldofens gemeinsam, die Bewegung ist um ein vielfaches ! größer als bei einem Einphasenofen gleicher Leistung.

Ein Wanderfeldofen wird z.B. als Vorherd für ein anderes j Schmelzaggregat eingesetzt, um die erforderliche Analysenj korrektur der Schmelze durchzuführen oder als Ofen zur Aus-I führung von metallurgischen Schlackenarbeiten, um unerwünschte ! legierungselemente zu entfernen.

j Es gibt nun Fälle, in denen es zweckmäßig ist, einen an sich I bekannten Induktions-Tiegelofen zu haben, der je nach Bedarf ein- oder mehrphasig betrieben werden kann. Dies ist dann der Pail, wenn in einem als Schmelzaggregat eingesetzten Ofen ab und zu einmal metallurgische Arbeiten durchgeführt v/erden !.sollen. Ein anderer Anwendungsfall ist bei einem als Vorherd j z.B. vor einem Kupolofen eingesetzten Induktions-Tiegelofen ! -gegeben, der mit Dreh- oder Wechselstrom betrieben werden i kann. Beim Anfahren eines Kupolofens enthält das Eisen u.U. einen zu hohen Anteil an Kohlenstoff. Eine Senkung des Kohlenstoffeghaltes ist dann nur im Vorherd durch Zugabe von Stahli schrott möglich. Da ein im Wanderfeld betriebener Induktionsi Tiegelofen zur Dürchmischung und Analysenkorrektur nur eine Leistung benötigt, die nicht wesentlich höher als die Wärme-

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Verlustleistung ist* kann der so· geschaltete. Ti e ge 1 of en die zum S chinelzen de s Stahlschrotte s e rfο rde rli ehe Energie nur über: einen· relativ langen Zeitraum- aufbringen. Es wird also in einem solchen Pail die !Temperaturder Schmelze absinken, und die Produktion muß unterbrochen., werden^ _rbis der Temperaturverlusi wieder aufgeholt ist.;.Durch Umschaltung auf einphasigen Betrieb kann in einem solchen Fall der Induktions-Tiegelofen als Vorherd bei wesentlich höherer Wirkleistung betrieben werden. Betriebsunterbrechungen lassen sich daher entscheidend reduzieren. · .

Beim 77anderfeldbetrieb" eines Induktions-Tiegelofens ist es vorteilhaft, den Badspiegel in einer solchen Höhe zu halten, die. derjenigen. der Oberkante der elektrisch aktiven Spule entspricht. Damit' läßt sich, die Badbewegung an der Oberfläche der Schmelze am intensivsten aufrechterhalten. Dagegen aber soll beim Einphasenbetrieb des gleichen Ofens der Badspiegel über der Oberkante der eingeschalteten Spule liegen, da der über dieser befindliche Badüberstand die Badbewegung dämpft und dadurch eine höhere Heizleistung zuläßt»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Induktions-Tiegelofen, der sowohl-mit Dreh- als auch mit Wechselstrom betrieben werden kann, für den letztgenannten Anwendungsfall eine zweckentsprechend ausgestaltete Spule vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst* daß bei einer Höhe des Badspiegels im Tiegel, die bei Wände rf eldbe trieb der gesamten Spulenhöhe entspricht, beim Einphasenbetrieb von . oben ausgehend wenigstens ein Abschnitt der Spule abgeschaltet

Dabei sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beim ~ Einphasehbetrieb die* eingeschalteten Abschnitte der Spule an die Sekundärwindungen; von Transformatoren angeschlossen, deren Primärwicklungen parallel an die Stromversorgung angelegt sind.

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TJm mit möglichst geringen Mitteln die beim Wechselstrombetrieb benutzten Abschnitte der Spille symmetrieren zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß beim Einphasenbetrieb die Sekundärwicklung des Transformators und die Kondensatorbatterie des oberen, abgeschalteten Teiles der Spule in V-Schaltung mit dem mittleren und unteren Abschnitt der Spule verbunden sind, und daß an die Y-Schaltung eine Symmetrierdrossel angeschlossen ist.

Schließlich wird, um eine höhere Wirkleistung beim Einphasenbetriebzu erreichen, nach der Erfindung noch empfohlen, daß die Transformatoren und Kondensatorbatterien für den mittleren und unteren Abschnitt der Spule für eine höhere Spannung ausgelegt sind als der Transformator und die Kondensatorbatterie für den oberen Abschnitt der Spule und daß die Symmetrierdrossel an eine Transformatoranzapfung angeschlossen ist, die der Symmetrierkondensatorspannung entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung ι dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. '

Es zeigt die Pig. I einen Induktions-Tiegelofen senkrecht geschnitten. :

In den Pig. 2 bis 7 ist die Symmetrierschaltung des in Pig. I wiedergegebenen Ofens dargestellt. :

Nach der Pig. 1 ist um den Tiegel 1 eine Spule 2 angeordnet, die durch die Anzapfungen 3 Ms 6 in drei Abschnitte 7 Ms 9 unterteilt ist.

In der linken Hälfte der Pig. 1 sind an den Anzapfungen 4 bis 6 für die Abschnitte 8,9 der Spule 2 die Bezeichnungen dex angeschlossenen Phasen T und B. angegeben. Diese Hälfte der Pig. I zeigt die Spule 2 im Einphasenbetrieb, bei dem der obere Abschnitt 7 nicht in Aktion ist, dessen oberes Ende in Höhe des Schmelzgutspiegels IO liegt.

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In der rechten Hälfte der Pig. 1 ist die Spule 2 auf Wander- ! feldoetrieb geschaltet wiedergegeben. Dabei ist die in die j drei Abschnitte 7 bis 9 unterteilte Spule 2 an um 60° el. verschobene Spannungen angeschlossen, wie sich aus der Phasenfolge ergibt.

Bei diesem Anwendungsfall liegen an dem oberen Abschnitt 7 der Spule 2 die Phasen R - S, am mittleren Abschnitt 8 die

; Phasen T-S und am unteren Abschnitt 9 die Phasen T-R an.

Beim Anschluß an Drehstrom- ist also die Spule 2 in ihrer ganzen : Länge, die der Höhe des Schmelzgutspiegels" 10 entspricht, in Betrieb.

. Es folgt nun die Beschreibung der Symmetrierschaltung.

; Pig. 2 zeigt die Phasenlage der für dieses Beispiel verwendeten Spannungen TT und Pig. 3 die Schaltung eines Wanderfeldofens ■, mit den drei Abschnitten 7, 8 und 9 der Spule 2. Wenn man von ^: den in Pig. 3 an der Spule 2 angegebenen Bezeichnungen ausgeht, kann man sich das Spannungsdiagramm Pig. 4 aufbauen und erkennt, daß durch die Drehung der Phasenlage der Spannung an dem mittleren Abschnitt 8 der Spule 2 um 180° el. der Wiiikel zwischen den Spannungen der dem mittleren Abschnitt 8 benachbarten . Abschnitte 7 und 9 nur 60° el. beträgt* !

Fig. 5 zeigt die Schaltung des gleichen Induktions-Tiegelofens für Einphasenbetrieb, bei dem nur die unteren Abschnitte 8 u. 9 der Spule 2 in Punktion sind. Es wird jetzt der mittlere Ab- ! schnitt 8 der Spule 2 an eine Spannung U,™ gelegt, die gleiche Größe- und Phasenlage wie der untere Abschnitt 9 der Spule 2. hat, siehe'hierzu Pig. 6. Die Spannung U_RS des oberen Transformators 11 wird jetzt in der gezeichneten Weise mit der ^! Spannung ΐΓφ_Ώ verbunden, es entsteht - wenn man nur die Spannung ϋφ-ρ des unteren Abschnittes 9 der Spule 2 betrachtet-

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eine V-Sehaltung, wie sie Z₀B₀ aus der Hochspannungsmeßtechnik bekannt ist. Vergleicht man Pig. 6 mit Pig. 7, in der die normale Schaltung eines symmetrierten, einphasig angeschlossenen Induktions-Tiegelofens dargestellt ist, erkennt man sofort, daß man nur noch eine Symmetrierdrossel 14 zwischen den Punkten II und III in- Fig. 6 anzuschließen braucht, um auf die vollständige Symmetrierschaltung nach Fig. 7 zu kommen. Die Rolle der Symmetrierdondensatorbatterie übernimmt dabei die dem oberen Abschnitt 7 der Spule 2 zugeordnete Kondensatorbatterie 15.

Betreibt man die Abschnitte 7 his 9 der Spule 2 bei Wanderfeldschaltung mit niedrigerer Spannung als in Einphasen- . ■ schaltung, so ist-es aus Kostengründen vorteilhaft, die obere Kondensatorbatterie 15 nur für die niedrigere Wanderfeldspannung auszulegen und den Anschluß der Symmetrierdrossei 14 an einer sekundären Transformator-Anzapfung vorzunehmen. Das Vektordreieck nach Fig. 6 gilt auch für diesen Fall, nur wird die nach rechts oben zeigende Ofenspannung im Verhältnis zu den anderen Spannungen größer.

In den Fig. 3 und 5 sind die den Abschnitten 8, 9 der Spule 2 zugeordneten Transformatoren mit den Bezugszahlen 12 und 13 versehen. Für die gleichen Abschnitte der Spule haben die Kondensatorbatterien die Bezugszahlen 16 und 17 erhalten.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei gleich hohem Schmelzgutspiogel der Induktions-Tiegelofen sowohl mit Dreh- als auch mit Wechselstrom gespeist, "beim Wanderfeldbetrieb mit einer Höhe des Schmelzgutspiegels, welcher der gesamten Spulenhöhe entspricht, ober im Einphasen-"betrieb mit Badüberstand durch den abgeschalteten oberen Abschnitt der Induktionsspule mit geringst möglichem Kostenaufwand optimal betrieben werden kann.

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Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Anzahl der Abschnitte der Spule größer als 3 zu wählen ' und dementsprechend dann auch mehrere Abschnitte von oben ausgehend beim Einphasenbetrieb abzuschalten.

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Claims

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Patentansprüche :

Φ Induktions-Tiegelofen mit einer durchgehend gewickelten und Anzapfungen aufweisenden Spule, deren einzelne Abschnitte entweder zur Durchführung metallurgischer Reaktionen im Tiegel für die Erzeugung eines magnetischen Wanderfeldes an phasenverschobene Spannungen, z.B. an ein Drehstromnetz oder zum Schmelzen des Einsatzgutes in Einphasenschaltung an eine Wechselspannung anlegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Höhe des Badspiegels, im Tiegel (l), die bei Wanderfeldbetrieb der gesamten Spulenhöhe entspricht, beim Einphasenbetrieb von oben ausgehend, wenigstens ein Abschnitt (7) der Spule (2) ; abgeschaltet ist.

ι 2. Induktions-Tiegelofen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einphasenbetrieb die eingeschalteten Abschnitte (8,9) der Spule (2) an die Sekundär-Windungen von Transformatoren (12,13) angeschlossen sind, deren Primärwicklungen parallel an die Stromversorgung angelegt sind.

j 3. Induktions-Tiegelofen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einphasenbetrieb die Sekundärwicklung des Transformators (U) und die Kondensatorbatterie (15) des oberen, abgeschalteten Teiles (7) der Spule (2) in V-Schaltung mit dem mittleren und unteren Abschnitt (8 u. 9) der Spule (2) verbunden sind, und daß an die V-Schaltung eine Symmetrierdrossel (14) angeschlossen ist.

4. Induktions-Tiegelofen nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoren (12,13) und Kondensatorbatterien (16,17) für den mittleren und unteren Abschnitt (8 u. 9) der Spule (2) für eine höhere Spannung ausgelegt sind als der Transformator (11) und die Kondensatorbatterie (15) für den oberen Abschnitt (7) der Spule (2) und daß die Symmetrierdrossel (14) an eine Transformatoranzapfung angeschlossen ist, die der Symmetrierkondensatorspannung entspricht. ^:

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