DE2420701A1 - Verfahren und einrichtung zur stabilisierung der bogenspannung bei plasmalichtbogenoefen - Google Patents

Description

MD JilllEICBTmiG ZUE STJiBILISI^mTG DER BOGEHSPAMIMG BEI PLASMALICHTBOGENOFEN

Die vorliegende Erfindung betrifft eiektro-thernlsche Ausrast un^füi¹ den Fall einer Plasmaheizung,, nämlich. Verfahren und Einrichtungen zur Stabilisierung der Bo^enspannung bei Plas-

nia-Lichtbogenof en_o

Es ist ein Verfahren zur Stabilisierung und He&elung der

über die Plasiaotron-I/ichtbo^ensäule in einem Plasma-kichtbog&n-

einer

ofen abfallenden Spannung bekannt, das Inländerung der Zusammensetzung des plasmabildenden Gases besteht. Nach dem Verfahren wird dom plasmabildenden Basisgas (ürgon} eine bestimmte Menge

zweiatomiges Gas (Wasserstoff oder Stickstoff) mit einem hohen V/ärmelnhalt beigegeben.· Dabei stehen die Miucjher vent lie mit-Gebern des Ofen-Spannungsreglers in Verbindung, Mit fortschrelten-

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der Durchhltzung des Ofens und davon abhängigem abfall der Bogenspannung steigt automatisch die Zufuhr des den .Argon beizumengenden Wasser- oder Stickstoffes und somit die Lichtbogen- - spannung.·

Bei dem aufgafuhrten Verfahren ist es von !lachte Il, da3 Nasser- und Stickstoff einer ganzen Reihe von Stählen und Legierungen gegenüber schädliche, ggf· gar unzulässige Beimengungen darstellen. - .

Die Plasma-Llchtbogenania&e von einem der weitverbreiteten

Typen enthält einen Ofen mit die Schmelze aufnehmendem arbeitsraum, mindestens ein Plasmatron mit einem Außengehäuse, einer Elektrode und Düse sowie Kitteln zur Zufuhr des plasmabildenden Gases in den Raum zwischen Elektrode und Düse mit dem Zweck der Herstellung eines Plasmastrahis zwischen Elektrode und Schmelze Im Schmelzraum· Es gibt auch eine mit der Plasmatron-Elektrode verbundene Stromquelle und einen an der Elektrode angeschlossenen Bogenlelstungsregler·

Bei dieser Anlage ist ein in den Raum zwischen Plasmatron-DÜse und -.Außengehäuse führender Anschluß für einen ITebenargonstrom parallel zum plasmablidenden Hauptargonstrom vorgesehen.

Diese Maßnahme verfolgt den Zweck, die Isolierung von Plasmo-tron

und Ofen gegeneinander zu verbessern, d.h. die Gefahr eines elektrischen Durchschlags dazwischen zu vermindern bzw. ITebenllchtbögen zu unterdrücken. Zu den ITachtellen dieser Anlage gehprt

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auch die Ofeiiraumtemperaturabhänglgkelt der Lichtbogenspannung bzw.· der schnelle Bogenspannungsabfall mit wachsender Temperatur. Die Folge ist eine Abmlnderung der Ofenlelstung mit fortschreitender Durchwärmung, d.h. Metallelnschmelzung (z.B. bei 5 t-öfen)· In 30 mm von ElnGchmelzbeglLnn ab fällt die Leistung um das Zweifache ·

die

Zweck der vorliegenden Erfindung ist^Beseltlgung der genannten Nachte lie der Plasma-Lichtbogenanlagen bekannten Typs,

Der vorliegenden Erfindung liegt die .aufgäbe zugrunde, ein solches Verfahren und solche Einrichtung zur Stabilisierung der Bogenspannung bei den Plasmalichtbogenofen zu schaffen, bei denen es möglich wird, unter Bedingung eines geringen konstruktiven Aufwandes und geringer Kosten eine Kühlung des Plasma-Lichtbogens ohne zusätzlichen Verbrauch an Gas für die KÜhlzwecke und bei gleichbleibender Ofenatmosphäre zu realisieren.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Plasma-Lichtbogenofen, in dessen Schmelzraum mitten im Gas der Ofenatmosphäre eine Piasma-Lichtbogcnsäule zwischen Plasmatron-Eiektrode und Schmelze brennt, gemäß der Erfindung dem Schmelzraum ein Strom gleichen Gases, wie es den Ofenraum füllt, jedoch diesen gegenüber weltgehend heruntergekühlt, zur Umhüllung der Lichtwird bogensäule auf ihrer ganzen Län^e mit dem Kühlgas zugeführt* so

das die Lichtbogensäulenpartlen nach außen hin sich abkühlen, die

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''- sich einschnürt und die elektrische Bogenspannung ansteigt.

Bin solches Stabillsierwarfahren ermöglicht, bei gleichbleibendem Bogenstrom und -länge die vorgegebene Spannung des Lichtbogens bzw« darm freiwerdende leistung unabhängig von Ofentemperatur und Schnielzperlode aufrechtzuerhalten und somit die Einschmelzzelt für den Ofeneinsatz herabzusetzen, die Ofenleistung zu erhöhen sowie den Ausnutzungsgrad der installierten Leistung des Ofens zu verbessern·

Gemäß einer Variation der Erfindung wird das Gas aus dem Ofenraum nach außen abgeführt, abgekühlt und dem Schmelzraum als ein die Plasma-Lichtbogensäule wie oben ausgeführt umhüllen*- der Gasstrom wieder zugeführt.

Diese Verbesserung des Stablllsierverfahrens gestattet außerdem, auf einen zusätzlichen Verbrauch an Gas für die Bogenkühlung zu verzichten und die Ofenatmosphäre unverändert zu erhalten

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung, bei der die das aufgeführte Verfahren realisierende Plasma-Lichtbogenanlage einen Ofen, der mindestens ein Plasmatron mit einem in den Raum zwischen Plasmotron-Elektrode und -Düse führenden Anschluß fur

das plasmabildeude Gas und einen Ringraum zwischen Plasmatron-DÜse und -iiußengehäuse einschließt, eine Stromquelle und einen Bogen-IeIstungsregler umfaßt, wird mindestens ein aus dem Ofenraum nach außen führender, einen Wärmeaustauscher, einen Entstauber, einen

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Gasmengenregler und em Gasgebläse nacheinander durchlaufender und am erwähnten Ringraum mündender Kanal für die Zufuhr von Gas vorgesehen, das aus dem Ofenraum abgesaugt, aufbereitet und längs des Plasmastrahls geblasen wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung macht es möglich, bei gleichbleibender Zusammensetzung des plasmabildenden Gases und konstantgehaltenem Verbrauch daran die Einschmelzzelt zu kurzen, die Ofenleistung zu erhöhen und die Installierte Leistung des gegebenen Schmelzofens besser auszunutzen·

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus der genannte Gasmengenregler mit dem Ausgang des Leistungsregler verbunden·'

Aus einer solchen Ausführung der Einrichtung ergibt sich

die Möglichkeit, eine vorgegebene Bogenspannung aufrechtzuerhalten bzw· die Bogenspannung nach einem vorgegebenen Programm je nach der zu fahrenden Schmelzperlode zu ändern.

Schließlich ist für die Erfindung kennzeichnend, das parallel zu dem Gasmengenregler ein abschaltbares Ventil installiert wird,

das den Gasmengenregler zur Abschaltung des Leistungsreglers blockiert·

Eine solche Maßnahme gestattet bei der Anlage, nach Belleben zwischen Automatik und Hand bei der Bog enle 1st längsregelung zu wechseln·

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• Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbalspiels und einer beiliegenden Zeichnung näher erläutert, wobei die Zeichnung die Plasma-Lichtbogenanlage gemäß der Erfindung schematisch darstellt·

Die vorgeschlagene Anordnung umfaßt einen Ofen mit ausgekleideter Kammer 1 und Gewölbe 2, dar ein Plasmatron 3 mit einem Elngraum 4 zwischen seiner Düse 5 und: seinem Augengehäuse 6 einschließt, eine Stromquelle 7> Gaskanäle 8, einen Wärmeaustauscher 9» einen Entstauber 10, einen Gasmengenregler 11, ein Gasventil 12, ein Gasgebläse 13 und einen Leistungsregler 14. Das Plasmatron 3 weist einen Anschluß 15 für die Zufuhr des plasmablidenden Gases aus einer Fremdquelle in den Saum zwischen Elektrode und Düse 5

des Plasmatrons 3 sowie einen Anschluß für die Zufuhr des Kühlgases in den Ringraum zwischen Düse 5 und Augengehäuse 6 auf. Der Anschluß 16 ist an die Druckseite des Gasgebläses 13 geführt. Der Leistungsregler 14 ist mit dem Gasmengenregler 11 verbunden·

Bei der vorgeschlagenen Anordnung wird das Wachsen der Temperatur des den Plasmastrahl im Schmelzraum umgebenden Gases zwangsweise unterbunden. Dies geschieht auf die Welse, daß Gas durch das ständig laufende Gasgebläse 13 über die Gaskanäle 8 aus

dem Schmelzraum abgesaugt und in einem Kreislauf über wärmeaustauscher 9» Entstauber 1O' und Regler 11 zum Anschluß 16, d.h. In das

Plasmatron 3 gefördert· Der Regler 14 hält die Bogenspannung über

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den Regler 11 stets auf einer vorgegebenen Höhe· Die im Ofen eventuell entstehenden Nebenllchtbögen werden durch öffnen des normalerweise geschlossenen Ventils 12 unterdrückt, wobei die Gaszufuhr ins Plasmatron am Anschluß 16 sprunghaft zunimmt.

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Claims (3)

1. PAKSITTMSPRÜCHE

   V 1 ./Verfahren zur Stabilisierung der Bogenspannung bei einem Plasma-Lichtbogenofen, m dessen Schmelsraum mitten im Gas der Ofenatmosphäre eine Plasma-Lichtbogensäule zwischen Plasmatron-Elektrode und Schmelze brennt, dadurch gekennzeichne t ,daß dem Schmelzraum ein Strom gleichen Gase?, wie es den Gfenraum füllt, jedoch diesem gegenüber weltgehend heruntergekühlt, zur Umhüllung der Lichtbogensäule auf ihrer

   .. .. wird

   ganzen Lange mit dem Kuhlgas zugeführt^, so daß die Lichtbogensäulenpartlen nach außen hm sich abkühlen, die Lichtbogensaül«

   sich einschnürt und die elektrische Bogenspannung ansteigt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekenn· ze lehnet ,daß Gas aus dem Ofenraum nach außen abgeführt, abgekühlt und dem Schmelzraum als ein die Lichtbogensäule wie oben ausgeführt umhüllender Gasstrom wieder zugeführt wird.
3. 3. Das.-Fftrfahren nach Anspruch 1 und 2 realisierende Plasma-Lichtbogenanlage, umfassend einen Ofen, der mindestens ein Plasmatron mit einem In den Raum zwischen Plasmotron-Elektrode und -Düse führenden Anschluß für das plasmabildende Gas und einem

   Rlngraum zwischen Plasmatron-DÜse und --Außengehäuse einschließt,

   eine Stromquelle und einen Bogenlelstungsregler, dadurch gekennze lehnet ,daß bei der Anlage mindestens ein aus dem Ofenraum nach außen führender, einen Wärmeaustauscher (9).

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   einen Entstauber (10), einen Gasmengenregler (11) und ein Gasgeblase (15) nacheinander aufweisender und am erwähnten Ringist raum (4) mündender Kanal für die Zufuhr von Gas vorgesehen^ das

   aus dem Öfenraum abgesaugt und auf dem Weg zum Lichtbogen entsprechend behandelt wird.

   4· .anlage -,nach Anspruch 3»cLadurch gekennzeichnet ,daß der genannte Gasmengenregler (11) mit dem Ausgang des Leistungsreglers(14) verbunden wird«

   5· Anlage nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet ,daß parallel zum Gasmengenregler (11) ein abschaltbares Ventil (13) installiert wird, das den Gasmengenregler (11) aus Gründen einer Abstellung des Leistungsreglers

   blockiert.

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