DE2420701B2

DE2420701B2 - Verfahren zur stabilisierung der bogenspannung bei einem plasma-lichtbogenofen und lichtbogenofenanlage zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2420701B2
Application number: DE19742420701
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-05-14
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1977-09-15
Also published as: DE2420701A1; SU510010A1; DE2420701C3; DD111139A1; FR2230149A1; FR2230149B1; GB1468204A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung der Bogenspannung bei einem Plasma-Lichtbogenofen, in dessen Schmelzraum ein Plasma-Lichtbogen zwischen Elektrode und Schmelze brennt, welcher von einem aus einer die Elektrode umgebenden Düse austretenden Edelgasmantelstrom 4$ umgeben ist, sowie auf eine Lichtbogenofenanlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Plasma-Lichtbogenofen der vorstehend genannten Art ist aus der deutschen Auslegeschrift 14 40 628 bekannt Bei dieser bekannten Ausbildung besteht das so den Lichtbogen mantelförmig umgebende Gas aus einem frisch zugeführten inerten Gas, z. B. Argon, und dient in erster Linie zur Plasmabildung und Kühlung der Elektrode. Eine Beeinflussung der elektrischen Parameter des Ofenbetriebs durch die Zufuhr des Mantelstrotns ist nicht vorgesehen. Die üblicherweise zugeführten Gasmengen wären auch hierzu von vornherein in keiner Weise ausreichend, so daß ein solcher Gedanke nicht aufkommen konnte.

Es ist allerdings ein Verfahren zur Konstantregelung des Spannungsabfalls über einen Plasma-Lichtbogen durch Änderung der Zusammensetzung des plasmabildenden Gases bekannt Hierbei dient als plasmabildendes Gas Argon und es wird zur Beeinflussung der elektrischen Parameter noch eine bestimmte Menge ⁶S zweiatomiges Gas (Wasserstoff oder Stickstoff) mit hohem WSrmeinhalt zugegeben. Die diese Zugaben dosierenden Mischventile werden betätigt aufgrund von Signalen eines Gebers der Speisespannung des Lichtbogens. Mit fortschreitender Durchhitzung des Ofens und dadurch bedingtem Abfall der Bogenspannung steigt die Menge des zugemischten Wasserstoffs oder Stickstoffs, was im Sinne einer Erhöhung bzw. Konstanthaltung der Lichtbogenspannung wirkt

Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß der zuzumischende Wasserstoff oder Stickstoff sich schädlich auf eine ganze Reihe von Stählen und Legierungen auswirkt oder überhaupt als unzulässige Beimengung anzusehen ist

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen auf einfache Weise und ohne großen apparativen Aufwand und Gasverbrauch eine Stabilisierung der Bogenspannung und Konstanthaltung der Temperatur des den Ofen füllenden Gases möglich ist

Ausgehend von dem Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das den Ofenraum füllende Gas kontinuierlich abgezogen, gekühlt und dem Ofenraum in der Weise wieder zugeführt wird, daß es den Lichtbogen und dessen Edelgasmantelstrom als weiterer äußerer Mantelstrom umhüllt wodurch der Lichtbogen unter Bewirkung eines Anstiegs der Bogenspannung eingeschnürt wird.

Bei einem solchen Vorgehen bleibt der Verbrauch an teurem Edelgas gering, und es wird dennoch eine wirksame Beeinfhissungsmöglichkeit der elektrischen Parameter des Ofenbetriebs und der Temperaturverhältnisse im Ofen geschaffen.

Bei der apparativen Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ausgegangen von einer bekannten Lichtbogenofenanlage mit mindestens einer Plasmabrenner-Elektrode und einer diese umgebenden, an eine Quelle plasmabildenden Gases angeschlossenen Düse, einem Ringraum zwischen dieser Düse und dem Brenner-Außengehäuse, einer Stromquelle und einem Bogenleistungsregler, wobei erfindungsgemäß mindestens ein Kanal zum Absaugen der Ofenraumgase vorgesehen ist in den nacheinander ein Entstauber, ein Gasmengenregler und ein Gasgebläse eingeschaltet sind und der in den Ringraum mündet wobei der Gasmengenregler gesteuert wird von einem in den Speisekreis der Plasmabrennerelektrode eingeschalteten Leistungsregler.

Wenn außer der automatischen Konstantregelung der Bogenspannung auch die Möglichkeit einer Handsteuerung der Lichtbogenleistung vorgesehen werden soll, ist es zweckmäßig, parallel zum Gasmengenregler ein abschaltbares Ventil vorzusehen, durch das der Gasmengenregler ohne Beeinflussung des Leistungsreglers überbrückbar ist

An sich ist eine Lichtbogenofenanlage bekannt bei der zusätzlich zu dem durch den Raum zwischen Elektrode und Düse austretenden Argonhauptstrom noch ein weiterer Nebenargonstrom aus einem Raum zwischen Düse und Außengehäuse des Plasmabrenners austritt Hier geht es jedoch nicht um eine Leistungsregelung, sondern nur um die Verbesserung der Überschlagsfestigkeit zwischen Plasmabrenner und Ofenkammer, wodurch elektrische Durchschläge und Nebenlichtbögen unterdrückt werden können. Bei dieser bekannten Ausbildung kommt es mangels einer Regelung der elektrischen Speisung des Plasmabrenners mit wachsender Ofentemperatur ζυ einem schnellen Ansteigen des Spannungsabfalls über den Lichtbogen und damit zu einem Absinken der

Ofenleistung. Etwa 30 Minuten nach Beginn des Einschmelzens ist die Leistung auf die Hälfte gesunken.

Schließlich ist an sich aus der CH-PS 3 80179 bekannt, bei einer Plasmaofenanlage das in der Ofenkammer befindliche Gas abzusaugen, zu reinigen s und dem Plasmabrenner wieder zuzuführen. Diese bekannte Lösung bezweckt jedoch lediglich eine Einsparung von plasmabildendem Gas und hat ebenfalls mit der Regelung der elektrischen Leistung nichts zu tun.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispieis anhand der Zeichnung weiter erläutert Die Zeichnung zeigt schematisch eine Lichtbogenofenanlage zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens.

Die dargestellte Anlage umfaßt einen Ofen mit ausgekleideter Kammer 1 und Gewölbe 2, das einen Plasmabrenner 3 mit einem Ringraum 4 zwischen seiner Düse 5 und seinem Außengehäuse 6 trägt, sowie eine Stromquelle 7, Gaskanäle 8, einen Wärmeaustauscher 9, einen Entstauber 10, einen Gasmengenregler 11, ein Gasventil 12, ein Gasgebläse 13 und einen Leistungsregler 14 im elektrischen Speisekreis.

Der Plasmabrenner 3 weist einen Anschluß 15 für die Zufuhr des plasmabildenden Gases aus einer Fremdquelle in den Raum zwischen Elektrode und Düse 5 sowie einen Anschluß 16 für die Zufuhr von Kühlgas in den Ringraum zwischen Düse 5 und Außengehäuse 6 auf. Der Anschluß 16 ist mit der Druckseite des Gasgebläses 13 verbunden. Der elektrische Leistungsregler 14 wirkt auf den Gasmengenregler 11.

Im Betrieb der Anlage wird sowohl die Temperatur des den Plasmastrahl im Schmelzraum umgebenden Gases als auch die Speisespannung des Lichtbogens konstantgehalten. Dies geschieht auf die Weise, daß Gas durch das ständig laufende Gasgebläse 13 über die Gabkanäle 8 aus dem Schmelzraum abgesaugt und in einem Kreislauf über die Wärmeaustauscher 9, den Entstauber 10 und den Gasmengenregler 11 zum Anschlußstutzen 16 zurückgeführt wird, so daß es zwischen Düse 5 und Außengehäuse 6 wieder in den Ofen eintritt und dabei den Lichtbogen und dessen Edelgasmantelstrom a's weiterer äußerer Mantelstrom umhüllt

Durch die Abkühlungswirkung des äußeren Mantelstroms schnürt sich der Lichtbogen ein, was wiederum zu einem Anstieg der Bogenspannung führt Der elektrische Leistungsregler 14 dient nun dazu, unter Ausnutzung des genannten Effekts die Bogenspannung durch entsprechende Beaufschlagung des Gasmengenreglers 11 stets auf einer vorgegebenen Höhe zu halten.

Die im Ofen eventuell entstehenden Nebenlichtbögen werden durch öffnen des normalerweise geschlossenen Ventils 12 unterdrückt, wobei die Gaszufuhr zum Plasmabrenner am Anschluß 16 sprunghaft zunimmt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Stabilisierung der Bogenspannung bei einem Plasma-Lichtbogenofen, in dessen Schmelzraum ein Plasma-Lichtbogen zwischen Elektrode und Schmelze brennt welcher von einem aus einer die Elektrode umgebenden Düse austretenden Edelgasmantelstrom umgeben ist dadurch gekennzeichnet, daß das den Ofenraum füllende Gas kontinuierlich abgezogen, ge- >° kühlt und dem Ofenraum in der Weise wieder zugeführt wird, daß es den Lichtbogen und dessen Edelgasmantelstrom als weiterer äußerer Mantelstrom umhüllt wodurch der Lichtbogen unter Bewirkung eines Anstiegs der Bogenspannung >5 eingeschnürt wird.

2. Lichtbogenofenanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindestens einer Plasmabrenner-Elektrode und einer diese umgebenden, an eine Quelle plasmabildenden Gases ange- »> schlossenen Düse, einem Ringraum zwischen dieser Düse und dem Brenner-Außengehäuse, einer Stromquelle und einem Bogenleistungsregler, gekennzeichnet durch mindestens einen Kanal (8) zum Absaugen der Ofenraumgase, in den nacheinander *5 ein Entstauber (10), ein Gasmengenregler (11), der mit dem Ausgang des Leistungsreglers (14) verbunden ist und ein Gasgebläse (13) eingeschaltet sind und der in den Ringraum (4) mündet

3. Lichtbogenofenanlage nach Anspruch 2, da- 3» durch gekennzeichnet daß parallel zum Gasmengenregler (11) ein abschaltbares Ventil (12) vorgesehen ist durch das der Gasmengenregler (11) ohne Beeinflussung des Leistungsreglers (14) überbriick bar ist