DE249145C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

JVl 249145 KLASSE 21L· GRUPPE

Stromübertragungseinrichtung für elektrische Öfen. Patentiert im Deutschen Reiche vom 14. Dezember 1910 ab.

Die Erfindung betrifft solche elektrische Öfen, im besonderen Stahlöfen, bei welchen der Strom ausschließlich oder teilweise durch Leiter zweiter Klasse dem Herd zugeführt wird. Die Erfindung betrifft die Gestaltung der Übertragungseinrichtung, vermöge welcher der Strom in besonders günstiger Weise während des Betriebes zugeführt und außerdem noch eine günstige Gestaltung der ganzen

ίο Herdform und andere Vorteile erreicht werden. Im besonderen ist auch eine günstige allgemeine Bauart durch Anordnung des Transformators unterhalb des Herdes und Zuführung des Stromes an die Polschuhe, die gleichzeitig als Tragrahmen des Herdes dienen, ermöglicht. Außerdem betrifft die Erfindung die Mittel zur Anwärmung der Übertragungseinrichtungen zur Vorbereitung des Betriebes,, die aber gleichzeitig in eigentümlicher Weise zur Minderung der Wärme Verluste nach außen durch den Leiter zweiter Klasse während des Betriebes dient.

Die Stromübertragungseinrichtung gehört zu der Gattung, bei welcher auf einer als PoI-schuh dienenden Metallplatte der Leiter zweiter Ordnung aufgestampft wird, wobei dieser Leiter zu seiner eigenen Vorwärmung wieder mit metallischen Stromleitern durchsetzt ist (französisches Patent 393740).

Zunächst soll der Leiter zweiter Klasse eine eigenartige Raumform erhalten, durch welche besser als bisher die Energieübertragung an das Schmelzbad stattfindet und die sich als die eines konischen Ringsegmentes bezeichnen läßt.

Die Form geht aus der beiliegenden Zeichnung hervor.

Fig. ι ist ein Längsschnitt durch einen Herd, Fig. 2 eine Draufsicht,

Fig. 3 und 4 Abwickelungen der Stromeintritts- und Austrittsflächen,

Fig. 5 ein Schnitt nach der Linie A-B der Fig. i,

Fig. 6 und 7 zeigen die allgemeine Anordnung mit dem Transformator.

Aus Fig. ι ist ersichtlich, daß die beiden Kopfseiten des Herdes ganz von den Stromübertragungseinrichtungen gebildet werden, welche aus den metallischen Sohlen p und dem aufgestampften Leiter zweiter Klasse r bestehen, und daß die beiden Oberflächen α und b sich in einem Winkel a. zur horizontalen Herdsohle befinden. Aus den Fig. 3 und 4 geht das Größenverhältnis der Flächen α nnd b hervor, infolgedessen die Stromdichte in der dem Schmelzgut s zugekehrten Seite erheblich größer ist als an der Sohle p. Die Erwärmung infolge des Stromdurchganges ist daher an der Sohle p geringer, während der Strom an der Fläche α in der für das Schmelzgut geeigneten Dichte über die ganze Kopfseite des Ofens verteilt austritt, wobei noch günstig ist, daß die Dichte nach der Herdsohle zu größer wird. Je kleiner man den Winkel a wählt, desto größer wird im Verhältnis zu dem Hauptdurchgangsquerschnitt q die Übertragungsfläche α werden und desto geringer ihre Belastung.

Will man die durch die verschieden große Stromdichte in den aufeinanderfolgenden Quer-

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schnittsflächen erreichbaren Vorteile noch in erhöhtem Maße erzielen, so läßt sich das dadurch ermöglichen, daß den nach den Polschuhen hin gelegenen Schichten eine höhere Leitfähigkeit, z. B. durch Zusatz von Graphit, oder anderen gut leitfähigen Substanzen gegeben wird, als den dem Bad näher gelegenen Teilen, die vorteilhaft nur aus Leitern zweiter Klasse, wie Dolomit und Magnesit mit einem

ίο kohlenstoffhaltigen oder anderen Bindemittel bestehen.

Es ist ersichtlich, daß außer den Vorteilen für die Stromzuleitung durch diese Anordnung noch eine Reihe anderer Vorteile erzielt wird.

Zunächst sind die immer unvermeidbaren Ausbesserungen der Fläche α leicht möglich, indem man entstandene Löcher mit dem Gemisch von Leitern zweiter Klasse und Teer füllt und dieses durch die Erhitzung mittels des Stromes festbrennen läßt, was bei senkrechten Wänden unmöglich wäre.

Daß sich dabei eine vorteilhafte Gestalt des Herdhohlraumes im ganzen ergibt, ist ersichtlich, ebenso, daß die Polschuhe eine zweckmäßige Tragkonstruktion für den ganzen Herd bilden und sehr geeignet für die Zuleitung des Stromes von einem unterhalb des Herdes angeordneten Transformator dienen können.

Diese Anordnung des Transformators hat dann aber wiederum sehr erhebliche weitere Vorteile. Im besonderen liegt der Transformator nunmehr ganz frei von dem Herd, während bisher regelmäßig mindestens ein ■ 35 Transformatorschenkel mit dem Herd zusammengebaut war.

Durch diese Lage ist der Transformator an sich leichter zu kühlen, und vor allem leicht von dem Herd zu trennen und seitlich von ihm wegzufahren, wenn irgendwelche Reparaturen nötig werden.

Zur Vorwärmung von Leitern zweiter Klasse hat man bisher Eisenstifte benutzt, welche sich von der Polplatte bis zu der Innenfläche des Herdes erstrecken. Diese Einrichtung hat die zwei Nachteile, daß solche Stifte leicht abschmelzen und daß sie auch bei dem Betriebe einen sehr guten Wärmeleiter nach dem Polschuh hin bilden. Außerdem muß während der ganzen Dauer der Vorwärmung das Schmelzgut schon im Herde sein. Es ist aber sehr wünschenswert, das Schmelzgut keine unnötige Zeit vor dem Flüssigwerden in dem Herde zu haben, vielmehr soll die Erwärmung desselben möglichst schnell vor sich gehen.

Das wird nach vorliegender Erfindung dadurch erreicht, daß die Erhitzung mittels in den Leitern zweiter Klasse eingebetteter Heizwiderstände in einem besonderen Stromkreis geschieht. Diese Widerstände w werden dabei zweckmäßig quer durch die Stromübertragungseinrichtung senkrecht zur Richtung des Stromdurchganges verlegt und haben dann noch eine besonders günstige Einwirkung auf Hemmung des Wärmedurchganges von der Fläche a nach b, die nachher zu erklären ist.

Es können dabei die Heizwiderstände aus jedem geeigneten Material, am einfachsten aus Flacheisenbändern oder Drähten, bestehen, die eine solche Form erhalten, daß sie einen mögliehst großen Teil der für die Stromübertragung während des eigentlichen Betriebes in Frage kommenden Querschnittsfläche gleichmäßig erhitzen. Die Heizwiderstände werden je nach der Dicke der Stromübertragungsmasse einzeln oder zu mehreren angewandt, so daß sie im letzteren Falle parallel oder hintereinandergeschaltet werden können, je nach den durch die vorhandene Spannung gegebenen Bedingungen. Der Strom zum Heizen der Widerstände und damit zum Anheizen der Stromübertragungseinrichtung kann jeder beliebigen Stromquelle von ausreichender Stärke entnommen werden, mit besonderem Vorteil derselben, welche später den Betriebsstrom für das Arbeiten des elektrischen Ofens liefert.

Auf diese Weise wird auch die Berührung metallischer Teile mit dem Ofeninhalt und dessen Verunreinigungen vermieden, die ununterbrochene Fläche α ist weit haltbarer als wenn sie von Löchern für Eisenstifte durchbrochen ist und viel einfacher und sicherer, ohne künstliche Formstücke herzustellen und zu brennen. Weiter ist die Vorwärmung billiger, weil alle aufgewendete Energie lediglich der Temperaturerhöhung der Leiter zweiter Klasse zugute kommt und nicht dem Schmelzgut, Deshalb ist die Erwärmung auch eine viel schnellere.

Bemerkt sei noch, daß sich die Anheizmethode nicht nur für Stromüberträgungseinrichtungen aus- Leitern zweiter Klasse, sondern für jede Übertragungsmasse eignet, welche bei höheren Temperaturen geringeren Widerstand annimmt als bei niedrigeren Temperatüren. Es gilt das z. B. für Stromübertragungseinrichtungen, welche aus Koks- oder Graphitpulver mit einem geeigneten Bindemittel aufgestampft werden.

Natürlich findet bei ausreichendem Anheizen der Stromübertragungseinrichtungen mittels genannter Heizspiralen auch gleichzeitig ein Anheizen des ganzen Ofens statt, das häufig erwünscht sein kann.

Das den Leiter zweiter Klasse quer durchsetzende Metall wirkt nun aber auch stromlos während des Betriebes gegen die Wärmeübertragung von der Fläche α nach der Fläche b.

Nach einer Abhandlung von Carl Hering in Electrochemical and Metallurgical industry 1909, S. 442 ff. über Elektrodenverluste bestehen darüber folgende Grundgesetze.

ι. Die Gesamtverluste, welche am kalten Ende einer Elektrode abfließen, sind gleich der Summe der gesamten Wärmeverluste, welche bestehen.wurden, wenn kein elektrischer Strom flosse, vermehrt um die Hälfte der Jouleschen Verluste.

2. Der Gesamt verlust wird am geringsten, wenn der Verlust durch Wärmeleitung allein gleich der Hälfte der Jouleschen Verluste wird.

ίο Der Gesamtverlust ist dann gleich dem Jouleschen Verlust, so daß keine Hitze aus dem Ofeninnern abgeführt wird.

Dieser letzte Satz wird im vorliegenden Falle verwertet, indem er mehrfach auf einzelne Teile der Stromübertragungsemnchtungen angewandt wird. In der dem Schmelzgut am nächsten gelegenen Schicht besteht eine verhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit bei verhältnismäßig hohem, spezifischem Widerstand, so daß es in dieser Schicht möglich ist, bei hohem Temperaturgefälle doch durch die Jouleschen Verluste das Abfließen von Wärme aus dem Ofeninnern zu verhindern.

Es folgt als nächste Schicht eine solche mit eingebetteten Heizspiralen. Darin besteht also verhältnismäßig hohe Wärmeleitfähigkeit bei verhältnismäßig geringem Widerstand. Die Folge würde eine starke Wärmeableitung sein, wenn diese Wärmeableitung nicht durch die folgende Schicht wieder gestaut würde, die bei gleichem Charakter wie die erste einen Wärmeabfluß verhindert, da dieser durch die Jouleschen Verluste aufgehoben wird.

Natürlich kann die Schichtenfolge in genannter Weise beliebig oft fortgesetzt werden.

Die Stromübertragungseinrichtung vereinigt danach also die Vorteile eines sehr bequemen Anheizens mit denjenigen geringster Gesamt-Verluste, weil der Widerstand der ganzen Einrichtung durch geeignete Wahl und Anordnung der Schichten verschiedener Leitfähigkeit derartig hergestellt werden kann, daß die Gesamtverluste gleich den Jouleschen Verlusten und damit ein Minimum werden.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Stromübertragungseinrichtung für elektrische öfen zum Schmelzen von Metallen mit vorzuheizenden Leitern, die bei erhöhter Temperatur eine hohe Leitfähigkeit annehmen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtungen an beiden Seiten des Herdes die Kopf wand bilden, innen ungefähr die Gestalt eines mit der Spitze nach unten liegenden Hohlkegels und außen die eines letzterem parallelen Kegelmantels haben, der auf einem Polschuh ruht.

2. Stromübertragungseinrichtung für elektrische Öfen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode an ihrer Berührungsfläche mit dem Bad nur aus dem Leiter zweiter Klasse und dem Bindemittel besteht, während in den nach den Polschuhen zu gelegenen Teilen die Leitungsfähigkeit durch Einbettung von Graphit oder anderen gut leitenden Stoffen verstärkt ist.

3. Strom übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung höherer elektrischer Leitfähigkeit ohne Vergrößerung der Wärmeableitung quer zur Stromrichtung in die Leiter zweiter Klasse gute Wärmeleiter von geringem Widerstand eingebettet sind, die auch als Heizwiderstände ausgebildet sein können und dann zur Vorheizung der Leiter zweiter Klasse benutzt werden.

4. Elektrische Ofeneinrichtung mit Stromübertragungseinrichtungen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator unterhalb des Herdes und von diesem trennbar angeordnet und mit den Polschuhen durch den unteren Rand des Herdes umziehende Leitungen verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.