DE2530740C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung an mit Gleichstrom ge­ speisten Lichtbogenöfen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Anordnung ist im wesentlichen bekannt aus der US-PS 26 52 440.

Es sind beispielsweise Öfen zur Schmelzreduktion von Eisenoxyd und Eisenoxyd enthaltendem Material bekannt, die mit Gleichstrom gespeist und mit mindestens einer hohlen Elektrode versehen sind, die als Kathode geschaltet ist, wobei die Schmelze im Ofen als Anode dient. Durch einen Hohlraum in der Kathode wer­ den zentral pulverförmiges Eisenoxydmaterial sowie eventuelle Zusatzmittel zugeführt, und ein Lichtbogen wird zwischen der Kathode und der Schmelze aufrechterhalten. Ein solcher Ofen wird zweckmäßigerweise kontinuierlich betrieben, und ein hier­ bei oftmals auftretender Nachteil besteht darin, daß der Licht­ bogen aufgrund elektromagnetischer Kräfte in eine bestimmte Richtung im Ofen gerichtet wird. Dadurch wird der in dieser Richtung liegende Teil der Ofenwand stärker beansprucht als die Ofenwand an den anderen Stellen, was zu einem vorzeiti­ gen Verschleiß der Ofenausfütterung an dieser Stelle führt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Metalloxyd ent­ haltende Material und der Teil des Metallbades, auf das die­ ses unter der Elektrode fällt, im wesentlichen nur aus einer Richtung erwärmt werden.

Bei der aus der US-PS 26 52 440 bekannten Anordnung liegen die Spulen außerhalb der Ofenwand, so daß das magnetische Feld die aus feuerfestem Material oder aus Kupfer bestehende Hülle der Ofenwand durchdringen muß. Das Feld wird hierbei stark gedämpft, und um diese Dämpfung klein zu halten, kommen für die Erregung des magnetischen Feldes praktisch nur sehr niederfrequente Ströme in Be­ tracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welcher einerseits die geschilderte dämpfende Wirkung der Ofenhaut auf das ma­ gnetische Feld vermieden wird, andererseits aber die Zugäng­ lichkeit der Spulen für Wartung und Reparatur leicht möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfin­ dungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ge­ nannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei­ teren Ansprüchen genannt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Spulen zwar von außen angeordnet werden und für Reparaturen und bei Be­ triebsstörungen leicht zugänglich sind, daß das von den Spu­ len erzeugte magnetische Feld aber ohne Durchdringung der metallischen Ofenwand zum Lichtbogen gelangt. Eine Beschrän­ kung auf niedrige Frequenzen ist daher nicht notwendig, so daß eine starke und beliebige schnell umlaufende Rotations­ kraft auf den Lichtbogen zur Einwirkung gebracht werden kann. Durch die erzwungene Rotation des Lichtbogens erreicht man, daß die Ausfütterung gleichmäßig beansprucht und ver­ schlissen wird. und erhält zugleich eine im wesentlichen homogene Erwärmung der Charge.

Die durch die Anordnung gemäß der Erfindung erzielte Drehbe­ wegung des Lichtbogens ist eine Folge der auf einen stromdurch­ flossenen Leiter (im vorliegenden Falle der Lichtbogen) im Magnetfeld ausgübten Kraft. Diese Verhältnisse werden durch das Biot-Savartsche Gesetz beschrieben: Gemäß dem Biot-Savart­ schen Gesetzt wirkt auf einen elektrischen Leiter mit dem Strom­ stärkevektor in einem magnetischen Feld mit der Induktion eine Kraft , die gleich dem vektoriellen Produkt × ist. Im vorliegenden Fall ist der Gleichstrom im Lichtbogen und die Induktion des Wechselfeldes. Da die Spulen in der Ofenwand vom Lichtbogen einigermaßen weit entfernt sind, ist das Magnetfeld im Bereich des Lichtbogens ziemlich homogen, und deshalb ist eine Bedingung für eine resultierende Bewegung mit der Kraft , daß man als einen rotierenden Vektor erhält. Dies ist mit einem mehrphasigen Feld erreichbar.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen gleichstromgespeisten Ofen im Schnitt von der Seite gesehen,

Fig. 2 den Ofen gemäß Fig. 1 von oben gesehen,

Fig. 3 bis 5 verschiedene Anordnungsmöglichkeiten für die Spulen.

Fig. 1 zeigt einen Ofentiegel 1 mit Ofengewölbe 2 und einer oder mehreren hohlen Elektroden 3, die zur Beschickung des Ofens durch den Hohlraum mit pulverförmigem oder geschmolze­ nem, Metalloxyd enthaltendem Material sowie eventuellen Zu­ satzmitteln bestimmt sind. Der Ofen wird mit Gleichstrom ge­ speist, und ein Lichtbogen brennt zwischen der Elektrode 3 (es können auch mehrere solche Elektroden vorhanden sein) und der Schmelze 4 oder der festen Charge 5. Der Ofen wird vorzugs­ weise kontinuierlich betrieben. Der Ofentiegel ist mit einer üblichen gasdichten metallischen Hülle 6 umgeben und ist vor­ zugsweise mit Bodenkontakten 7 herkömmlicher Art versehen. An der Ofenwand sind mehrere Spulen 8 angeordnet, die durch die Hülle 6 in die Ofenwand hineinragen und innen durch eine Hülle 9 aus unmagnetischem Material, beispielsweise aus rostfreiem Stahl geschützt sind. Dies geht auch aus Fig. 2 hervor, wo die Hülle 9 und die Spule 8 deutlich gezeigt sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Spulen vorhan­ den, die in der Ofenwand angeordnet sind. Der Strom, mit dem diese Spulen gespeist werden, hat entweder Netzfrequenz (50- 60 Hz) oder, bei einer niedrigeren Plazierung der Spulen, Nie­ derfrequenz (unter 10 Hz), beispielsweise ca. 1 Hz. Die drei Spulen 8 werden beispielsweise mit drei Phasen gespeist, eine Phase für jede Spule. Ziel ist die Erreichung eines rotie­ renden Feldvektors B an der Elektrode.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß sich der Zweiphasenspei­ sung zu bedienen, wobei dann zweckmäßigerweise zwei oder vier Spulen verwendet werden, die symmetrisch zueinander um den Ofen angeordnet sind. Solche Spulen 10 sind in Fig. 1 und 2 im Ofen­ gewölbe angeordnet und in der gleichen Weise wie die Spulen 8 in der Wand gegen eine hohe Hitzeeinwirkung vom Ofen geschützt. Selbstverständlich können die zweiphasig gespeisten Spulen auch in der Ofenwand in derselben Höhe wie die Spulen 8 in der Wand angeordnet werden, und selbstverständlich können die Spulen 8 auch im Ofengewölbe in der Weise plaziert werden, wie es für die Spulen 10 gezeigt ist.

Fig. 3 zeigt im Prinzip eine zweiphasig gespeiste Spulenanord­ nung mit Eisenkern. (Die Eisenkerne sind in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigt). Die Spulen 13 bzw. 14 werden mit je einer Phase gespeist, entweder netzfrequent oder niederfrequent. In Fig. 4 werden mit drei Phasen gespeiste Spulen gezeigt, eine Phase für jede Spule, wobei hier separate Eisenkerne verwendet wer­ den. Selbstverständlich können die Kerne auch in anderer be­ kannter Weise angeordnet werden. Eine der Phasen 15 ist hierbei im Verhältnis zu der symmetrischen Schaltung umgepolt, um ei­ nen resultierenden Feldvektor am Lichtbogen 17 zu erhalten (siehe auch Fig. 1). Die beiden anderen Phasen 15′ und 15′′ sind wie üblich gepolt.

Fig. 5 zeigt eine Drehphasenanordnung mit einem gemeinsamen Ei­ senkern 16, wobei eine Phase, beispielsweise die Phase 18, im Verhältnis zu der symmetrischen Schaltung umgepolt ist.

Es können verbrauchbare oder nicht verbrauchbare Elektroden verwen­ det werden. Ein geeignetes Elektrodenmaterial ist, wie bekannt, Grafit.

Die Anordnung der Spulen kann auch für den Fall zur Erzeu­ gung eines resultierenden Feldvektors im Bereich des Licht­ bogens 17 verwendet werden, daß die Elektrode nicht symme­ trisch im Verhältnis zu den Spulen angeordnet ist.

Claims (5)

1. Anordnung an mit Gleichstrom gespeisten Lichtbogenöfen mit mindestens einer als Kathode geschalteten Lichtbogenelektrode, mit einem anodisch geschalteten Bodenkontakt am Ofen und mit wechsel­ stromgespeisten Spulen zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das auf den Lichtbogen (17) eine Kraft ausübt, die diesen in eine rotie­ rende Bewegung um die Elektrode versetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die das Magntfeld erzeugenden Spulen (8, 10) von außen unter Durchdringung der metallischen Hülle (6) des Ofens in die Ofenwand hineinragen und in der seitlichen Ofenwand und/oder im Ofengewölbe angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen an ihrer zum Ofeninneren gerichteten Seite mit einer Hülle (9) aus unmagnetischem Material versehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß meh­ rere Spulen um die Elektrode an den Seitenwänden oder im Gewölbe des Ofentiegels angeordnet sind und zwei- oder mehrphasig gespeist werden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spulen dreiphasig gespeist werden, wobei eine Spule gegenüber der symmetrischen Phasenlage umge­ polt ist.

5. Anordnung nach einem der vorstehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen mit einem Strom von Netzfrequenz, wie 50-60 Hz, oder von niedrigerer Frequenz, z. B. unter 10 Hz, vorzugsweise ca. 1 Hz, gespeist sind.