DE2530828C2

DE2530828C2 - Mit Gleichstrom gespeister Lichtbogenofen

Info

Publication number: DE2530828C2
Application number: DE2530828A
Authority: DE
Inventors: Sven-Einar Dipl.-Ing. Västeraas Stenkvist
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-07-23
Filing date: 1975-07-10
Publication date: 1984-10-11
Also published as: GB1505381A; JPS6241188Y2; FR2280286A1; FR2280286B1; JPS56118393U; US4016355A; DE2530828A1; SE390688B; SE7409557L; JPS5135606A

Description

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Lichtbogenofen weise durch Gleichstrom gespeistes magnetisches Feld

nach dem Oberbegriff des Anspruches I vorgeschlagen. mit der in Γ i g. 2 gezeigten Polarität erzeugt. EO wirkt

der crfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des auch dieses Magnetfeld auf den Lichtbogen ein, und der

Anspruches 1 genannten Merkmaie hat Lichtbogen wird gemäß dem Biot-Savartschen Gesetz

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in 5 in Richtung des in Fig. 2 gezeigten Pfeiles 6 zur Seite

den Unteransprüchen genannt. abgelenkt. Eine umgekehrte magnetiscne Polarität lenkt

Durch die Erfindung wird ein Lichtbogenofen ge- den Lichtbogen natürlich zur anderen Seite. Durch eine schaffen, bei dem die Anordnung zur Ablenkung des zweckmäßige Verschiebung der Anordnung 5 kann man Lichtbogens sehr raumsparend ist und sich leicht unter eine gewünschte Verschiebung der resultierenden auf dem Boden des Lichtbogenofens anbringen läßt. Die 10 den Lichtbogen wirkenden Kraft erreichen. Ein auf dieverschiedenen Wicklungen für die unterschiedlichen se Weise orientiertes Steuerfeld kann zwar die Schräg-Beeinflussungen des Lichtbogens lassen sich bei der stellung des Lichtbogens nicht beseitigen, es kann je-Konstruktion gemäß der Erfindung leicht unterbringen doch dazu benutzt werden, die Schrägstellung zur einen und austauschen. oder anderen Seite zu vträndern. abhängig von der Po-Wenn von einer Speisung der magnetfelderregenden 15 larität des Steuerfeldes. Wim winit ein auf diese Weise Wicklungen mit niederfrequentem Wechselstrom ge- orientierter Steuermagnet mit niederfrequentem Wechsprochen wird, so ist hierbei eine Frequenz unter der selslrom gespeist, so wird der Lichtbogen eine tastende Netzfrequenz gemeint, normalerweise unter 25 Hz, vor- Vor- und Rückwärtsbewegung ausführen, wodurch der zugsweise im Bereich von 0,1 bis 10 Hz. Schmelz- und Strahlungseffekt hauptsächlich auf einen i Durch die Erfindung erhält man die Möglichkeit, den 2Ö der Abtastbewegung entsprechenden Teil des Ofenrau- ^Lichtbogen derart zu lenken, daß man einen symmetri- ;· ines gerichtet wird. Mittels dieser Methode kann man 'sehen Verschleiß der Ausfütterung im Ofentiegel und -_ somit auf angemessene Art den Verschleiß des Ofens am Ofenboden sowie im Ofengewölbe erhält. Bei richti- ; steuern.

ger Anordnung der Eisenkerne und Spulen erhält man , Wird der Steuermagnet, wie es F i g. 3 zeigt, um 90°

'also einen in gewünschter Weise gelenkten Lichtbogen. 25, gegenüber der Lage in F i g. 2 gedreht, so wird der Fuß-

Die Erfindung beruht auf einer Ausnutzung der Kräfte, ' punkt des Lichtbogens auf der Schmelze weiter in den

die auf eineii stromdurchflossenen Leiter, im vorliegen- Ofen hineinverlegt, d. h. der Lichtbogen bekommt im

den Falle der Lichtbogen, in einem Magnetfeld ausge- Vergleich mit F i g. 1 einen horizontaleren Verlauf. Wird

übt werden. Größe und Richtung der Kräfte bestimmen in F Ί g. 3 die Polarität des Steuermagneten geändert, so

sich nach dem Biot-Savartschen Gesetz F-BxT, wo- 30 verläuft der Lichtbogen senkrechter, und wenn das Ma-

bei Fdie Kraft, B die Induktion und /der Strom ist. Man gnetfeld des Steuermagneten (Anordnung 7) unter dem

kann so eine resultierende Kraft erreichen, die die Ofen stärker als das vom Lichtbogen erzeugte Magnet-

'Schrägstellung des Lichtbogens verhindert. feld ist, so kann der Lichtbogen sogar in der entgegen-

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungs- gesetzten Richtung, also in Richtung auf die Kontaktbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es 35 elektrode 4 abgelenkt werden,
zeigt Mit richtiger Polarität und Stärke des vom Steuerma-

F i g. 1 einen Gleichstromlichtbogenofen im Schnitt gneten herrührenden Magnetfeldes kann man somit die

ohne eine Einrichtung gemäß der Erfindung, von den Strompfaden in der Schmelze erzeugte magne-

F i g. 2 und 3 einen Ofen gemäß F i g. 1 mit je einem tische Unbalance aufheben, welche die Schrägstellung 'Steuermagneten zur Erläuterung des der Erfindung zu- 40 des Lichtbogens verursacht, und somit einen im Gleichgrundeliegenden Prinzips, gewicht befindlichen vertikalen Lichtbogen erhalten.

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel eines Lichtbogen- Um diesen Zustand auch dann aufrechtzuerhalten, wenn

ofens gemäß der Erfindung. der Lichtbogenstrom variiert, kann man die Stromquel-

■i F i g. 1 zeigt die Elektrodenanordnung bei einem mit Ie, die den Steuermagneten speist, so regeln, daß das

, ^Gleichstrom gespeisten Lichtbogenofen, der keinen 45 Steuerfeld immer in richtiger Proportion zum Lichtbo-

*;Elektromagneten hat. Der Ofentiegel wird von oben genstrom steht. Dies kann man durch eine an sich be-

.gesehen. Er ist mit der üblichen Ausfütterungsmasse kannte Technik erreichen, beispielsweise mittels einer

versehen. 2 ist eine Lichtbogenelektrode, die aus Gra- thyristorgesteuerten Speisung des Steuermagneten. In

phit bestehen kann oder vom Söderberg-Typ sein kann. dem in F i g. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfin-

Die Elektrode kann entweder massiv sein oder mit in- 50 dung werden Steuermagnete mit der oben beschriebe-

ternen Zufuhrkanälen für das Beschickungsmaterial und nen Orientierung derart kombiniert, daß man unter dem

Zusätze versehen sein. In dem in F i g. 1 gezeigten Fall Ofenboden einen Kreuzkern (8,9 siehe F i g. 4) anord-

■ ist die Elektrode 2 massiv. 4 ist eine Kontaktelektrode, net, der Wicklungen trägt (z. B. tO und 11 in F i g. 4), die

beispielsweeise eine Schmelzkontaktelektroae; sie einerseits die magnetische Unbalance, die vom Lichtbo-

wirkt auf übliche Weise als Anode, während die Elektro- 55 genstrom herrührt, beseitigen und andererseits eine tän-

de 2 als Kathode im Ofen arbeitet Der Lichtbogen- zelnde Bewegung des Lichtbogens erseugen, und zwar

strom wird an der Kontaktelektrode 4 zugeführt, die an nicht nur längs einer Geraden, sondern auf einer Kreis-

den positiven Pol einer Stromquelle angeschlossen wird, bahn im Ofen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß

während die Grafitelektrode 2 an den negativen Pol man auf zwei gegenüberstehenden Schenkeln des

angeschlossen wird. Das von den Strompfaden erzeugte 60 Kreuzkernes gleichstromgespeiste Wicklungen in der

Magnetfeld treibt bei der gezeigten Anordnung den oben erläuterten Weise anordnet (in F i g. 4 nicht ge-

Lichtbogen von der Seite des Ofentiegels, wo die Strom- zeigt, sondern entsprechend F i g. 2 und 3) und auf allen

einspeisung erfolgt, (siehe Pfeil 3) weg, so daß der Licht- vier Schenkeln 8,8' und. 9,9' (F i g. 4) Wicklungen anord-

bogen von der Elektrode schräg nach unten und nach net, die mit niederfrequentem Wechselstrom gespeist

innen zum Zentrum des Ofens brennen wird, so wie es in 65 werden (siehe Wicklung 10 auf dem Schenkel 9' sowie

Fig. 1 angedeutet ist eine entsprechende, nicht dargestellte Wicklung auf

Wenn man unter dem Ofenboden oder an der Seite dem Schenkel 9 und Wicklung 11 auf dem Schenkel 8

des Ofens eine Anordnung 5 vorsieht, die ein beispiels- und eine nicht dargestellte Wicklung auf dem Schenkel

8'). Die Wechselstromspeisung erfolgt dabei zweiphasig, wobei die Phasen der beiden Ströme um etwa 90° elektrisch gegeneinander verschoben sind, d. h. der Strom in der Spule 10 ist um 90° elektrisch gegen den Strom in der Spule 11 verschoben. Jeweils zwei gegenüberliegende Schenkel 8, 8' bzw. 9, 9' gehören zu einer Phase, während das Gleichstromfeld auf eine andere, in F i g. 4 nicht gezeigte Art erzeugt wird.

Falls zwei oder mehr symmetrisch verteilte Kontaktelektroden im Ofen angeordnet sind oder eine Kontakt-■^elektrode am Ofenboden auf der durch die Spitze der jjiLichtbogenelektrode gehenden Senkrechten angeordnet ist, kann man die mit Gleichstrom gespeiste Steuerwicklung weglassen, während die zweipbasige Wechselstromwicklung eine rotierende Bewegung des Lichtbogens erzeugt

Der Vorteil, den Lichtbogen auf diese Weise zu lenken, ist offensichtlich. Man kann den Schmelzverlauf /"beeinflussen und den Verschleiß der Ausfütterung verringern. Die Anordnung unter dem Ofenboden, die das Steuerfeld liefert, kann auf viele verschiedene Arten ausgeführt werden, abhängig davon, welche Wirkung iman zu erreichen wünscht.

Der Ofenboden ist in sämtlichen Fällen mit einem ^Futter aus nicht magnetischem Material, wie rostfreier Stahl, auszuführen. Bei einem dreischenkligen Kern kann die Speisung mittels dreiphasigen Wechselstroms erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 zu dem der Lichtbogen verschoben wird, einer s'.ärke- Patentansprüche: ren Beanspruchung und somit einem größeren Ver schleiß als die übrigen Teile der Ofentiegelwand ausge-

1. Mit Gleichstrom gespeister Lichtbogenofen mit setzt ist.

einem Ofentiegel mit mindestens einer als Kathode 5 Durch eine bekannte Anordnung kann man einen geschalteten Lichtbogenelektrode, mit mindestens senkrechten Verlauf des Lichtbogens dadurch erreieiner Kontaktelektrode und mit einer Elektroma- ehe.«, daß man die Kontaktelektrode auf der durch die gnetanordnung mit mehreren unabhängig speisba- Spitze der Lichtbogenelektrode gehenden Senkrechten ren Wicklungen zur Beeinflussung der Lage und/ anordnet, wodurch die Unsymmetrie der Strompfade, oder Bewegung des Lichtbogens, dadurch ge- io welche die Schrägstellung des Lichtbogens verursacht, kennzeichnet, daß unter dem Ofenboden ein ausbleibt. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht dann, Elektromagnet mit einem kreuzförmigen oder drei- daß die Kontaktelektrode an einer Stelle im Ofenboden scheiikligen Kern angeordnet ist, dessen einzelne angeordnet werden muß, die mit Rücksicht auf die Aus-Schenkel die Windungen tragen. fütterung wenig geeignet ist.

2. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch ge- is Eine andere bekannte Anordnung zur Erzielung eines kennzeichnet, daß die Wicklungen mit niederfre- senkrechten Verlaufes des Lichtbogens besteht darm, quentem zwei- bzw. dreiphasigen Wechselstrom zwei oder mehrere Konlaktelektroden zu verwenden, speisbar sind die symmetrisch zur Lichtbogenelektrode (Kathode) an-

3 Lichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch ge- geordnet sind. Der Nachteil dieser Anordnung besteht kennzeichnet, daß dem Wechselfeld ein mit Gleich- 20 einerseits in der erforderlichen komplizierten Ofeiuon-■ ■ strom gespeistes Feld überlagert ist. struktion und andererseits darin, daß es trotz.symmetri-

^r >^J> 4 Lichtbogenofen nach einem der vorhergehen- scher Anordnung der Kontaktelektroden schwierig ist, den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine symmetrische Stromverteilung auf die Kontakt-Ofentiegel nichtleitend ausgemauert ist, daß die elektroden zu erreichen. Geringfügige Unterschiede im " Kontaktelektroden unsymmetrisch im Verhältnis 25 elektrischen Widerstand der Kontaktelektroden kann zum Ofentiegel angeordnet sind und daß der Elek- zur Folge haben, daß die Kontaktelektroden mit genntromagnet so angeordnet ist, daß er ein im wesentli- gerem Widerstand einen größeren Teil des Stromes chen senkrecht zum Lichtbogen verlaufendes Feld übernehmen, was wieder zu einer Schragstellung des erzeugen kann. Lichtbogeis und damit zu einem ungleichmäßigen ver-

5. Lichtbogenofen nach einem der vorhergehen- 30 schleiß führt.

• den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bei einer weiteren bekannten Anordnung, d>- *ben-

Speisung der Wicklungen abhängig vom Lichtbo- falls mit symmetrisch angeordneten Kontaktelektroden genstrom verstellbar ist. arbeitet, werden die Kontaktelektroden durch Schalter

6 Lichtbogenofen nach Anspruch 3, dadurch ge- derart der Reihe nach eingeschaltet, daß die Schragstelkennzeichnet. daß die Schenkel des Eisenkerns je 35 lung des Lichtbogens sukzessiv verändert wird, wozwei oder mehrere Spulen tragen, die einzeln Steuer- durch der Verschleiß der Ausfütterung gleichmäßig er_{bar s}j_ncj folgt. Der Nachteil dieser Anordnung besteht jedoch in

der notwendigen komplizierten Konstruktion und den

Betriebsschwierigkeiten mit Schaltern für die hier auf-

40 tretenden hohen Ströme. Aus der DE-OS 17 58 726 ist es bekannt, bei einem wcchselstromgespeisten Lichtbo-

Die Erfindung betrifft einen mit Gleichstrom gespei- ger.ofen mit mehreren Lichtbögen unterschiedlicher sten Lichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des An- Phase seitlich zu jeder Lichtbogenphase eine Wechselspruches 1. Ein solcher Lichtbogenofen ist bekannt aus stromspule anzuordnen, die den zugehörigen Lichtbo- ^?'der FR-PS11 17 769. 45 gen in die Mitte des Gefäßes treibt. Der die Wecnsel-

Bei dem aus der FR-PS 1117 69 bekannten Lichtbo- stromspulen durchfließende Strom ist dem Strom über • genofen arbeitet eine zentrale Elektrode mit einem die zugehörige Lichtbogenelektrode proportional. Ofentiegel zusammen, welcher als Gegenelektrode Aus der DE-AS 10 53 690 ist ein Lichtoogenofen bedient. Der Lichtbogen steht bei diesem Lichtbogenofen kannt, bei dem unter dem Ofentiegel ein gleicnstromerohne äußere Beeinflussung stets in der Mittellinie des 50 regter Steuermagnet vorhanden ist, dessen Feldlinien symmetrischen Ofentiegels. An den Seiten des Ofentie- parallel zur Hauptrichtung des Lichtbogens verlaufen, gels sind, gleichmäßig über den Umfang des Ofentiegels Bei diesem Lichtbogenofen ist eine Kontaktelektrode verteilt vier steuerbare Elektromagnet angeordnet, nicht vorhanden. Vielmehr bildet das gesamte Scnmelderen Aufgabe es ist, durch entsprechende Einstellung zengefäß die Gegenelektrode zur Lichtbogenelektrode, des Stromes in den Wicklungen der Elektromagnete den 55 so daß der Lichtbogen auch ohne den Steuermagneten Lichtbogen beliebig auf der Oberfläche der Schmelze in im Prinzip keinen Kräften ausgesetzt ist. die ihn aus der einem zweiachsigen Koordinatensystem verschieben zu symmetrischen Mittellage abzulenken versuchen. Der _können Zweck des Steuermagneten besteht darin, bei kleinen

In einem mit Gleichstrom gespeisten Lichtbogenofen, Metallmengen eine gezielte Schmelzung zu erreichen, bei dem eine Kontaktelektrode seitlich zu der durch die to da hierbei entstehende Dämpfe den Lichtbogen vom Spitze der Lichtbogenelektrode gehenden Senkrechten Metall wegzudrücken versuchen. Der Steuermagnet angeordnet ist (siehe beispielsweise DE-PS 2 16 720). stabilisiert den Lichtbogen also in der Stellung, die er wird der Lichtbogen von den von den Strompfaden in ohne die genannte Gasentwicklung einnimmt, der Schmelze herrührenden Kräften derart beeinflußt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

daß er nicht vertikal, sondern schräg von der Lichtbo- μ Lichtbogenofen der eingangs genannten Art zu entwik senelektrode zum Schmelzbad, und zwar, von der Kon- kein, der bei platzsparender Konstruktion eine bclicbi taklelektrode wegweisend, brennt. Dieser Zustand hat gc Ablenkung und/oder Bewegung des Lichtbogens er den Nachteil, daß der Abschnitt der Ofeniui.sfüliemng, möglicht.