DE2558879C2 - Gleichstromgespeister Lichtbogenofen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gleichstromgespeisten Lichtbogenofen der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

In der deutschen Patentanmeldung P 25 30 828..5 wird ein gleichstromgespeister Lichtbogenofen vorgeschalgen, bei dem am Ofenboden des Ofentiegels Eisenkerne angeordnet sind, die Magnetisierungswicklungen tragen, weiche mit Gleichstrom oder niederfrequentem Wechselstrom gespeist werden, wodurch im Ofen ein Magnetfeld erregt wird, welches den Lichtbogen in Abhängigkeit der Richtung und der Anordnung des Magnetfeldes in gewünschter Weise in seiner Lage und Bewegung beeinflußt Bei einer Ausführungsform dieses Lichtbogenofens sind die mit Magnetisierungswicklungen versehenen Kerne unter dem aus unmagnetischem Material bestehenden Ofenboden in solcher Lage angeordnet daß das vom Steuermagneten erzeugte Feld im wesentlichen senkrecht zum Lichtbogen und zu der Richtung verläuft in weicher der Lichtbogen ohne Steuermagnete zur Schrägstellung neigen würde. Es wird bei dieser Maßnahme also von dem Biot-Savartschen Gesetz Gebrauch gemacht das wie folgt lautet: F=B- I. Dabei ist Fder Kraftvektor, Ader Induktionsvektor und / der Strom- bzw. der Stromdichtevektor. Durch die genannte Anordnung kann man eine resultierende Kraft Fin einer Richtung erhalten, die der Schrägstellung des Lichtbogens entgegenwirkt Dieses ist also eine Anordnung mit Magnetspulen und Kernen, um der Schrägstellung des Lichtbogens in einem mit Gleichstrom gespeisten Lichtbogenofen mit asymmetrischer Stromzufuhr zur Charge über eine an der Seite des Ofentiegels angeordnete Badelektrode entgegenzuwirken.

Aus der DE-PS 4 28 003 ist ein Gleichstrom-Lichtbogenofen bekannt bei dem die Badelektrode entweder aus dem symmetrisch aufgebauten Graphittiegel selbst besteht oder symmetrisch in der Mitte unter dem Tiegel angeordnet ist Bei einer solchen Anordnung ist eine Schrägstellung des Lichtbogens aufgrund des elektrischen Zuleiters mehr oder weniger unvermeidlich. Außerdem ist es aus dieser Druckschrift bekannt, konzentrisch um den unteren Teil des Tiegels herum eine Spule anzuordnen, die ein magnetisches Feld erzeugt, welches eine kreiseiförmige Bewegung des Lichtbogens über der Oberfläche der Metallschmelze erzeugt.

Aus der GB-PS 1 60 082 ist eiw mit dreiphasigem Wechselstrom gespeister Lichtbogenofen bekannt. Eine Badelektrode hat dieser Ofen nicht, da sich bei der symmetrischen Drehstromspeisung kein rückfließender Strom ergibt. Bei diesem Lichtbogenofen erfolgt die Stromzuführung zu den Elektroden an der äußeren Peripherie des Tiegels. Ferner ist aus dieser Druckschrift bekannt, die seitlichen Stromzuführungsleiter unter dem Boden des Tiegels in radialer Richtung entlangzuführen. Durch diese beiden Maßnahmen soll ein zusätzliches Drehfeld erzeugt werden, welches die Rotationsbewegung der Schmelze verstärken soll.

Aus der DE-OS 17 58 726 ist ein Drehstromlichtbogjnofen bekannt, bei dem zur Beseitigung der sogenannten »scharfen Phase«, die eine Folge des unterschiedlichen Wechselstromwiderstandes der Zuleitungen der einzelnen Phasen ist, in Vertikalebenen liegende wechselstromgespeiste Blasspulen angeordnet sind, deren Ströme sich mit den Lichtbogenströmen ändern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtbogenofen der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß die Kompensation der Schrägstellung des Lichtbogens praktisch unabhängig von der Lichtbogenstromstärke ist und sich dieser Stromstärke selbsttätig anpaßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Lichtbogenofen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch diese Anordnung erreicht man, daß die Kompensation der Schrägstellung des Lichtbogens bei verschiedenen Lichtbogenströmen selbstausgleichend ist

Durch die zusätzliche Verwendung von Steuermagneten zur Rotation des Lichtbogens wird erreicht, daß der Verschließ der Ofenwand an allen Stellen gleichmäßig erfolgt und nicht bevorzugt an besonderen Stellen.

Durch die vertikale Verschiebbarkeit der um den Ofentiegel herumgeführten Zuleiter zu dem Kompensationsleiter kann der Kompensationsgrad variiert werden. Ein hoher Kompeiisationsgrad ist häufig erforderlich bei größeren öfen, wo der Abstand zwischen Leiter und Lichtbogen groß ist

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

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Ofens mit der Anordnung nach der Erfindung, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 den Ofen gemäß F i g. 1 in Draufsicht und mit Steuermagneten,

F i g. 3 eine Weiterentwicklung der Erfindung mit einer besonderen räumlichen Anordnung der ZuJeiter.

F i g. 1 zeigt einen gleichstromgespeisten Lichtbogenofen gemäß der Erfindung, der mit einer als Kathode geschalteten Elektrode 2 ausgerüstet ist. Statt einer Elektrode 2 können auch mehrere vorhanden sein. Die Elektrode besteht vorzugsweise aus Graphit oder ist als selbstbackende Elektrode aufgebaut Die Elektrode erstreckt sich durch eine öffnung im Ofengewölbte 3. Der Ofen ist in üblicher Weise kippbar angeordnet und hat eine Gießschnauze 4.

Der Ofen ist mit einer Badelektrode 5 versehen, welche zusammen mit der Charge 6 die Anode bildet. Bei einer nicht kompensierten Schaltung gemäß F i g. 1 stellt sich aufgrund des von der Badelektrode 5 über die Charge zur Kathode 2 (siehe Pfeil /i) fließenden Stromes der Lichtbogen schräg, wie es durch den Pfeil 1 in F i g. 1 angedeutet ist Gemäß der Erfindung wird der Strom vom positiven Pol der Stromquelle 7 unter dem Ofentiegel in eine solche Richtung geleitet, daß der Strom h in dem mit der Kathode in Reihe geschalteten Leiter 8 unter dem Tiegel in eine solche Richtung fließt, daß das von ihm erzeugte magnetische Feld das vom Strom durch die Charge erzeugte Feld kompensiert, so daß sich der Lichtbogen im wesentlichen vertikal stellt (siehe bei 9). Der Leiter 8 liegt also in Reihe mit dem Lichtbogen im Hauptstromkreis. Hierdurch erreicht man, daß die Kompensierung der Schrägstellung des Lichtbogens, wie bereiti erwähnt, bei verschiedenen Lichtbogenströmen selbstausgleichend wirkt. Eine solche Kompensierungsleitung kann aus einem einzigen Leiter bestehen oder als Spule mit mehreren Windungen aufgebaut sein, wobei diese so zu verlegen sind, daß man eine Kompensierung der Schrägstellung des Lichtbogens erhält und daß somit der Rückleiter an der Spule nicht den Lichtbogen beeinflußt. Der Ofentiegel ist mit einem unmagnetischen Boden versehen, und mit 10 ist ein Eisenkern bezeichnet, der unter dem Leiter 8 liegt.

Die Stärke des kompensierenden Magnetfeldes vom Leiter oder von der Spule 8 kann auf viele Arten justiert werden. Man kann z. B. die Entfernung des Leiters 8 und/oder des Kerns 10 zum Ofenboden verändern. Die Abmessungen des Kerns 10 können variiert werden, und in gewissen Fäüen kann dieser Kern ganz weggelassen werden. Der Kern 10 kann auch aus zwei Teilen bestehen, die jeweils auf einer Seite des Leiters liegen.

doch sind auch andere Kombinationen einer Kernaufteilung wie auch Unterschiede im Abstand zwischen Leiter und Ofenboden möglich.

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung. In der in F i g. 1 gezeigten Weise ist ein Leiter 8 in kompensierender Richtung unter dem Ofentiegel verlegt, der den Ofenstrom zwischen der Badelektrode 5 und der Kathode 2 kompensieren soll. Die Badelektrode 5 ist wie in F i g. 1 an der Seite des Ofentiegels angeordnet. Unter dem Ofentiegel ist ein vierpoliger Steuermagnet 12 angeordnet, der jedoch auch eine andere Polzahl haben kann. Die Steuerpoie sind in der gleichen Weise aufgebaut, wie bei dem Ofen nach der eingangs genannten deutschen Patentanmeldung P 25 30 828.5.

Die Wicklungen dieser Steuerpole werden zweckmäßigerweise mit niederfrequentem Wechselstrom gespeist, und zwar vorzugsweise unter 25 Hz, insbesondere mit einer Frequenz von 0,1 — 10 Hz. Durch den vierpoligen Kern wird wie bei der in der P 25 30 828.5 beschriebenen Ausführungsform der Lichtbogen in eine kreisende Bewegung versetzt, wodurch der V ;·-schließ gleichmäßig auf die Ofenwände verteilt wird und somit die Lebensdauer der Ofenausfütterung erhöht wird. Gleichzeitig erhält man die anhand von F i g. 1 erläuterte Kompensationswirkung durch den Leiter 8 hinsichtlich der Schrägstellung des Lichtbogens von der Kahtode 2, die sonst auftreten könnte. Die Steuerpole werden vorzugsweise mit Kernen versehen, wobei diese Kerne eine doppelte Funktion haben: einerseits führen sie den von dem Steuermagneten 12 erzeugten magnetischen Fluß und andererseits den vom Kompensationsleiter 8 erzeugten magnetischen Fluß.

Durch zyklisch umlaufende Ein- und Ausschaltung der mit Gleichstrom gespeisten Steuermagneten kann man eine ähnliche Rotation des Lichtbogens erhalten, und man kann auch eine andere Polzahl als vier wählen.

Wird der Kompensationslciter als Spule ausgeführt,

so muß auf jeden Fall ein Teil der Spule so plaziert werden, wie der Leiter 8 in Fig. 1, und der Rückleiter zur Vollendung der Spulenwindung ist so anzubringen, daß er den Lichtbogen nicht beeinflussen kann.

Vorstehend wurde beschrieben, wie die durch asymmetrische Plazierung der Badelektrode bedingte Schrägstellung des Lichtbogens in einem Gleichstromofen durch einen Stromleiter zur Badelektrode verhindert wird, der auf solche Weise unter dem Ofeviboden verlegt wird, daß die Stromrichtung in diesem Leiter zu der im Stahlbad entgegengesetzt ist. Der Leiter wird also diametral unter dem Ofenboden vom Anschlußpunkt an der Badelektrode zur gegenüberliegenden Seite des Ofentiegels geführt. In gewissen Fällen ist es wünschenswert, den Kompensationsgrad weiter verstärken zu können, beispielsweise bei größeren Öfen, wo der Abstand zwischen dem Leiter und dem Lichtbogen größer ist. Die Stärke der Kompensierung kann wie die magnetische Felds??.rke am Lichtbogen in Gauss pro kA Leiterstrom ausgedrückt werden. So hat man z. B. ir. einem Fall 1,2 G?uss pro kA erreicht, was sich als ausreichend erwies, während in einem anderen Fall eine Unterkompensierung bei 0,9 Gauss pro kA festgestellt wurde. Eine Möglichkeit, den Kompensationsgrad zu erhöhen besteht darin, doppelte Stromleiterschlingen unter dem Ofenboden anzubringen, wa.; jedoch aufgrund der zunehmenden Stromleiterlänge und demzufolge höheren Verlusten zu Schwierigkeiten führen kann. Es kann auch schwierig sein, unter dem Ofen genügend Raum für doppelte Leiterschlingen zu schaffen, obwohl dies für gewisse spezielle Ausführungsformen

ohne weiteres möglich ist. In Fällen, in denen man auf doppelte Leiterschlingen verzichten muß oder will, kann durch die nachstehend beschriebene Anordnung ein höherer Kompensationsgrad erreicht werden.

Ein höherer Kompensationsgrad ohne doppelte Schlingen und mit einer mäßigen Erhöhung der Leiterlänge wird durch eine Ausführungsform gemäß F i g. 3 erreicht, bei der der Leiter bis zu einer der Badelektrode diametral gegenüberliegenden Stelle, wo der Kompensationsleiter beginnt, hoch oben am Ofentiegel verlegt ist. Es werden also zwei Leiter 13 und 14, die vom positiven Pol der Gleichstromquelle kommen, in Form von zwei vertikalen Anschlußleitern 15, 16 geführt, welche danach in die Zuleiter 17,18 übergehen, die im wesentlichen horizontal um die Peripherie des Ofentiegels verlaufen. Die zwei Leiter sind an diametral gegenüberliegenden Teilen des Ofentiegels verlegt und liegen am Oberteil des Ofentiegels, zweckmäBigerweise in der Nähe seines oberen Randes. Vorzugsweise sind diese Leiter vertikal beweglich angeordnet und an verschiedene nicht dargestellte Anschlußpunkte an den vertikalen Anschlußleitern 15, 16 anschließbar. Wie Fig. 3 zeigt, sind die Zuleiter 17,18 an dem hinter der Zeichenebene liegenden Teil des Ofentiegels an vertikale Anschlußleiter 19, 20 angeschlossen, die zu den Kompensationsleitern führen und mit entsprechenden Anschlußpunkten versehen sein können.

Die Zuleiter 17,18 gehen in die Anschlußleiter 19, 20 über und von dort zu den obengenannten Kompensationsleitern 8, hier zwei parallele, die in gleicher Weise verlegt sind, wie oben beschrieben.

Die in F i g. 3 strichpunktiert angedeuteten Leiter dienen dem Vergleich mit den in F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen.

Durch die Anordnung nach F i g. 3 erhält man einen Beitrag zum Kompensationsfeld durch alle Leiterteile, und zwar sowohl von den am oberen Randes des Ofentiegels entlanglaufenden Leitern als auch von den vertikal am Ofen entlanggeführten Leitern. Häufig besteht — wie man im gezeigten Ausführungsbeispiel sieht — ein Stromleiter aus mehreren parallelen Rohren. Diese können dann, zur Vermeidung einer Drehung des Kompensationsfeldes symmetrisch auf je einer Seite des Ofentiegels verlegt werden, wie es F i g. 3 zeigt. Mit dieser Leiterführung wurde ein Kompensationsfeld von 1,7 Gauss pro kA erreicht, was mehr als ausreichend sein dürfte.

Manchmal ist es schwierig, die erforderliche Größe des Kompensationsfeldes im Voraus zu berechnen. Aus diesem Grunde ist der horizontale gebogene Leiterteil so angeordnet, daß er — wie oben beschrieben — in veränderlicher Höh? verlegt werden kann. Je tiefer die horizontalen, gebogenen Leiterteile 17, 18 am Ofentiegel verlaufen, umso kleiner ist das Kompensationsfeld; doch ist es manchmal zweckmäßig, die Leiterteile in vertikaler Richtung verschieben zu können, beispielsweise um eine Oberkompensation zu vermeiden, die man bei zu hoher Anordnung der Leiterteile 17,18 bekommen würde.

Die oben beschriebene Anordnung kann seibstverständlich in vielfacher Weise variiert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Gleichstromgespeister Lichtbogenofen mit einem Ofentiegel, der einen unmagnetischen Boden hat, mit mindestens einer Lichtbogenelektrode (2) und mit mindestens einer Badelektrode, die unsymmetrisch im Verhältnis zur Längsrichtung der Lichtbogenelektroden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein im Lichtbogenstromkreis liegender Stromleiter (8) (Kompensationsleiter) in solcher Richtung unter dem Ofentiegel verlegt ist, daß der ihn durchfließende Strom (h) im wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zu dem Strom in der Schmelze (6) (I₁) fließt

2. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Lichtbogenstromkreis liegende Spule mit einer oder mehreren Windungen unter dem Ofentiegel in solcher Lage angeordnet ist, daß ihr magnetisches Feld der Neigung des Lichtbogens zur Schrägstellung entgegenwirkt

3. Lichtbogenofen nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am unter dem Ofentiegel verlaufenden Stromleiter (8) ein Eisenkern (10) angeordnet ist

4. Lichtbogenofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern geteilt ist und auf beiden Seiten des Stromleiters (8) liegt

5. Lichtbogenofen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Ofentiegel zusätzlich mehrpolige, vorzugsweise vierpolige, ί ieuermagnete (12) zur Rotation des Lichtbogens angeordnet sind die mit einem Kern versehen sind, der gleichzeitig den Kern für den Kompensationsleiter bildet.

6. Lichtbogenofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermagnet oder die Steuermagnete (12) mit niederfrequentem Wechselstrom, normalerweise mit einer Frequenz unter 25 Hz, vorzugsweise mit 0,1 — 10 Hz, gespeist sind.

7. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Stromleiter gehörenden Zuleiter (17,18) ganz oder teilweise, vorzugsweise :n einer gewissen Höhe über der Bodenfläche, um den Ofentiegel herum geführt und danach an den Kompensationsleiter (8) angeschlossen sind.

8. Lichtbogenofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleiter (17,18) mindestens in zwei parallele Teile aufgeteilt sind, die um diametral gegenüberliegende Teile des Ofentiegels verlaufen.

9. Lichtbogenofen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleiter (17, 18) im oberen Bereich des Ofentiegels um diesen herumgeführt sind.

10. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 7—9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleiter (17, 18) in verschiedener Höhe an entsprechende Anschlußpunkte längs vertikaler Anschlußleiter (15, 16) anschließbar sind.