DE277196C

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Publication number: DE277196C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 h. GRUPPE

FRIED. KRUPP AKT.-GES. in ESSEN, Ruhr.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Januar 1913 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum selbsttätigen Durchmischen von Bädern (insbesondere Schmelzbädern), die von elektrischen, durch Elektroden zu- und äbgeleiteten Strömen durchflossen werden und durch das Zusammenwirken dieser Ströme mit einem im wesentlichen senkrecht zur Badoberfläche verlaufenden, magnetischen Kraftfelde eine Mischbewegung erhalten. Die Erfindung bezweckt, mit möglichst einfachen Mitteln eine dauernde und gründliche Durchmischung des Bades zu erzielen.

Dieser Zweck wird der Erfindung gemäß durch eine solche Anordnung des Kraftfeldes und ₍der Elektrode erreicht, daß das Kraftfeld mindestens angenähert die ganze Badoberfläche durchsetzt und daß wenigstens eine Elektrode im Bereiche des mittleren Teiles der Badoberfläche liegt.

2ό Auf der Zeichnung sind sechs Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Anwendung auf Schmelzöfen veranschaulicht, wie sie z. B. zur Herstellung von Elektrostahl verwendet werden, und zwar stellen die Fig. 1 bis 6, die sich auf je ein Ausführungsbeispiel beziehen, je einen schematischen, senkrechten Schnitt eines Schmelzofens nebst dem zugehörigen Schaltungsschema dar.

Fig. ι veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es bei Schmelzöfen Anwendung findet, die mit einphasigem Wechselstrome betrieben werden. A bezeichnet den gemauerten Herd des Schmelzofens und B das Schmelzbad, das beispielsweise kreisförmige Gestalt besitzen möge. In der Mitte über dem Schmelzbade B ist eine Elektrode C angeordnet. Ferner sind in dem Boden des Herdes A mehrere im Kreise angeordnete Elektroden D angebracht, die mit ihren oberen Enden in das Schmelzbad B hineinragen und an ihren unteren Enden durch Leiter E miteinander verbunden sind. Der Herd A ist von einer Erregerspule F umgeben, deren Klemmen einerseits an die Bodenelektroden D und anderseits an die eine Klemme der Sekundärspule G¹ eines Wechselstromformators angeschlossen sind, dessen Primärspule G ihren Strom von einer Wechselstrommaschine H erhält. Die andere Klemme der Sekundärspule G¹ steht mit der Elektrode C in leitender Verbindung. .

Beim Betriebe des Ofens wird das Bad B von Stromfäden durchsetzt, die zwischen der Elektrode C und den Bodenelektroden D im wesentlichen in radialer Richtung verlaufen und durch die gestrichelten Linien / veranschaulicht sind. Gleichzeitig wird von der Erregerspule F ein magnetisches Kraftfeld erzeugt, dessen Kraftlinien das Bad B, wie durch die strichpunktierten Linien K angedeutet ist, im wesentlichen senkrecht zur Badoberfläche durchdringen. Die radial verlaufenden Stromfäden / können als bewegliche Leiter aufgefaßt werden, auf die infolge der Einwirkung der Kraftlinien K Kräfte ausgeübt werden, die nach dem Induktionsgesetze quer zu den durch die Richtung jedes Stromfadens bestimmten senkrechten Ebenen,

d. h. in der Umfangsrichtung des Badrs. wirken. Würde das Schmelzbad B und die Erregerspule F von Gleichstrom durchflossen werden, so wäre ohne weiteres klar, daß diese Kräfte stets in gleichem Sinne drehend auf die Stromfäden einwirken müßten und das Schmelzbad daher in eine je nach der Stärke des- Stromes mehr oder minder lebhafte Umlaufbewegung geraten müßte.

ίο Aber auch wenn der Betrieb, wie es in Wirklichkeit der Fall ist, mit Wechselstrom erfolgt, muß das Bad in gleicher Weise umlaufen, da in diesem Falle das Wechselfeld seine Richtung stets in demselben Zeitpunkte umkehrt wie der Wechselstrom im Bade, so daß die auf die Stromfäden ausgeübten Kräfte gleichfalls immer im gleichen .Sinne drehend wirken müssen.

Der Betrieb mit Wechselstrom gewährt gegenüber dem Betriebe mit Gleichstrom, der natürlich, wie sich aus dem oben Gesagten ergibt, ebenfalls möglich ist, den Vorteil, daß die Einwirkung des Elektrodenstromes durch Induktionsströme unterstützt wird, die hier ebenso wie bei Induktionsöfen im Schmelzbade erzeugt werden, und daß zugleich die von den Induktionsöfen her bekannte Erscheinung einer »Rollbewegung« im Schmelzbade auftritt.

Die Erfindung kann auch bei solchen Elektrodenöfen angewendet werden, die mit Mehrphasenstrom (z. B. Drehstrom) betrieben werden. Ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es bei Schmelzofen dieser Art Anwendung finden kann, zeigt Fig. 2. Hier bezeichnet M ein Drehstromnetz, an welches die Primärwicklungen N, N¹ und N² eines Dreiphasentransformators angeschlossen sind. Die Sekundärwicklungen 2V³, IV⁴ und N^s des Transformators stehen an ihrem einen Ende mit drei Elektroden C¹, C² und C³ in Verbindung, die -im Kreise über dem mittleren Teile des schematisch durch ein schmales Rechteck angedeuteten Schmelzbades B angeordnet sind. Die anderen Enden der Sekundärwicklungen N³, ZV⁴ und IV⁵ stehen mit der Erregerspule F in Verbindung, welche das Bad B ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. ι umgibt, und zwar sind die Sekundärwicklungen N³ und iV⁴ an die eine und die Wicklung 2V⁵ an die andere Klemme der Erregerspule F angeschlossen. Zur Erzeugung des magnetischen Kraftfeldes wird also hier nur der Strom einer Phase benutzt, da die Erregerspule F mit der Phasenwicklung N⁵ und der Elektrode C³ in Reihe geschaltet ist.

Die. Durchmischung des Bades geht bei

dieser Anordnung in etwas anderer Weise vor sich als bei der Anordnung nach Fig. 1.

Während dort nur eine einzige, konzentrisch zur Mittelachse des Bades B erfolgende Drehbewegung auftritt, treten hier drei Drehbewegungen im Bade auf, von denen jede konzentrisch zu einer der Elektroden C¹, C² und C³ erfolgt. Am stärksten wird naturgemäß die Drehbewegung um die Elektrode C³ sein, da hier Feld und Strom in gleicher Phase schwingen. Um die beiden anderen Elektroden C¹ und C² kreist das Bad im entgegengesetzten Sinne wie um die Elektrode C³; das Gebiet zwischen den Elektroden C¹ und C² und dem Rande des Herdes erhält hierbei eine geringere Mischbewegung als die anderen Teile des Bades.

Gleichmäßiger gestaltet sich die Umlaufbewegung des Bades bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung. Diese unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 2 dadurch, daß hier die Elektroden C¹, C² und C³ von je einer besonderen Erregerspule F¹, F² und F³ umgeben sind, die jeweils mit der zugehörigen ■ Elektrode und Sekundärwicklung in Reihe geschaltet ist. Die Umlaufbewegung des Bades erfolgt um alle Elektroden im gleichen Sinne; die Gebiete, wo nur eine geringe Durchmischung des Bades auftritt, sind hierbei sehr klein.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei welcher, wie bei der Anordnung nach Fig. 2, eine einzige, das Schmelzbad B umschließende Erre- go gerspule F vorgesehen ist, die Umlauf bewegung aber ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. 3 um alle drei Elektroden C¹, C² und C³ im gleichen Sinne erfolgt. Die Anordnung nach Fig. 4 unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 2 im wesentlichen nur dadurch, daß die Sekundärwicklung N^& des Transformators in an sich bekannter Weise den anderen beiden Sekundärwicklungen AT³ und 2V⁴ entgegengeschaltet und mit dem Verkettungspunkte 0 dieser Sekundärwicklungen verbunden ist, während diejenige Klemme der Erregerspule F, die bei der Anordnung nach Fig. 2 an die Sekundärwicklung IV⁵ unmittelbar angeschlossen ist, mit dem Schmelzbade B (z. B. durch Bodenelektroden) in leitender Verbindung steht.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der durch eine Änderung der Schaltungsweise ein Unterschied in der Stärke der Umlaufbewegung χ des Bades erzielt werden kann. Bei der einen Schaltungsweise stimmt die Anordnung in allem Wesentlichen mit der Anordnung nach Fig. 2 überein. Ein Unterschied besteht nur insofern, als bei dieser Schaltungsweise, bei der die von der Sekundärwicklung iV⁵ ausgehenden Leitungen den in Fig. 5 durch die ausgezogenen Linien veranschaulichten Verlauf nehmen, die das Bad B umschließende Erregerspule aus zwei Teilen F⁴ und F⁵ besteht, die durch eine Leitung P in Reihe miteinander verbunden sind. Da die beiden

in Reihe miteinander verbundenen Erregerspulen Fⁱ und F⁵ genau so wirken wie die ungeteilte Erregerspule F der Anordnung nach Fig. 2, so stimmt die Wirkungsweise der An-5 Ordnung nach Fig. 5 bei der erwähnten Schaltungsweise völlig mit der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 2 überein.

Die Schaltungsweise kann nun in der Weise abgeändert werden, daß einerseits die Sekundärwicklung N⁵, wie in Fig. 5 durch strichpunktierte Linien angedeutet ist, den beiden anderen Sekundärwicklungen 2V³ und iV⁴ entgegengeschaltet wird, oder anderseits ein Punkt der Leitung P durch eine einen Schalter Q enthaltende Leitung mit dem Schmelzbade B in Verbindung gebracht wird.

Ist bei Gegenschaltung der Wicklung N^b der Schalter Q geöffnet, so kreist das Bad um die Elektrode C³ ebenso wie bei der An-Ordnung nach Fig. 3 und 4 im gleichen Sinne wie um die Elektroden C¹ und C². Die Umlaufbewegung ist in diesem Falle erheblich stärker als bei der ersten Schaltungsweise, bei welcher das Bad um die Elektrode C³ ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. 2 im entgegengesetzten Sinne wie um die Elektroden C¹ und C² kreist.

Dadurch, daß man bei jeder der beiden Schaltungsweisen den Schalter Q schließt, können weitere Änderungen in der Stärke der Umlaufbewegung des Bades erzielt werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 6 ist die Elektrodenanordnung die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig. 1 (die Bodenelektroden sind nicht dargestellt), und auch hier umgibt die Erregerspule F das Schmelzbad B. Der Hauptteil des Heizstromes wird hier von einer starken Gleichstromquelle R geliefert. Diese ist einerseits durch Vermittelung der Bodenelektroden mit dem Schmelzbade B und anderseits über eine Drosselspule S mit der Elektrode C verbunden. Dieselbe Elektrode C steht außerdem mit der einen Klemme einer verhältnismäßig schwachen einphasigen Wechselstromquelle T in Verbindung, deren andere Klemme an das eine Ende der Erregerspule F angeschlossen ist, das andere Ende dieser Spule ist durch Vermittelung der Bodenelektroden mit dem Schmelzbade B verbunden.

Die Drosselspule 5 hat den Zweck, zu verhindern, daß Wechselstrom in die Gleichstromquelle R übertritt.

Diese Anordnung wirkt wie folgt: Dem von der Gleichstromquelle R gelieferten Strome lagert sich im Schmelzbade ein Wechselstrom über, so daß ein sogenannter Wellenstrom entsteht, der als Heizstrom wirkt. Für die Umlaufbewegung des Bades kommt nur der übergelagerte Wechselstrom in Betracht, da nur dieser die Erregerspule F durchfließt und in Verbindung mit dem durch diese erzeugten Wechselfelde eine Drehbewegung in einem bestimmten Sinne hervorrufen kann. Die Stärke der Umlaufbewegung kann hierbei durch Regelung der Stärke des Wechselstromes geändert werden, ohne daß die Heizwirkung wesentlich beeinflußt wird.

Statt mit Gleichstrom das Bad B zu heizen und mit Wechselstrom die Spule F zu erregen, kann man die Anordnung auch umgekehrt treffen. Steht z. B. eine Wechselstromquelle zur Verfügung, die eine zur Heizung des Schmelzbades genügende Stärke besitzt, so kann die Erregung durch übergelagerten, verhältnismäßig schwachen Gleichstrom erfolgen. Auch hierbei ist die Gleichstromquelle durch eine Drosselspule zu schützen.

Die Wirkung der Anordnung ist ganz ähnlich wie bei der in Fig. 6 veranschaulichten Anordnung.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist nicht auf Schmelzofen zur Herstellung von Stahl u. dgl. beschränkt. So kann man sie z. B. mit Vorteil auch bei elektrischen Härteöfen mit Salzbad benutzen, um das Bad in schnellen Umlauf zu versetzen und dadurch zu bewirken, daß die Salzmassen sich schneller erwärmen und die am eingetauchten Härtekörper sich abkühlenden Salzmassen schnell durch wärmere ersetzt werden. go

Auch bei elektrolytischen Bädern, insbesondere bei der Schmelzflußelektrolyse, ist die Erfindung anwendbar. Hier vermeidet man durch die Umlaufbewegung jede Konzentrationsänderung innerhalb des Bades sowie das Entstehen von unebenen Oberflächen und die Ausbildung von Kristallen in den niedergeschlagenen Schichten.

Wird die Erfindung beim Metallgießen mit elektrischer Heizung des Gußkopfes ange^· wendet, so kann man sowohl die Lunkerbildung als auch die gefürchtete Kristallisation im Innern des Gusses verhindern. Ein Nebenvorteil besteht in der Möglichkeit, den Gußkopf etwa auf die Hälfte zu verkleinern.

Claims

Patent-Ansprüche:

xi. Einrichtung zum selbsttätigen Durchmischen von Bädern, die von elektrischen, durch Elektroden zu- und abgeleiteten Strömen durchflossen werden und durch das Zusammenwirken dieser Ströme mit einem im wesentlichen senkrecht zur Badoberfläche verlaufenden, magnetischenKraft felde eine Mischbewegung erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Kraftfeld (K) mindestens angenähert die ganze Badoberfläche durchsetzt und daß wenigstens eine Elektrode (C) im Bereiche des mittleren Teiles der Badoberfläche liegt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 für den

Betrieb mit Mehrphasenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erregung des Magnetfeldes (K) eine einzige Wicklung (F oder F⁴, F⁵) vorgesehen ist, die mit einer Phasenwicklung (IV⁵) des Mehrphasensystems (N³, IV⁴, 2V⁵) in Reihe geschaltet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 für den Betrieb mit Mehrphasenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erregung des Magnetfeldes (K) mehrere Wicklungen (F¹, F², F³) vorgesehen sind, die mit je einer Phasenwicklung des Mehrphasensystems in Reihe geschaltet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 für den Betrieb mit Dreiphasenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Phasenwicklung (N⁵) in an sich bekannter Weise den beiden anderen Phasenwicklungen (2V³ und IV⁴) entgegengeschaltet und in Sternschaltung mit ihnen verkettet ist, während die Enden einer Erregerwicklung (F) einerseits mit dem Nullpunkte (o) der Sternschaltung und anderseits mit dem Bade (B) verbunden sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 2 für den

Betrieb mit Dreiphasenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Phasenwicklung (W⁵), die mit der Erregerwicklung (Fi₁ P^ J_n Reihe geschaltet ist, in an sich bekannter Weise den beiden anderen Phasenwicklungen (IV³ und IV⁴) entgegengeschaltet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung aus zwei leitend miteinander verbundenen Spulen (F⁴ und F⁵) besteht und ein Punkt der die beiden Spulen (F⁴ und F⁵) verbindenden Leitung (P) durch eine einen Schalter (Q) enthaltende Leitung an das Bad (B) angeschlossen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine über der Mitte des Bades (B) befindliche Elektrode (C) und mehrere am Rande des Bades (B) angeordnete Bodenelektroden einerseits an eine Gleichstromquelle (R) und anderseits an eine Wechselstromquelle (Γ) angeschlossen sind, wobei einer der beiden Stromkreise (R, C, B und T, C, B) eine zur Erzeugung des magnetischen Kraftfeldes (K) dienende Erregerwicklung (F) enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.