DE2841458A1 - ELECTRODE ARRANGEMENT FOR DC-REDUCTION OVENS - Google Patents
ELECTRODE ARRANGEMENT FOR DC-REDUCTION OVENSInfo
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Description
Elektrodenanordnung für Gleichstrom- ReduktionsofenElectrode arrangement for direct current reduction furnace
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodenanordnung mit Gleichstromversorgung für einen elektrothermischen Reduktionsofen. The invention relates to an electrode assembly with direct current supply for an electrothermal reduction furnace.
Die ersten elektrothermischen Reduktionsofen, die Ende des vorigen Jahrhunderts in Betrieb genommen wurden, wurden mit Gleichstrom betrieben. Die Entwicklung von Wechselstromgeneratoren mit drei Phasen und die Verbesserungen in der Wechselstrom-Energieübertragung hat aber einen Übergang zum Betrieb der elektrothermischen Reduktionsofen mit Wechselstrom herbeigeführt. Erst in der letzten Zeit hat die verbesserte Umformung von Wechselstrom in Gleichstrom mittels Trockengleichrichtern neue Möglichkeiten für die Verwendung von Gleichstrom in Verbindung mit elektrothermischen Reduktionsöfen geschaffen.The first electrothermal reduction furnace, the end of the previous one Century were put into operation, were operated with direct current. The development of alternators with three phases and the improvements in AC power transmission but has made a transition to the operation of the electrothermal reduction furnace brought about with alternating current. It is only recently that the forming has improved from alternating current to direct current by means of dry rectifiers new possibilities for the use of direct current in connection created with electrothermal reduction furnaces.
Die bisher zu elektrothermischen Reduktionen gebauten Gleichstromöfen wurden ausnahmslos mit einer oberen und einer unteren Elektrode ausgeführt. Diese öfen sind im Verhältnis zu üblichen industriellen Wechselstromöfen sehr klein und werden meistens als Versuchsöfen verwendet. Bei einigen Prozessen hat es sich atxsr erwiesen, daß Gleichstrom gewisse Vorteile haben kann, da ©in geringerer Verlust und somit ein niedrigerer spezifischer Stromverbrauch für das produzierte Material entsteht.The direct current furnaces built up to now for electrothermal reductions were all carried out with an upper and a lower electrode. These ovens are relative to the usual industrial AC furnaces are very small and are mostly used as test furnaces. With some processes it has atxsr proved that direct current can have certain advantages since © results in lower loss and thus a lower specific power consumption for the material produced.
Bei Verwendung von Gleichstromofen müssen, wie bei Elektrolyseanlagen, Trockengleichrichter zwischen dem Ofen und der Sekundärseite der Ofentransformatoren installiert werden. Die Transformatoren sind mit Stufenschaltern ausgerüstet, so daß man jederzeit die Spannung zur Verfügung haben kann, die dem Prozeß und der Ofenlast entspricht,, Innerhalb eines gewiesenWhen using direct current furnaces, as with electrolysis systems, Dry rectifiers can be installed between the furnace and the secondary side of the furnace transformers. The transformers are equipped with multiple switches so that the voltage required for the process can be available at any time and the furnace load corresponds to, within a directed
-3--3-
9Q9SH/Q90'9Q9SH / Q90 '
Spannungsbereichs hängt die Größe und der Preis für GleichrichterVoltage range depends on the size and price of rectifier
nur von dem zu liefernden Strom ab. Um dieselbe Belastung wie bei einem dreiphasigen Wechselstromofen mit drei oberen Elektroden erzielen zu können, wird somit eine verhältnismäßig große und teure elektrische Anlage benötigt. Es ist daher zweifelhaft,only depends on the electricity to be supplied. By the same load as a three-phase AC furnace with three top electrodes To be able to achieve, a relatively large and expensive electrical system is required. It is therefore doubtful
ob sogar große Gleichstromofen des genannten Typs mit dreiphasigen Wechselstromöfen wirtschaftlich konkurrieren können. Jedenfalls ist es bisher nicht gelungen, konkurrenzfähige Gleichstromofen zu konstruieren.whether even large direct current furnaces of the type mentioned with three-phase AC ovens can compete economically. In any case, it has so far not been able to be competitive Construct direct current furnace.
Es wurde nun eine Elektrodenanordnung mit Gleichstromversorgung gefunden, durch die die Spannung und die Ofenlast erhöht werden können, ohne eine entsprechende Steigerung für die elektrische Ausrüstung herbeizuführen.A DC supply electrode arrangement has now been found which increases the voltage and the furnace load can without bringing about a corresponding increase in the electrical equipment.
Die Anordnung nach der Erfindung hat keine untere Elektrode, sondern ist mit einer geraden Zahl oberer Elektroden ausgerüstet, die über Stromschienen paarweise jeweils als Anode und Kathode in Reihenschaltung mit den Ausgängen des Gleichrichters in Schaltverbindung stehen. Für einen Ofen mit zwei oberen Elektroden würde man mit demselben Strom wie bei einem Ofen mit einer oberen und einer unteren Elektrode eine Verdoppelung der Spannung erzielen und somit auch eine Verdoppelung der Ofenlast bei Verwendung desselben Gleichrichters in beiden Fällen.The arrangement according to the invention has no lower electrode, but is equipped with an even number of upper electrodes, which are connected via busbars in pairs as anode and cathode in series with the outputs of the rectifier in Switching connection are. For an oven with two top electrodes, the same current would be used as for an oven with one the upper and one lower electrode double the voltage and thus double the furnace load when using the same rectifier in both cases.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sitzen die Elektroden an den Ecken eines Quadrats in und über einer Ofenwanne mit im wesentlichen kreisförmiger öffnung. Dadurch wird eine sehr gute Ausnutzung des Ofenbereichs erzielt. Die oberen Elektroden sind paarweise in Reihe geschaltet. Mit derselben Elektrodendimension wie bei öfen mit einer oberen und einer unteren Elektrode kann der neue Ofen sowohl mit doppelter Stromstärke als auch mit doppelter Spannung betrieben werden, das heißt, die Last wird viermal so groß wie bei einem Ofen mit nur einer oberen und einer unteren Gleichiromelektrode.In a preferred embodiment of the invention, the electrodes sit at the corners of a square in and above one Oven pan with an essentially circular opening. This enables very good utilization of the furnace area. the upper electrodes are connected in series in pairs. With the same Electrode dimensions as in ovens with an upper and a lower electrode, the new oven can have double Amperage as well as with double the voltage, that is, the load is four times as large as with an oven only one upper and one lower DC electrode.
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Um eine gute Durchwärmung der Beschickung und eine gleichmäßige Abnutzung der Elektroden über längere Perioden zu erzielen, ist zwischen den Stromschienen zwischen den Ausgängen des Gleichrichters und je einem Paar Elektroden von Polwender vorgesehen. Man verwendet einen Polwender im Schienensystem für jedes Elektrodenpaar. Erfindungsgemäß können alle für die auftretenden Belastungen verwendbaren Polwender zum Einsatz kommen. Von Vorteil ist, wenn der Polwender einen Kontakt einschließt, der als Verbindungsglied wirkt. Die Polwendung erfolgt, wenn der Kontakt um eine halbe Schienenteilung quer zur Schienenrichtung verschoben wird. Die Polwendung kann eventuell dem Abstichrythmus angepaßt werden. Mit Hilfe einer solchen Polwendung erzielt man, wie erwähnt, einen gleichmäßigen Verbrauch der Elektroden. Mit der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung und der Polwendung lassen sich nicht nur die Wechselstromverluste von drehstrombetriebenen Reduktionsofen vermeiden, sondern die Erfindung führt darüberhinaus dazu, daß der sogenannte Pinch-Effekt zur guten Durchmischung des Schmelzbades vielfältig ausgenutzt werden kann. Im einzelnen stehen der bzw. die Polwender mit einer Umschaltvorrichtung zum Auswählen verschiedener Anoden-/Kathoden-Konstellationen in Wirkverbindung.To ensure that the load is thoroughly heated and that it is even To achieve wear of the electrodes over longer periods is between the busbars between the outputs of the rectifier and a pair of electrodes each provided by pole changer. One uses a reverser in the rail system for each Pair of electrodes. According to the invention, all pole reversers that can be used for the loads that occur can be used. Advantageous is when the pole changer includes a contact that acts as a connecting link. The pole reversal occurs when the contact is shifted by half a rail pitch transversely to the rail direction. The pole reversal can possibly correspond to the tapping rhythm be adjusted. With the help of such a pole reversal, as mentioned, an even consumption of the electrodes is achieved. With the electrode arrangement according to the invention and the pole reversal, not only can the alternating current losses of Avoid three-phase reduction furnace, but the invention In addition, the so-called pinch effect is used in a variety of ways to ensure thorough mixing of the weld pool can be. In detail, the pole changer (s) is or are equipped with a switching device for selecting different anode / cathode constellations in operative connection.
Ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern, wird es jedem Fachmann möglich sein, die erfindungsgemäße Anordnung der Polwender auf Elektrodenanordnungen mit mehr als vier Elektroden zu übertragen. Without changing the essence of the invention, any person skilled in the art will be possible to transfer the inventive arrangement of the pole changer to electrode arrangements with more than four electrodes.
Vergleicht man Wechseistromreduktionsöfen und nach der Erfindung mit Gleichstrom betriebene Reduktionsöfen mit kreisförmiger Wannenöffnung miteinander, so ergibt sich, daß bei einem Gleichstromofen mit vier paarweise in Reihe geschalteten oberen Elektroden die Ofenlast um ein Drittel größer als bei einem Wechselstromofen mit drei Elektroden derselben Dimension sein kann. Wenn man hingegen größere Elektroden im Gleichstromofen einsetzt, kann die Ofenlast noch erhöht weden, da die Stromverdrängung bei Wechselstrom bei größeren ElektrodendurchmessernIf one compares alternating current reduction furnaces and according to the invention Reduction furnaces operated with direct current and having a circular tank opening with one another, it follows that in the case of a direct current furnace With four upper electrodes connected in series in pairs, the furnace load is one third greater than that of an alternating current furnace with three electrodes of the same dimension. If, on the other hand, larger electrodes are used in the direct current furnace, the furnace load can still be increased because the current is displaced with alternating current with larger electrode diameters
-5-9098U/09Q9 -5- 9098U / 09Q9
erheblich zunimmt. Dies heißt wiederum, daß die Elektroden in einem Gleichstromofen mit höherem Strom als entsprechende Elektroden in Wechselstromöfen belastet werden können.increases significantly. This in turn means that the electrodes in a direct current furnace have a higher current than corresponding electrodes can be loaded in alternating current ovens.
Die Erfindung ist schematisch in den beigefügten Figuren 1 undThe invention is shown schematically in the accompanying FIGS
2 illustriert, in denen2 illustrates in which
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen runden Ofen mit vier oberen Elektroden undFig. 1 is a vertical section through a round furnace with four upper electrodes and
Fig. 2 den Grundriß eines Ofens mit Stromzuführung zeigt.Fig. 2 shows the plan of a furnace with power supply.
In den Figuren bezeichnet 1 den Schmelzofen selbst mit der Beschickung 2 und dem Schmelzbad 3· Mit 4 sind die Elektroden beziffert, die über Stromschienen 7 paarweise jeweils als Anode und Kathode in Reihenschaltung mit den Ausgängen 6 eines Gleichrichters 5 in Schaltverbindung stehen. Von der jeweils als Anode wirkenden Elektrode gelangt der Strom durch die mehr oder weniger halbgeschmolzene Beschickung 2 zur als Kathode wirkenden Elektrode, wobei der Großteil des Stromes durch das SchmelzbadIn the figures, 1 denotes the melting furnace itself with the loading 2 and the molten bath 3 · The electrodes are numbered 4, those over busbars 7 in pairs, each as an anode and cathode connected in series with the outputs 6 of a rectifier 5 are in circuit connection. Each as an anode acting electrode, the current passes through the more or less half-melted charge 2 to acting as a cathode Electrode, with most of the current flowing through the weld pool
3 verläuft.3 runs.
Gemäß Fig. 2 sind die Elektroden 4 an den Ecken eines Quadrates in und über der Offenwanne 1 mit im wesentlichen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt angeordnet.According to FIG. 2, the electrodes 4 at the corners of a square in and above the open tub 1 are essentially circular Arranged opening cross-section.
Beide Figuren lassen erkennen, daß in den Stromschienen 7 zwischen den Ausgängen bzw. Sammelschienen 6 eines Gleichrichters 5 und je einem Paar Elektroden 4 ein Polwender 8 vorgesehen ist. Dieser Polwender 8 kann mittels einer Umschaltvorrichtung 9 nach einem bestimmten Programm ferngesteuert sein. Wahlweise läßt sich auch ein gewisser Polwendungszyklus einhalten, so daß vier verschiedene Konstellationen zwischen Anoden und Kathoden in gewünschter Reihenfolge erzielbar ist,Both figures show that in the busbars 7 between the outputs or busbars 6 of a rectifier 5 and each pair of electrodes 4 a pole inverter 8 is provided. This pole changer 8 can be remotely controlled by means of a switching device 9 according to a specific program. Optional a certain polarity reversal cycle can also be observed, so that four different constellations between anodes and Cathodes can be achieved in the desired sequence,
-6-9098U/Q909 -6-9098U / Q909
284U58284U58
Bei den heute gebauten größten Wechselstromöfen ist der Verlust aufgrund von Stromverdrängung, Wirbelstrom und Hysteresis erheblich. Diese Verluste können durch Verwendung von Gleichstrom vermieden werden. Dadurch wird eine Einsparung an elektrischer Energie erzielt, die nach angemessener Zeit die Mehrkosten für die elektrische Anlage aufwiegen.In the largest AC furnaces built today, the loss due to current displacement, eddy currents, and hysteresis is significant. These losses can be avoided by using direct current. This will save on electrical Energy achieved, which after a reasonable period of time outweighs the additional costs for the electrical system.
Die beste Ausnutzung des Gleichrichters kann durch eine Zusammenschaltung von zwei oder mehreren Öfen aer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung erzielt werden. Es lassen sich dann eine größere gleiche Anzahl Elektroden in Reihe schalten.The best utilization of the rectifier can be achieved through an interconnection can be achieved by two or more ovens aer the electrode arrangement according to the invention. It can then be a Connect a larger number of electrodes in series.
909 8 H/0909909 8 H / 0909
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