DE3024223C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dreiphasen-Lichtbogenschmelz- oder Reduktionsofen gemäß Gattungsbegriff des Anspruches 1.

In der nicht vorveröffentlichten DE-OS 29 46 581 ist ein Dreiphasen- Lichtbogenschmelz- oder Reduktionsofen dieser Art beschrieben, bei dem jeweils zwei benachbarte Elektro­ den zu einer von den übrigen Elektroden unabhängigen Einphasenschal­ tung zusammengefaßt und die Hochstromleitun­ gen zwischen den Transformatoren und den Elektroden zur Längsachse des Ofengefäßes symmetrisch angeordnet sind. Bei dem Elektroofen nach dieser Schrift werden jeweils zwei Elektroden mit gleichen Strömen be­ aufschlagt, nämlich so, daß die eine Elektrode den Rückstrom der zweiten Elektrode führt. Beim Aufsetzen einer Elektrode oder bei me­ tallurgischen Unregelmäßigkeiten wird die angestrebte Leistung nicht umgesetzt, obgleich bei diesen Elektroden der gleiche Strom gemessen wird.

Aus "Electrical Review" vom 27. Mai 1966, Seite 790, ist ein Recht­ eckofen mit sechs Elektroden, die in doppelter Dreieckschaltung ver­ bunden sind, bekannt. Bei dieser doppelten Dreieckschaltung werden die Elektroden der Eckpunkte der Dreieckschaltung normalerweise mit gleichen Strömen beaufschlagt. Bei Unregelmäßigkeiten einer Elektrode, z. B. Aufsetzen der Elektrode oder metallurgischen Unregelmäßigkeiten, wird nicht die angestrebte Leistung übertragen. Außerdem ist für je zwei Sekundärwicklungen eine gemeinsame Primärwicklung vorgesehen.

Die Elektroden können nicht unabhängig voneinander arbeiten. Eine Anpassung der prozeßspezifischen Anforderungen an den Energieumsatz kann damit nicht vorgenommen werden.

Aus der US-PS 11 13 778 sind Elektroschmelzöfen, die eine ovale oder eckige Form besitzen, bekannt, wobei jeweils drei Elektroden zu einem Dreieck geschaltet sind. Die jeweilige Elektrodengruppe bildet nicht ein Drehstromsystem, das ausschließlich aus Elektroden besteht, die jeweils entlang der Gefäßlängsseite angeordnet sind. Außerdem sind die Abstände zweier benachbarter Elektroden nicht gleich. Bei dieser bekannten Anordnung ergibt sich eine metallur­ gisch unsymmetrische Belastung des Ofens.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Dreiphasen-Elektroofen der eingangs genannten Art bei einfachem Aufbau der Elektrodenregelung die Umsetzung der eingebrachten Energie sicherzustellen.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Bei einem Ofen nach der Erfindung sind also die Elektroden zu einer Anzahl von Drehstromsystemen zusammengefaßt, wobei jeweils drei der entlang der Gefäßlängsseite befindlichen Elektroden ein Drehstromsystem bilden. In jedem der Drehstromsysteme sind die Hochstromleitungen mit den Transformator-Sekundärwicklungen über die Elektroden derart in Reihe geschaltet, daß die Elektroden die Schaltpunkte einer Dreh­ strom-Dreieckschaltung bilden, so daß zu jeder Elektrode zwei Hoch­ stromleitungen führen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil der kompensierten Leitungsführung und damit eine Verringerung der Impedanzverluste.

Die Anordnung von jeweils zwei benachbarten Elektroden und diesen jeweils gegenüberliegenden Elektroden in den Eckpunkten eines gedach­ ten Quadrates ergibt durch bessere Ausnutzung der gesam­ ten Herdfläche als prozeßaktive Fläche einen höheren elektrothermi­ schen Wirkungsgrad. Unter dem elektrothermischen Wirkungsgrad wird hierbei der Quotient aus der eingebrachten Energie abzüglich der Summe der elektrischen sowie thermischen Verluste und der eingebrach­ ten Energie verstanden.

Die Anordnung von einzelnen Drehstromsystemen jeweils für drei Elek­ troden ermöglicht eine teilweise bifilare Leiteranordnung vom Trans­ formator bis zu den flexiblen Teilen der Hochstromleitungen.

Durch die Aufteilung der Gesamtleistung auf einzelne Dreiphasensysteme in Verbindung mit der sym­ metrischen Anordnung dieser Einzelsysteme um die Ofenlängsachse zusammen mit der bereits erwähnten teilweisen Bifilarität der Hochstromleitungen werden die störenden Einflüsse einer geometrischen und elektrischen Unsymmetrie verringert.

Die symmetrische Anordnung der Transformatoren parallel zur Längsachse des Ofengefäßes ermöglicht, eine Schmalseite des Ofengefäßes für die Abstich­ vorrichtungen und dergleichen freizuhalten.

Schließlich wird auch die bauliche Anordnung der ganzen Hochleistungsanlage dadurch vereinfacht, daß die Beschickungsbunker in zwei parallelen Reihen vorgesehen sein können; bei zwei nebeneinander angeordneten Öfen können die Beschickungsbunker in nur drei parallel zu den Elektrodenreihen verlaufen­ den Reihen vorgesehen sein.

Die im Versuchsbetrieb vorgenommenen Untersuchungen und Messungen haben nachgewiesen, daß ein erfindungsgemäßer 40 MW-Ofen im Vergleich mit einem 40 MW-Rundofen mit drei Elektroden sowie mit einem 40 MW-Rechteckofen mit einer Anordnung von sechs Elektroden in einer Reihe wesentlich günstigere Wirtschaftlichkeitsfaktoren aufweist.

Die Erfindung wird anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Elektroofen mit sechs Elektroden, in Draufsicht und

Fig. 2 eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Ofens mit zwölf Elek­ troden, ebenfalls in Draufsicht.

Fig. 1 stellt einen geschlossenen Reduktionsofen mit einem feststehenden, länglichen, rechteckigen Ofengefäß 7 dar. Wie die Abbildung zeigt, sind sechs Elektroden 1 bis 6 mit jeweils gleichem gegenseitigen Abstand in zwei parallel zur Längsachse des Ofengefäßes verlaufenden Reihen derartig ange­ ordnet, daß jede Reihe drei Elektroden enthält. Die Elektroden 1, 2, 5, 6 sowie die Elektroden 2, 3, 4, 5 liegen - in Draufsicht gesehen - in den Ecken eines gedachten Quadrates.

Um eine optimale Energiestreuung über dem Bad zu erreichen, sind die Elek­ troden derart voneinander sowie von den Gefäßwänden beabstandet, daß die einzelnen, sich jeweils um die Elektroden 1-6 herum erstreckenden prozeß­ technisch aktiven Badoberflächen eine zusammenhängende Fläche bilden.

Die jeweils benachbarten Elektroden, nämlich 1, 2, 3 bzw. 4, 5, 6 sind zu von den übrigen Elektroden unabhängigen Drehstromsystemen zusammengefaßt. Die Elektroden 1, 2 und 3 sind über Hochstromleitungen mit einem Transfor­ mator M verbunden; die Elektroden 4, 5 und 6 mit einem Transformator N.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, sind die Transformatorsekundärwicklungen sowie die Hochstromleitungen (Sekundärleitungen) eines jeden Drehstromsystems über die Elektroden im Dreieck geschaltet.

Jede Elektrode eines jeden Drehstromsystems wird mit einer unterschiedli­ chen Phase R, S oder T beaufschlagt als - bezogen auf die Ofen-Längs­ achse, die dieser letzteren gegenüberliegende Elektrode. So ist z. B. die Elektrode 1 mit der Phase R beaufschlagt, während die gegenüberliegende Elektrode 6 mit der Phase S beaufschlagt ist. Gleichzeitig ist die Elek­ trode 2 mit der Phase S; die gegenüberliegende Elektrode 5 mit der Phase T beaufschlagt und die Elektrode 3 mit der Phase T, während die dieser gegen­ überliegende Elektrode 4 mit der Phase R beaufschlagt ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Elektrode 1 mit dem Sekundär-Wick­ lungs-Ausgang u des Transformators M und mit dem Ausgang z verbunden, die Elektrode 2 mit dem Ausgang x und mit dem Ausgang v und die Elektrode 3 mit dem Ausgang w und dem Ausgang y. Die Elektrode 4 ist mit den Ausgängen z, u, die Elektrode 5 mit mit w und y und die Elektrode 6 mit x und v des Transformators N verbunden.

Die Transformatoren M und N mit den dazugehörigen Hochstromleitungen sind an den Längsseiten des Ofengefäßes angeordnet. Wie aus der Abbildung er­ sichtlich ist, ist die Anordnung der Hochstromleitungen zur Längsachse des Ofengefäßes 7 symmetrisch. Denn die Anordnung der Leitungen zwi­ schen den Elektroden 4, 5 und 6 und den Ausgängen des Transformators N ist analog der Leitungsführung zwischen den Elektroden 1, 2 und 3 und den Transformator M, wie sie bereits be­ schrieben wurde.

Wie in allen Figuren angedeutet ist, sind die sogenannten konstruktiven Teile der Hin- und Rückleitungen, d. h. die Leitungsteile zwischen dem Transformator und den flexiblen Leitungsteilen dicht nebeneinander verlegt und bilden somit eine bifilare Leitungsführung, die den induktiven Blindwi­ derstand durch Überlagerung elektromagnetischer Felder entgegengesetzter Richtung erheblich herunterdrückt.

Die weitgehende Symmetrie ist auch dadurch ermöglicht, daß in jedem Dreh­ stromsystem die Hochstromleitungen zwischen dem Transformator und den Elek­ troden zu einer zur Querachse des Ofens parallel verlaufenden, jeweils durch die Mitte der mittleren Elektrode des jeweiligen Drehstromsystems gehenden Achse a symmetrisch angeordnet sind.

Zur Spannungseinstellung in jedem der Einphasensysteme ist jeder Transformator mit einem Last-Stufenschalter versehen. Jede Elektrode kann einzeln nach ih­ rem prozeßwirksamen Leistungseinbringen regelbar sein.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 ist ähnlich der Anordnung gemäß Fig. 1. In jeder Reihe sind sechs Elektroden 7 bis 12 bzw. 13 bis 18 angeordnet; an jeder Längsseite des Ofengefäßes sind die dazugehörigen Transformatoren M, M ₁ bzw. N und N ₁ vorgesehen. Die Schaltanordnung der Hochstromleiter bei den einzelnen Drehstromsystemen ist die gleiche wie in Fig. 1 dargestellt.

Claims (3)

1. Dreiphasen-Lichtbogenschmelz- oder Reduktionsofen, letzterer insbe­ sondere zur Erzeugung von Ferro- oder Silizium-Legierungen mit einem länglichen Ofengefäß, dessen Wände jeweils im rechten Winkel aufeinanderstoßen oder dessen im wesentlichen recht­ eckiger Grundriß nur geringfügig abgerundete Ecken aufweist, wobei zur Zuführung der elektrischen Energie sechs, oder ein ganzzahliges Viel­ faches von sechs, Elektroden dienen, welche in zwei Reihen in Richtung der Längsachse des Ofengefäßes mit gleichen Abständen angeordnet sind, wobei jeweils eine bestimmte Anzahl benachbarter Elektroden zu einer von den übrigen Elektroden unabhängigen Schaltung zusammengefaßt ist und für jede sol­ che zusammengefaßte Elektrodengruppe ein mit den Elektroden über Hoch­ stromleitungen mit dicht nebeneinander bifilar verlegten Einzelleiter der Hin- und Rückleitungen verbundener Transformator oder eine Trans­ formatorengruppe vorgesehen ist und wobei jeweils zwei benachbarte Elek­ troden sowie zwei diesen benachbarten Elektroden gegenüberliegende Elektroden in den Ecken eines gedachten Quadrates liegen und der ge­ genseitige Abstand der Elektroden sowie der Abstand der Elektroden von den Gefäßwänden so gewählt ist, daß die einzelnen, sich jeweils um die Projektionsflächen der Elektroden herum erstreckenden, prozeßtechnisch aktiven Badoberflächen eine zusammenhängende Fläche bilden, die einen möglichst großen horizontalen Querschnitt des Gefäßes abdeckt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß sämtliche Elektroden zu einer Anzahl von Drehstromsystemen, die einem Drittel der Anzahl der Elektroden entspricht, derartig zusam­ mengefaßt sind, daß jeweils drei entlang der Gefäß-Längsseite be­ findliche Elektroden ein Drehstromsystem bilden,
• - daß in jedem der Drehstromsysteme die Hochstromleitungen mit den Transformator-Sekundärwicklungen über die Elektroden derart in Reihe geschaltet sind, daß die Elektroden die Schaltungspunkte einer Drehstrom-Dreiecksschaltung bilden,
• - daß die Elektroden jeweils von dem Dreiecks-Schaltungspunkt an mit dem Schmelzbad bzw. der Charge ein Drehstromsystem in Sternschaltung bilden,
• - daß jedes Drehstromsystem mit einer unterschiedlichen Phasenfolge derart beaufschlagt wird, daß - bezogen auf die Ofen-Längsachse - die jeweils gegenüberliegenden Elektroden mit unterschiedlichen Phasen des Drehstroms beaufschlagt werden.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode einzeln nach ihrem prozeßwirksamen Leistungsein­ bringen regelbar ist.

3. Ofen anch den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge der Längsseiten des Ofengefäßes (7) zu der seiner Schmalseiten etwa gleich dem Verhältnis der Anzahl der an der Gefäß­ längsseite befindlichen Elektroden zur Anzahl der an der Schmalseite des Ofengefäßes befindlichen Elektroden ist.