DE3114145C2 - Elektrischer Lichtbogenofen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Licht bogen ofen mit insbesondere drei im Dreieck angeordneten Elektroden, die von parallelen Tragarmen gehalten sind. Zur Verminderung von Elektrodenbrüchen ist zumindest der Tragarm der am meisten bruchgefährdeten Elektrode mit einem Resonanzabsorber bestückt, dessen Eigenfrequenz auf die Frequenz des Systems Tragarm/Elektrode für Nickschwingungen in der Ebene Tragarm/Elektrode abgestimmt ist.

Description

Gehäuse macht die Bewegungen der Elektrode mit, während die träge Masse versucht, in Ruhe zu verbleiben. Damit dies möglich ist, muß die Flüssigkeit von der einen Seite des Gehäuses durch die träge Masse über einen mit der Drosselblende versehenen Kanal auf die s andere Seite des Gehäuses gedruckt werden (DE-OS 28 37 74 t).

Bei einem Lichtbogenofen, bei dem die Schwingungen des Systems Tragarm/Elektrode durch Schwingungsdämpfer vermindert werden, die die mechanische Energie in Wärmeenergie umwandeln, ist die Dämpfungswirkung umso größer, je größer die Schwingungsamplitude ist Mit anderen Worten: Voraussetzung für die Schwingungsdämpfung ist es, daß das System schwingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Lichtbogen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Verminderung der Schwingungen des Systems Tragarm/Elektrode verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die träge Masse in der durch Tragarm und Elektrode gehenden. Ebene geführt ist und daß die Eigenfrequenz des einen Schwingungstilger bildenden Systems aus Masse und Feder auf die Eigenfrequenz der Nickschwingungen des Systems Tragarm/Elektrode abgestimmt ist.

Die Schwingungsdämpfung gemäß der Erfindung beruht darauf, daß die Schwingungstilger durch die Schwingungen des Systems Tragarm/Elektrode zu Schwingungen gleicher Frequenz aber mit Gegenphase angeregt werden. Die dabei aufgebauten Kräfte der Masse wirken den anregenden Kräften des Systems Tragarm/Elektrode entgegen und unterdrücken deshalb die anregenden Kräfte bereits im Entstehen, so daß es nicht zum Aufschaukeln einer Schwingung,'d. h. zu gro-Ben Schwingungsamplituden kommen kann. Charakteristisch für einen solchen Schwingungstilger ist es, daß er dann besonders wirksam ist, wenn er nicht gedämpft wird. Da die Wirksamkeit des ungedämpften Schwingungstilgers .J}er auf einen sehr schmalen Frequenzbereich beschränkt ist, wird man in der Regel zusätzliche Dämpfungsmittel vorsehen, um das Frequenzspektrum zu verbreitern. Damit wird der Praxis Rechnung getragen, daß sich während des Betriebes die Eigenfrequenz des Systems Tragarm/Elektrode ändert.

Da der Einsatz des Schwingungstilger die Schwingungen des Systems Tragarm/Elektrode gut dämpft, ist es überflüssig, die Konstruktion und den Antrieb der Tragarmkonstruktion zu versteifen oder die Elektroden aus einem mechanisch besseren Material herzustellen. Die Verminderung der Schwingungsamplitude des Systems Tragcrm/Elektrode führt auch zu einer verminderten Belastung des Antriebs und der Führung der Tragarmkonstruktion sowie der Tragannkonstruktion selbst.

Die Bruchrate kann bereits erheblich vermindert werden, wenn nur auf dem mittleren Tragarm ein Schwingungstilger angeordnet ist. Die Elektrode des mittleren Tragarms ist nämlich deshalb besonders gefährdet, weil die Schwingungen der Elektrode in der ω Ebene von Elektrode und Tragarm liegen, also in einer Ebene, in der die Konstruktion verhältnismäßig steif ist, während die Schwingungen der äußeren Elektroden, deren Schwingungsebene nicht mit der Ebene der Elektrode und der Tragarme zusammenfällt, teilweise durch Torsion der Tragarme aufgefangen werden kann. Die Anordnung des Schwingungstilger auf dem mittleren Tragarm ist besonders dann angezeigt, wenn bei dem Lichtbogenofen die Elektroden im Dreieck an untereinander parallelen Tragarmen angeordnet sind, yon denen die äußeren Tragarme gleich lang und der mittlere Tragarm verschieden lang ist

Als Schwingungstilger eignen sich rein passive Schwingungstilger, aber auch solche, die zu aktiven Schwingungstilgern weitergebildet sind.

Ein passiver Schwingungstilger besteht vorzugsweise aus einer Feder, einem dazu parallelliegenden Dämpfer und einer von der Feder und dem Dämpfer getragenen tragen Masse.

Ein besonders kompakt aufgebauter Schwingungstilger ist dadurch gekennzeichnet, daß die träge Masse einen Zapfen aufweist, der in einer ortsfesten Hülse geführt ist, auf deren Außenseite die als Schraubenfeder ausgebildete Feder geführt ist Die träge "Masse kann topfförmig ausgebildet sein und die Feder umschließen.

Vorzugsweise trägt die träge Masse des Schwingungstilgers einen Schwingungsaufnehmer, der bei. Überschreiten eines vorgebbaren /-Tiplitudenwertes der Schwingungen, der träfen Masse enx Abschaltsi^(rnal an die Stromzuführung zu der oder den Elektroden gibt · Durch das Abschalten der Stromzufuhr wird dem Aufschaukeln der Schwingungen zusätzlich entgegengewirkt

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung als aktiver Schwingungstilger bildet die träge Masse den Anker eines Elektromagneten, dessen Spule in Abhängigkeit von dem Stellsignal eines Schwingungsaufnehmers für Nickschwingungen des Systems Tragarm/Elektrode in der Ebe'ne Tragarm/Elektrode derart angesteuert wird, daß der dadurch zu Schwingungen in der Ebene Tragarm/Elektrode angeregte Schwingungstilger am Tragarm Kräfte aufbaut, die den am unteren Ende der Elektrode wirksamen Erregerkräften des Lichtbogens entgegenwirken. Dabei kann der Schwingungsaufnehmer auf dem Tragarm, insbesondere auf der trägen Masse, angeordnet sein. Ein solcher Schwingungstilger gestattet eine Dämpfung der Schwingungen des Schwingungssystems über einen breiteren Frequenzbereich und!?, höherer Wirksamkeit als passive Schwingungstilger. Dadurch, daß man auch bei einem solchen aktiven Schwingungstilger die Merkmale des Schwingungstilgers nach Anspruch 1 verwirklicht, kann man die magnetischen Kräfte klein halten. Auch kann, wie bereits oben erläutert, mittels eines Schwingungsaufnehmers bei Überschreiten eines bestimmten Amplitudenwertes der Schwingungen die Zufuhr des Stromes zu der oder den Elektroden für eine oder mehrere Stromphasen unterbrochen werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert Im einzelnen zeigt

Fi g. 1 einen Lichtbogenofen in schematischer Darstellung in Aufsicht,

Fig.2 den Lichtbogenofen gemäß Fig. 1 mit der mittleren Elektrode in schematischer Darstellung in Seitenansicht,

Fig.3 einen passiven Schwingungstilger im Axialschnitt und

Fig.4 einen aktiven Schwingungstilger im Axialschnitt.

Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Lichtbogenofen 1 ist durch einen Deckel 2 verschlossen, in dem drei Öffnungen 3,4, 5 für sent;^recht nach unten, parallel zueinander und an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnete Elektroden 6, 7, 8 vorgesehen sind. Jeder Elektrode 6 bis 8 ist ein Tragarm 9, iO, 11 züge-

ordnet. Die Tragarme 9 bis Il verlaufen parallel zueinander. Die beiden äußeren Tragarme 10, 11 sind gleich lang und langer als der mittlere Tragarm 9. Sämtliche Tragarme 9 bis 11 sind je an einem in der Höhe verstellbaren Ständer 12 gehalten. Diese Höhenverstellbarkeit s ermöglicht, den Abstand der Elektrodenenden gegenüber dem Badspiefjel 13 zu verändern.

An den freien Enden der Tragarme 9 bis 11 ist jeweils ein Schwingungstilger 14, 15, 16 angekoppelt. Der Schwingungstilger hat einen rotationssymmetrischen Aufbau. Der in Fig.3 dargestellte Schwingungstilger besteht aus einem kreiszylindrischen Topf 17, einem zentralen Zapfen 18, einem Zapfen 18 und Topf 17 verbindenen Querhaupt 19, wobei die Teile 17 bis 19 die sogenannte »träge« Masse des Schwingungstilgers bil- is den, einer feststehenden Führungshülse 20 für den Zapfen 18. einer außen auf der Führungshülse 20 im Ringspalt zwischen Zapfen 18 und Topf 17 angeordneten Schraubenfeder 21 und stirnseitig den Topf 17 und den Zapfen 18 an eine Unterlage 22 ankopplcnden Dämpfungskörper 23, 24. Die gesamte Einheit ist in einem Gehäuse 25 eingekapselt. Die die träge Masse des Schwingungstilgers bildenden Teile (hohlzylindrischer Topf 17. Zapfen 18, Querhaupt 19) und die Feder 21 sind in ihrer Eigenfrequenz auf die Eigenfrequenz des aus Tragarm 9 bis 11 und Elektrode 6 bis 8 bestehenden Schwingungssystems abgestimmt

Durch die Wahl des Dämpfungsmaterials für die Dämpfungskörper 23/24 kann bei hohen Dämpfungswerten eine etwas breitbandigere Wirksamkeit des Schwingungsdämpfers erreicht werden.

Auf der tragen Masse 17 bis 19 des Schwingungstilgers 14 bis 16 oder den Tragarmen 9 bis 11 kann ein Schwingungsaufnehmer 26, 27 vorgesehen sein, der über eine Steuereinrichtung den den Elektroden 6 bis 8 zuzuführenden Strom derart steuert, daß beim Überschreiten eines vorgebbaren maximalen Wertes die Stromzufuhr für eine oder mehrere Phasen unterbrochen wird. Diese Stromunterbrechung bewirkt eine Bedämpfung des Systems.

An Stelle des oben beschriebenen passiven Schwingungstilgers kann ein aktiver Schwingungstilger entsprechend Fig.4 vorgesehen sein. Der Grundaufbau eines solchen Schwingungstilgers entspricht dem des passiven Schwingungstilgers, wie ein Vergleich der F i g. 3 und 4 zeigt. Der aktive Schwingungstilger weist einen Elektromagneten auf. dessen Anker zumindest von einem Teil der trägen Masse, im Ausführungsbeispiel dem hohlzylindrischen Teil 17, gebildet ist Dieses hohlzylindrische Teil 17 ist von einer elektrischen Spule 28 umgeben, die auf einer ortsfesten Führungshülse 30 angeordnet ist Die Stromzufuhr zu der Spule 28 T-Hrd von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung gesteuert Die Steuereinrichtung erhält ein Stellsigna! von einem Schwingungsaufnehmer 29, der auf der tragen Masse 17 bis 19 angeordnet ist Die Ansteuerung erfolgt damit in Abhängigkeit von den vom Schwingungsaufnehmer 29 aufgenommenen Schwingungen derart, daß der Schwingungstilger zu Schwingungen derart angeregt wird, daß über die Feder 21 und die Dämpfungskör- per 23, 24 Kräfte am Tragarm 9 bis i 1 aufgebaut werden, die den Erregerkräften am unteren Ende der Elektroden 6 bis 8 durch den Lichtbogen entgegenwirken.

Durch die Bestückung eines Tragarms 9 bis 11 mit einem Schwingungstilger 14 bis 16 wird die Resonanzspitze des Systems unterdrückt und eine Kurve erhalten, die zwei vor und hinter der Resonanzfrequenz liegende Amplitudenhöchstwerte mit wesentlich geringeren Absolutbeträgen als das unbedämpfte System hat deutet, daß die Schwingungsbelastung des gesa stems und damit die Bruchgefahr der Elektrode dert ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 nehmers (27,29) für Nickschwingungen des Schwin- Patentansprüche: gungssystems Tragarm/Elektrode (9/6) in der Ebene Tragarm/Elektrode (9/6) derart angesteuert wird.

1. Elektrischer Lichtbogenofen, insbesondere zum daß der dadurch zu Schwingungen in der Ebene Schmelzen von Stahl, mit einer oder mehreren, je- 5 Tragarm/Elektrode (9/6) angeregie Schwingungstilweils von einem horizontalen Tragarm gehaltenen ger (14) am Tragarm (9) Kräfte aufbaut die den am Elektroden und mit auf mindestens einem der Trag- unteren Ende der Elektrode (6) wirksamen Erregerarme angeordneten Mitteln zur Verminderung der krähendes Lichtbogens entgegenwirken. Schwingungen des Systems Tragarm/Elektrode in 10. Lichtbogenofen nach Anspruch 9. dadurch geder Ebene dieses Systems (Nickschwingungen), wo- 10 . kennzeichnet, daß der Schwingungsaufnehmer (27, bei diese Mittel eine an den jeweiligen Tragarm über 29) auf dem Tragarm (9). insbesondere auf der trä-Federn angekoppelte träge Masse aufweisen, da- gen Masse(17—19) angeordnet ist

durch gekennzeichnet, daß die träge Masse

(17—19) in der durch Tragarm (9—11) und Elektro-

de (6—8) gehenden Ebene geführt und daß die B- 15

genfrequenz des einen Schwingungstilger bildenden

Systems aus Masse (17—19) und Feder (21) auf die Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen

Eigenfrequenz der Nickschwingungen des Systems Lichtbogenofen, insbesondere zum Schmelzen von

Tragarm/Elektrode (9— 11/6—8) abgestimmt ist. Stahl, mit einer oder mehreren, jeweils von einem hori-

2. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, mit drei im 20 zontalen Tragarm gehaltenen Elektroden und mit auf Dreieck angeordneten, von untereinander parallelen mindestens einem der Traganne angeordneten Mitteln Tragarmen gehaltenen Elektroden, von denen die zur Verminderung der Schwingungen des Systems äußeren Tragarme gleich lang und der mittlere Tragarme/Elektrode in der Ebene dieses Systems (Nick-Tragarm verschieden lang sind, dadurch gekenn- schwingungen), wobei diese Mittel eine an den jeweilizeichnet, daß der Schwingungstilger (14) auf dem 25 gen Tragarm über Federn angekoppelte träge Masse mittleren Tragarm (9) angeordnet ist aufweisen.

3. Lichtbogenofen nach Anspruch 1 oder 2, da- Solche elektrischen Lichtbogenofen werden in der durch gekennzeichnet, daß jeder Schwingungstilger Regel mit drei Elektroden bestückt und als Dreiphasen-(14,15,16) unter einer Schutzhaube (25) angeordnet Ofen betrieben. Nur für Sonderzwecke, z. B. zum Vorist 30 schmelzen von Schlacken für das Schlackenreaktions-

4. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 verfahren, werden sie mit einer Elektrode bestückt und bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Schwin- als Einphasen-Ofen betrieben.

gungstilger (i4, 15, 16) aus einer Feder (21), einem Bei solchen öfen besteht ein seit langem bekanntes

dazu parallelliegenden Dampfer .'23, 24) und einer Problem darin, daß die Elektroden an der Einspannstelle

von der Feder (21) und dem Dämpfer (23,24) getra- 35 am Tragarm brechen. Bei einem mit drei Elektroden

genen tragen Masse (17—19) besteht bestückten Ofen betrug die Bfuchrate 5 bis 10 Brüche

5. Lichtbogenofen nach Anspruch 4, dadurch ge- im Monat Nach Umstellung auf höhere Schmelzleistunkennzeichnet, daß die träge Masse (17—19) einen gen (höherer Strom) erhöhte sich die Bruchrate auf 30 Zapfen (18) aufweist, der in einer ortsfesten Hülse bis 40 im Monat. Dabei war besonders i'<e mittlere Elek-(20) geführt ist auf deren Außenseite die als Schrau- 40 trode gefährdet, d. h„ bei einer Anordnung der Elektrobenfeder ausgebildete Feder (21) geführt ist den im Dreieck und bei einer Halterung der Elektroden

6. Lichtbogenofen nach Anspruch 4 oder 5, da- an parallelen Tragarmen die Elektrode am mittleren, durch gekennzeichnet, daß die träge Masse (17—19) kürzeren Tragarm.

topfförmig ausgebildet ist und die Feder (21) um- Ein möglicher Weg, die Bruchrate dadurch zu senken,

schließt 45 daß die Tragkonstruktion versteift wird, ist wegen der

7. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 damit verbundenen Erhöhung der Massen problemabis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem System tisch. Größere Massen erfordern nämlich auch einen Tragarm/Elektrode (9—11/6—8) ein Schwingungs- verstärkten Antrieb zum Heben und Senken der Tragaufnehmer (26, 27, 29) mit einem Stellsignalgeber armkonstruktion. Einer Verminderung der Bruchraic zugeordnet ist, der bei Überschreiten eines vorgeb- 50 durch verbesserte mechanische Eigenschaften der Elekbaren Amplitudenwertes an die Stromzufuhr ein troden stehen die damit verbundenen Mehrkosten ge-Abschaltsignal für eine oder mehrere Phasen gibt. gerüber.

8. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 Ein anderer bekannter Weg, die Bruchrate zu senken, bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die träge Masse besteht bei einem Lichtbogenofen der eingangs genann-(17,18,19) des Schwingungstilgers (14,15,16) einen 55 ten Art darin, die Mittel, die die Schwingungen des Sy-Sehwingungsaufnehmer (26) trägt, der bei Über- stems Tragarm/Elektrode vermindern, als Schwinschreiten eines vorgebbaren Amplitudenwertes der gungsdämpfer auszubilden. Bei diesen Schwingungs-Schwingungen der trägen Masse (17,18,19) ein Ab- dämpfern sind Dämpfungsmittel für die Bewegung der schaltsignal an die Stromzuführung zu der oder den trägen Masse vorgesehen. Die Wirkung dieser Schwin-Elektrode(n) (6, 7, 8) für eine oder mehrere Strom- 60 gungsdämpfer beruht auf der Umwandlung mechaniphasen gibt. scher Energie in Wärmeenergie. Als Dämpfungsmittel

9. Elektrischer Lichtbogenofen nach Anspruch 1, für die Bewegung der trägen Masse können auf die dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf dem träge Masse einwirkende Bremsbeläge oder aber auch Tragarm (9) der am meisten bruchgefährdeten Elek- eine Flüssigkeit dienen, die durch die träge Masse über trode (6) ein Schwingungstilger (14) angeordnet ist, 65 eine Drosselblende gedrückt wird. Im let/ten Beispiel dessen träge Masse (17, 18, 19) den Anker eines kann dies in der Weise geschehen, daß die träge Masse Elektromagneten bildet, dessen Spule (28) in Abhän- in einem mit einer Flüssigkeit gefülltem Gehäuse durch gigkeit von dem Stellsignal eines Schwingungsauf- schwache Federn in Mittelstellung gehalten wird. Das