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BESCHREBUNG
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Die Erfindung betrifft die Hüttenindustrie, insbesondere Statoren
elektromagnetischer Durchmischer.
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Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung bei der Erschmelzung
von Metall in Lichtbogen-Stahlschmelzöfen sowie bei der Metallbearbeitung in Gießpfannen,
Mischern, Vorherden und anderen Behältern verwendet werden. Bei der Erschmelzung
des Metalls in Stahlschmelzöfen sowie bei der Bearbeitung des Metalls außerhalb
des Ofens in Gießpfannen, Mischern und anderen Behältern ist eine Ausgleichung der
Temperatur und der chemischen Zusammensetzung über das Volumen erforderlich. Das
kann nur durch Durchmischung des Metalls während seiner Bearbeitung erreicht werden.
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Das wirksamste Verfahren zur Durchmischung des Metalls ist die Durchmischung
mit Hilfe eines sich bewegenden magnetischen Felde, d.h. eines Lauf- oder Drehfelds.
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Die Einrichtungen zur Durohmisohung des Metalls haben in der Hüttenindustrie
die Bezeichnung elektroma;net ischer Durchmischeinrichtungen oder elektromagnetischer
Durchmischer erhalten.
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Es ist ein Stator eines elektromagnetischen Durchmischers bekannt
(siehe, zum Beispiel ASA Journal, 1971, Band 44, Nr. 4, S. 87-92), der einen Magnetleiter
mit einer auf dessen aktiven Oberfläche angeordneten Mehrphasenwicklung enthält.
Dieser Stator des elektromagnetischen Durohmischers ist unter dem Boden des Stahlschmelzofens
angeordnet.
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Der Magnetleiter des Stators ist geöffnet, und seine aktive Oberfläche
ist bogenförmig.
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Die Mehrphasenwicklung besteht aus einzelnen Spulen, die miteinander
so verbunden sind, daß die Gewährleistung einer fortlaufenden geradlinigen Bewegung
des duroh die Mehrphasenwicklung erzeugten elektromagnetischen Felds längs der gesamten
Länge der aktiven Oberfläche des Stators' ermöglicht wird.
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Das elektromagnetische Feld durchdringt das sich in dem Stahlschmelzofen
befindende geschmolzene Metall und be-
wegt sich längs des Stators.
Dabei wird das geschmolzene Metall, das in diesem Fall den Rotor darstellt, ebenfalls
in der Bewegungsrichtung des elektromagnetischen Felds in Bewegung gesetzt, demzufolge
die Durchmischung des geschmolzenen Metalls erfolgt.
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Die Auftrennung des Magnetleiters führt dazu, daß an seinen Stirnseiten
zusätzliche Streuflüsse des elektromagnetischen Felds entstehen, woduroh das das
geschmolzene Metall durchdringende resultierende Magnetfeld geschwächt und damit
die Intensität der Durchmischung des gesohmolzenen Metalls vermindert wird.
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Außerdem ruft die Äuftrennung des Magnetleiters eine schroffe Phasenasymmetrie
der Mehrphasenwicklung des Stators hervor, für deren Ausgleich eine Vergrößerung
des Aufwands an Wicklungskupfer und eine Erhöhung der Leistung der Stromversorgungsquelle
für den Stator erforderlich sind.
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Da die Lange des aktiven Teils des Magnetleiters durch den Durchmesser
des Ofenbodens begrenzt ist, ist sogar bei einer minimalen Polzahl, die gleich zwei
Polen ist, der XYert der Polteilung der Mehrphasenwicklung ebenfalls begrenzt, und
dabei ist zum Erhalten einer ausreichend intensiven Durchmischung des geschmolzenen
Metalls eine zusätzliche VErgrößerung des Leistungsverbrauchs durch den Stator erforderlich.
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Darüber hinaus fließt bei einem Defekt im Futter im Unterteil des
Stahlschmelzofens unter der Zone der besonders intensiven Durchmischung das geschmolzene
Metall auf den Stator heraus und zerstört diesen nicht nur, sondern prallt auch
von seiner aktiven Oberfläche ab, verspritzt sich seitwärts und brennt die Metallkonstruktionen
des Stahlschmelzofens und der Werkhalle durch.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator. des elektromagnetischen
Durohmischers zu schaffen, bei dem der Magnetleiter so ausgeführt ist, daß ein freier
Abfluß des Metalls bei einem schadenbedingten Durchbruch des Unterteils des Stahlschmelzofens,
das Fehlen einer
AuStrennung des Magnetkreises und einer Äsyrnmetrie
der Wicklungsphasen sowie eine Vergrößerung der Länge der aktiven Oberfläche des
Stators bei gleichem Bodendurohmesser des Stahlschmelzofens gewährleistet werden.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von dem bekannten Stator des elektromagnetischen
Durchmischers mit einem Magnetleiter, der eine auf seiner aktiven Oberfläche angeordnete
Mehrphasenwicklung enthält, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Magnetleiter
in Form eines Rings ausgeführt ist, Die Ausführung des Magnetleiters in Borm eines
Rings gewährleistet tatsächlich die Geschlossenheit des Magnetkreises, das Fehlen
von zusätzlichen Streuflüssen des elektromagnetisohen Felds und eine absolute Symmetrie
der Statorwicklungsphasen.
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Infolge der absoluten Symmetrie der Wicklungsphasen können die Wioklungsspulen
in zwei Gruppen vereinigt werden, deren jede einen Halbkreis des Magnetleiters einnimmt,
was bei einer Gleich- bzw. Gegenschaltung dieser Spulengruppen zwei Bew'egungszustände
des elektromagnetischen Felds längs des Umfangs des Magnetleiters und damit swei
Bewegungszustände des geschmolzenen Metalls zu erhalten gestattet, wodurch nicht
nur eine Durchmischung des geschmolzenen Metalls, sondern auch eine ausgerichtete
diametrale Bewegung desselben zur Reinigung des Oberflächenspiegels des gesohmolzenen
Metalls von Schlacke gewährleistet wird.
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Außerdem vergrößert sich die Länge der aktiven Oberfläohe des Statormagnetleiters
ungefähr um das # fache, was es gestattet, die Polzahl und den Polteilungswert der
Mehrphasenwicklung zu vergrößern.
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Das Vorhandensein einer durchgehenden runden Öffnung im Magnetleiter
gewährleistet einen-freien Abfluß des geschmolzenen Metalls bei einem schadenbedingten
Durohbruch im Unterteil des Stahlschmelzofens.
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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert
Es zeigt Fig. 1 schematisch den unter dem Boden eines Stahl-
schmelzofens
angeordneten Stator des elektromagnetischen Durchminchers; Fig. 2 den Stator des
elektromagnetischen Durchmischers ia Draufsicht; Fig. 3 den Stator des elektromagnetischen
Durchmischers mit einer anderen Ausführung des Magnetleiters; Fig. 4 den Verlauf
des elektromagnetischen Flusses über der aktiven Oberfläche des Stators eines elektromagetischen
Durchmischers; Fig. 5 das Bewegungsschema des geschmolzenen Metalls in einem Stahlschmelzofen
bei einer Gleichschaltung zweier Spulengruppen einer Mehrphasenwicklung; Fig. 6
das Bewegungsschema des geschmolzenen Metalls in einem Stahlschmelzofen bei einer
Gegenschaltung zweier Spulengruppen einer Mehrphasenwicklung.
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In der Figur 1 ist der erfindungagemäße Stator eines elektromagnetischen
Durchmischers mit einer gestrichelten Linie umrahmt. Der Stator ist unter dem Unterteil
1 eines Stahlschmelzofens angeordnet, der durcn einen sphärischen Boden 2 begrenzt
ist. Außerdem sind in der Fig. 1 mit der Bezeichnung 3 das Futter des Stahlschmelzofens,
mit der Bezeichnung 4 ein geschmolzenes Metall und mit der Bezeichnung 5 der Spiegel
des geschmolzenen Metalls 4 bezeichnet.
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Der Stator des elektromagnetischen Durchmischers (Fig.l und Fig.
2) besteht aus einem Magnetleiter 6, der in Form eines Rings ausgeführt ist und
eine runde Öffnung. 7 hat.
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Die aktive Oberfläche .8 des Magnetleiters 6 ist dem Boden 2 des Stahlschmelzofens
zugewandt. Auf der aktiven Oberfläche 8 des Magnetleiters 6 sind die Spulen einer
Mehrphasenwicklung 9 angeordnet.
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Die Spulen-der Mehrphasenwicklung 9 sind in zwei Gruppen 10 und 11
vereinigt, deren jede einen Halbkreis des Magnetleiters 6 einnimmt.
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In Fig. 1 ist zu bemerken, daß die aktive Oberfläche 8 des Magnetleitere
6 eben ausgeführt ist, wobei sich der Luftspalt 12 zwischen der aktiven Oberfläche
8 des Magnet-
leiters 6 und dem sphärischen Boden 2 des Stahlsohmelzofens
mit der Entfernung von der Achse des Stahlsohmelzofens vergrößert.
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Gemäß einer anderen usführungsvariante. des Stators eines elektromagnetisohen
Durohmischers (Fig. 3) hat die aktive Oberfläche 8 des Magnetleiters 6 die Form
der Oberfläche eines gespiegelten Kegelstumpfes. Das gewährleistet einen konstanten
Luftspalt 13 zwischen der aktiven Oberfläche 8 des Magnetleiters 6 und dem sphärischen
Boden 2 des Stahlschmelzofens.
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Das Wirkungsprinzip des Stators des elektromagnstisonen Durohmischers
besteht im folgenden (Fig. 4); Bei der Speisung der Spulen der Mehrphasenwioklung
9 mit Mehrphasen-Wechselstrom wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, dessen
Kraftlinien 14 den sphärischen Boden 2 und das Futter 3 des Stahlschmelzofens durchdringen
und sich über das geschmolzene Metall schließen.
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Die Zusammenwirkung des elektromagnetischen Feldes mit dem geschmolzenen
Metall 4 ergibt eine elektromagnetische Kraft, deren Vektor 15 in der Figur 5 gezeigt
ist. Diese Kraft ist tangential zum Kreis gerichtet, längs dem sich das elektromagnetische
Feld mit einer Geschwindigkeit Vp dreht, die gleich 22D ist, worin £ - Frequen des
Stromversorgungsnetzes und t - Polteilung der Mehrphasenwioklung bedeutet.
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Die elektromagnetische Kraft ruft eine Bewegung des geschmolzenen
Metalls 4 mit einer Umfangsgeschwindigkeit V# hervor. Bei einer Konstanz der Umfangsgeschwindigkeit
Vw der Bewegung des geschmolzenen Metalls 4 steigt die lineare Geschwindigkeit V1
des gesohmolzenen Metalls mit der Entfernung von der Ofenachse an. Der Gradient
dieser linearen Geschwindigkeit V1 bedingt das Auftreten der radialen Geschwindigkeit
VR der Bewegung des geschmolzenen Metalls 4, die die Intensität und Wirksamkeit
der Durchmischung vergrößert.
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Der oben beschriebene und durch die Figur 5 illustrierte Betriebszustand
der Durchmischung des geschmolzenen Metalls 4 ergibt sich bei einer Gleichschaltung
der Spulen-
gruppen 10 und 11 der Mehrphasenwicklung 9.
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Bei der Notwendigkeit einer Reinigung der Oberfläche des Metalls
4 ist eine Gegenschaltung der Spulengruppen 10 und 11 der Mehrphasenwicklung 9 möglich,
wobei eine gegeneinander gerichtete Bewegung der elektromagnetischen melder in jedem
Halbkreis des Magnetleiters 6 stattfindet, wie das in der Figur 6 gezeigt ist; dabe-i
ist Vpl die Geschwindigkeit des sich gegen den Uhrzeigersinn drehenden elektromagnetisohen
Felds und Vp2 die Geschwindigkeit des sich im Uhrzeigersinn drehenden elektromagnetischen
Felds. Demzufolge entsteht neben der Umfangsgeschwindigkeit Vw des geschmolzeen
Metalls 4 eine diametrale Geschwindigkeit Vd, die eine gerichtete Bewegung der Schlacke
über den Spiegel 5 des geschmolzenen Metalls 4 erzeugt.
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