DE338165C - Elektrischer Schmelzofen mit selbsttaetiger Elektrodeneinstellung - Google Patents

Description

Beim Betrieb von elektrischen Schmelzöfen ist ein rasches Arbeiten von großer Bedeutung. Die Wärmeenergie ist deshalb dem Ofen in dem höchstmöglichen Ausmaß zuzuführen, das noch mit den in dieser Hinsicht beschränkenden Faktoren vereinbar ist, wie die Größe und das Material der Elektroden, die Fähigkeit der Beschickung, die Wärme ökonomisch aufzunehmen, und die

ίο Fähigkeit der Of en wandungen, der ausstrahlenden Hitze zu widerstehen. Wo ferner eine Mehrzahl von Elektroden benutzt wird, sollte diese stets möglichst genau den ihnen zugewiesenen Betrag an Energie Hefern. Ein nach dem Dreiphasensystem wirkender Schmelzofen mit drei Elektroden soll beispielsweise so arbeiten, daß ein vorbestimmtes Maß von Wärmeenergie in gleichmäßigem Betrage durch· sämtliche Elektroden zugeführt wird, daß diese vorbestimmte Wärmezufuhr in einem' bestimmten Verhältnis zwischen den Elektroden verteilt wird, und daß jede Elektrode den ihr zukommenden Betrag gleichmäßig zuführt.

•25 Da indessen die metallurgischen Bedingungen ständig während) der Ofenarbeit wechseln, so wechseln auch die elektrischen Bedingungen ständig, so däß die Zuführung der Energie zum Ofen unter Berücksichtigung 'dieses Wechsels gerdgelt werden muß, wenn nicht Verluste eintreten sollen, welche mit einem ökonomischen Arbeiten in starkem Widerspruch stehen.

Bisher sind! im gewerblichen Betriebe Versuche gemacht worden, um sich den verschiedenen Bedingungen des Betriebes eines elektrischen Ofens dadurch anzupassen, daß die Elektroden mittete Regelvorrichtung selbsttätig eingestellt werden, welche von Änderungen in der Stromstärke beeinflußt werden. Die Wärmezufuhr hängt aber nicht allein von der Stromstärke ajb, sondern wird auch durch andere Faktoren beeinflußt, wie Wechseln in der Wattzahl oder Wechseln im Potential, das durch den Widerstand¹ zwisehen der Elektrode und der Beschickung beeinflußt wird. Solche Änderungen stehen beträchtlich mit einem ökonomischen Betrieb des Ofens in· Widerspruch und können durch die nach der Stromstärke regelnden Vorrichtungien nicht ausgeglichen werden. Beispielsweise kann bei einem Dreielektrodenofen, der mit einer solchen Regelung nach der Stromstärke versehen ist, die Stromstärke, welche den Elektroden zugeführt wird¹, zwar auf dem vorbestimmten Grad gehalten werden, aber trotzdem kann die richtigie Verteilung der Wärmezufuhr zwischen den drei Elektroden nicht innegehalten sein. Beispielsweise kann bei einem solchen Ofen' die eine Elektrödle gerade eingetaucht und in der Beschickung »erstarrt« sein, und doch kann die Anzeigevorrichtung für die Stromstärke die richtige Stromstärke im System erzeugen. Unter solchen Umständen hat man natürlich keine gleichmäßige Verteilung der Hitze. Andererseits müssen beim Beginn dies Schmelzens einer Beschickung, wo eine Regelung· nach der Stromstärke erfolgt, die Elektroden zunächst von Hand eingestellt werden, um den Widerstand zu bestimmen, und es kann vorkommen, daß ein ungenügen-

der Widerstand zwischen den Elektroden und der Beschickung eingestellt wird. Infolge dieses ungenügenden Widerstandes wird der resultierende Kraftfaktor für einen ökonomischen Betrieb zu gering, trotzdem die Stromstärkeanzeigevorrichtung die richtige Stromstärke zeigt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Regelung, durch welche eine ίο Mehrzahl von Energiezuführungsvorrichtungen in einem Ofenstromkreis sämtlich dazu dienen, die zugeführte Energie auf einem richtigen vorbestimmten Betrag· zu erhalten, während jede einzelne Vorrichtung die Zuführung auf einem vorbestimmten Anteil der Gesamtenergie hält.

■ Die besten Ergebnisse werden durch Anwendung einer selbsttätigen Regielungsvorrichtung von .solcher Eigenschaft erhalten, daß Änderungen in dem Potential der zugeführten Energie so ausgeglichen werden,, daß das Potential im wesentlichen konstant erhalten bleibt. Ferner sorgt die Regelungs- ' Vorrichtung· dafür, daß die Elektroden die > Wärmeenergie dem Ofen in· einem vorbestimmten Betrag zuführen und aufrecht- ! erhalten und jede einzelne Elektrode die Zu- ■ führung auf einem vorbestimmten Anteil : hält. Dies wird vorteilhaft durch die An- ; wendung von Widerstandsreglern erreicht, j welche den Widerstand zwischen Elektroden und Beschickung· regelnd einstellen. ;

In der Zeichnung· ist beispielsweise eine ; selbsttätige Stromregelungsschaltung dargfestellt, bei welcher die Elektroden mit 2, 3, ; und 4, der Transformator mit T₁ die Strom- ■ kreise vom Transformator nach¹ den Elektro-' 1 den mit 5, 6 und¹ 7, der primäre Transformatorschalter mit 8 und die Hochspannungsleitungen mit 9, 10 und n bezeichnet sind¹. ·

Die Vorrichtung zur Einstellung der Elek- ; troden für die Widerstandsregelung besteht ; aus drei Elektromotoren 12, 13 und 14. Ver- ; bindungsseile 15, 16 und 17 gehen von den : Motortrommeln nach den Elektroden Jochen j 18, 19 und 20. Die Motoren laufen nach \ beiden Richtungen, um die Elektroden zu heben und zu senken. Die Trommelwellen , der Motoren sind mit Schneckenrädern 21, ' 22 und 23 versehen. Die Motorenfelder sind : mit 24, 25, 26, 27, 28 undi 29 bezeichnet j und die Ankerkommutatoren mit 30, 31 und 32, während die Schneckenwellen mit 30', 31' und 32' bezeichnet sind.

Die Hauptstromleitung¹33 für die Moto- i ren hat Abzweigungen 34, 35 und 36, die , nach den Kommutatorbürsten führen. Die ' Rückleitungen von den Motorfeldern liegen j

normal im offenen Stromkreis. Die Rückleitung vota Feld 24 geschieht durch einen j Draht 37, der zu einem Kontakt 38 führt, ' während die Rückleitung vom Feld 25 durch einen Draht 39 nach einem Kontakt 40 geschiebt. Der Stromkreis wird entweder durch ! den Kontakt 38 oder 40 mittels später beschriebener Vorrichtungen geschlossen, während dile Hauptrückleitung mit 41 bezeichnet ist. Entsprechend geht die Rückleitung vom Feld 26 durch einen Draht 42 nach einem Kontakt 43. Die Rückleitung vom Feld 27 geschieht durch Draht 44 nach Kontakt 45. · Entsprechend dem Stromsdhluß durch die Kontakte 43 oder 45 ist der Stromkreis durch den Abzweig 46 nach' der Hauptleitung vervollständigt. Die Felder 28 und 29 sind durch Drähte 47 und 48 mit der Hauptleitung über Kontakte 49 und 50 verbunden, wobei die Rückleitung nach der Hauptleitung mit 51 bezeichnet ist.

Die besonderen Mittel zum Schließen der Motorstromkrieise bestehen aus Schaltern, von denen derjenige für den Stromkreis mit den Kontakten 38 und 40 aus einer Schiene 52 besteht, die bei 53 drehbar ist. Das Ende der Schiene besteht aus einem Kontakt 54 im Stromkreis, der an die Hauptrückleitung 41 angeschlossen ist. Ähnliche Schalter 55 und 56 sind für die Regelung des Stromes von den Feldern der anderen Motoren vorgesehen.

Die Schalter wirken verschieden. . Zwei Regelungseinheiten sind vorhanden, von denen die eine auf eine Änderung im Potentiail anspricht, welche durch den Widerstand hervorgerufen wird. Der Charakter der zweiten Einheit hängt von den besonderen elektrischen Faktoren ab, welche als wesentlich für die gewünschte Regelung angesehen werden. Beim Ofenbetrieb, wo es erwünscht ist, hohe Ökonomie bei der Wärmeausnutzung zu erzielen, spricht diese Einheit auf Änderungen in der Wattzahl in dem zu regelnden Strom an.

Die Einheit, welche auf die Änderungen im Potential anspricht, besteht aus drei Widerstandspotentialwicklungen 57, 58 und 59. Die Wicklung 58 ist an einem Ende der Schalterschiene 52 angebracht, und die Wicklungen 57 und 59 sind bzw. unter und über der Wicklung 58 angebracht. Diese Potentialwicklungen 57, 58 und 59 sind hintereinandergeschaltet, und die Wicklung 59 ist durch einen Draht 60 mit einer Sammelschiene 61 verbunden. Von dieser Sammelschiene geht ein Draht 62 zu der Speiseleitung 7. Die Wicklung 57 ist durch einen Draht 63 mit einer Sammelschiene 65 verbunden. Diese Sammelschiene steht mit der Beschickung durch eine Leitung 66 und Kontakt 67 in Verbindung." Die Potentialwicklungen des Schalters 55, welcher 'das Motorgetriebe für

die Elektrode 3 regelt, sind mit einer Sammelschiene 68 durch einen Draht 69 verbunden, während» diese Sammelschiene ihrerseits durch einen Draht 70 an die Speiseleitung 6 der Elektrode 3 angeschlossen ist. Diese Wicklungen sind ferner durch einen Draht Ji an die Sammelschiene 65 angeschlossen, welche durch die Leitung 66 und den Kontakt 6j im Stromkreis mit der Beschickung liegt.

Eine gleiche Sammelschiene 72 ist für die Potentialwicklungen des Schalters 56 und das Motorgetriebe für die Elektrode 4 vorgesehen. Diese Wicklungen sind -indessen nicht dargestellt, da' sie den anderen ent-

¹S sprechen und symmetrisch geschaltet sind.

Bei der dargestellten Ausführungsform

spricht die andere Rdgelungseinheit für den Schalter auf die Wechsel in der Wattzahl an.

Diese Einheit besteht aus einer Voltwicklung 73 und zwei Amperewicklungen 74 und 75, wobei die Voltwicklung 73 am Ende der Schalterschiene gegenüber der Potentialwicklung 58 angebracht ist. Die Amperewicklungen! 74 und 75 sind hintereinandergeschaltet, und weil der durch sie fließende Strom proportional zu dem Speisestrom sein soll, sind sie mit diesem verbunden. Die Wicklung 75 ist durch einen Draht 76 mit dem Stromtransformator JJ der Speiseleitung 7 verbunden. Der andere Schenkel , des Stromtransformators JJ ist durch einen ! Draht 78 an die Wicklung 74 angeschlossen. Der Strom durch die Wicklungen 74. und 75 ändert sich¹ entsprechend im Verhältnis zu dem durch die Speiseleitung 7 fließenden : Strom, ■

Die Wicklung 73 ist eine Voltwicklung, und ; der durch sie fließende Strom ändert sich 'gemäß der Spannung im Speisestrom. Die eine :

Seite dieser Wicklung ist entsprechend durch \ einen Draht 79 mit der Sammelschiene 61 ; verbunden, welche, wie vorbemerkt, durch ', die Leitung 62 an die Speiseleitung 7 ange- : schlossen ist. Der Strom für diese Wicklung j

73 kann einen Spannungsregler, beispiels- _; weise einen Rheostaten, erhalten, um die der ; Wicklung zugeführte Spannung zu bestimmen. Die Wicklung 73 ist durch einen Draht : 80 mit einem Rheostaten 81 verbunden. Von '■ diesem Rhleostaten geht ein D'raht 82 nach- der Sammelschiene 68, welche ihrerseits durch die Leitung 70 an die Speiseleitung 6 angeschlossen ist.

Die Amperewickluingen für die Elektrode 3 sind hintereinandergeschaltet, und die obere und untere Wicklung 83 bzw. 84 sind durch Drähte 85 und 86 mit einem Stromtransformator 87 der Speiseleitung 6 für die Elektrode 3 verbunden. Die untere Seite der Voltwicklung· 88 ist durch einen Draht 89 mit der Sammelschiene 68 verbunden, während die obere Seite dieser Wicklung durch einen Draht 90 mit der Sammelschiene 72 -verbunden ist. Ein Regelungsrheostat 91 ist in diesen Draht eingeschaltet.

Die gleichen Vorrichtungen sind zur Regelung der Elektrode 4 vorgesehen, so daß sich eine Beschreibung erübrigt. Die Potentialwicklungen sind nicht dafgestellt, aber die Ampere- und Voltwicklungen sind bei 92, 93 und 94 ersichtlich. Die Leitungen für diese Wicklungen sind dargestellt. Da die Schaltung aber symmetrisch ist, erübrigt sich ^: eine besondere Beschreibung.

Wenn der Ofen beschickt ist, so hat der Motorstromkreis Strom, und die Elektroden sind aus der Beschickung angehoben. Die Schalter schienen stehen so, daß die Motor-Stromkreise geöffnet sind, während die Speiseleitung durch den Schalter 8 Strom hat und die Potentialwicklungen sämtlicher Schalter erregt sind. Der Strom geht aus der Speiseleitung J nach' der Elektrode 2 : durch; Leitung 62, Siammelschieneor, Lei- ; tung 60, Wicklungen 59, 58 und 57, Leitung ι 63 und Sammelschiene 65. Ebenso sind die Potentialwicklungeni für die Elektrode 3 erregt durch Leitung 70, Sammelschiene 68, Leitung 69 und Ji, von denen letztere mit der Sammelschiene 65 verbunden ist. Die 9^ Verbindungen für die nicht dargestellten Potentialwicklungen der Reglerschaltung für die Elektrode 4 sind symmetrisch. Dargestellt ist die Stromleitung für diese Elekrode 95, die von der Speiseleitung 5 abzweigt. Die Leitung· 95 ist mit der Sammelschiene 72 verbunden, während die Wicklungen mit dieser Sammelschiene 72 und der Sammelschiene 65 verbunden sind. Die Gruppen der Potentialwicklungen haben nach der Darstellung Y-Schaltung, obgleich! in gewissen Fällen auch eine Deltaschaltung gebraucht werden kann.

Die Erregung der Potentialwicklungen bewirkt, daß die Kontaktenden der Schalterschienen nach abwärts, gegen die unteren Kontakte 40,45 und 49 schwingen, wodurch der Strom durch die-Felder 25, 27 und 29 der Motoren geschlossen wird. Infolgedessen laufen die Motoren an und lassen die Elektroden abwärts sinken. In diesem Zeitpunkt erhalten die Voltwicklungen der anderen Regelungseinheiten Spannung, doch erhalten die Amperewicklungen dieser Einheiten keine Amperes infolge des (hohen Widerstandes zwischen den. Enden der Elektroden und der Beschickung. Die Wattelemente der Regelungsvorrichtung üben entsprechend zu diesem Zeitpunkt keinen Zug auf die Schalterschienen aus. Diese Verhältnisse bestehen so lange, bis eine oder zwei oder alle drei Elektroden mit der Beschickung in leitende

Verbindung- kommen. Angenommen, die Elektrode 2 kommt vor den Elektroden 3 und 4 in Leitungsverbindung- mit der Beschickung, so geht, sobald die Elektrode 2 die ί> Beschickung- berührt, ein Strom durch den Kontakt 67 und Leitung 66 in die Sammelschiene 65, so daß diese Sammelschiene das gleiche Potential wie die Speiseleitung 7 be-, kommt. Die Potentialwicklungen 59, 58 und 57 kommen daher in Nebenschluß und verlieren ihre Erregung. Die Schalterschiene 52 schwingt daher von dem Kontakt 40 weg, so daß der Stromkreis durch das Feld 25 unterbrochen wird und der betreifende Motor stehen bleibt. Der Motor steht still, sobald die zugehörige Elektrode mit der Beschickung in Berührung kommt, £0 daß ein unerwünschtes Weiterbewegen der Elektrode nach abwärts verhütet ist.

Angenommen, die Elekrode 3 kommt als nächste mit der Beschickung in Berührung, so tritt derselbe Vorgang ein, und der Motor für diese Elektrode kommt zum Stillstand, sobald sie die Beschickung berührt. Wenn die Elektrode 3 mit der Beschickung in Berührung kommt und die Elektrode 2 schon mit dieser in Berührung ist, so beginnt in der Hauptleitung ein Stromfluß mit dem Ergebnis, daß die Transformatoren fy und 78 erregt werden. Hierdurch werden auch die Amperewicklungen 74 und 75 erregt. Die Vbltwicklung 73 dieser Einheit wurde bereits erregt, als die Speiseleitungen 7 und 6 Strom erhielten. Da die Potentialwicklungen jetzt unerregt sind, so schwingen die Schaltschienen für die Elektroden 2 und 3 nach aufwärts gegen die Kontakte 38 und 43, so daß der Strom durch die Felder 24 und 26 der zugehörigen Motoren geschlossen wird. Infolgedessen kehren· die Motoren ihre DreW-richtung um und ziehen die Elektroden nach aufwärts. Sobald die Elektroden indessen aus der Beschickung- heraustauchen, wächst der Widerstand zwischen Beschickung und Elektroden und damit das Potential, so daß die Potentialwicklungen erregt werden. Mit dem Wachsen des Widerstandes sinkt indessen die durch die Amperewicklungen gehende Stromstärke. Das Ergebnis ist daher, daß die Drehkraft durch die Potentialwicklungen mit dem wachsenden Widerstand ebenfalls wächst, während die Drehkraft durch die Watteinheit mit dem Wachsen des Widerstandes nachläßt. Wenn die Elektroden so eingestellt sind, daß der vorbestimmte Widerstand zwischen ihren Enden und der Beschickung- hergestellt ist, so überwinden die Potentialwicklungen den Zug der Watteinheit an den Schalterschienen mit dem Ergebnis, daß diese von den oberen Kontakten weg schwingen und so den Strom durch die Felder 24 und 26 unterbrechen. Diese Stromkreise bleiben so lange unterbrochen, als der vorbestimmte Widerstand zwischen jeder Elektrode und der Beschickung bestehen bleibt. Wenn der Widerstand zwischen irgendeiner Elektrode und der Beschickung von dem vorbestimmten Maße abweicht, so werden entsprechend entweder die Amperewicklungen oder die Potential wicklungen erregt oder verlieren ihre Erregung, und entsprechend bewegt sich die zugehörige Schalterschiene, um den richtigen Widerstand wieder einzuregeln. Diese Widerstandsregelung setzt sich fort, bis zwischen samtliehen Elektroden und der Beschickung- der vorbestimmte Widerstand herrscht. In diesem Falle gleichen sich 'die Drehkräfte der beiden Gruppen von Regelungseinheiten gegenseitig aus, und die Sohaltersohienen werden zwisehen den beiden Sätzen von Motorkontakten in der Schwebe gehalten.

Die Annahme war bisher, daß die Elektrode 4 nicht mit der Beschickung Kontakt hergestellt hat. Unter dieser Bedingung- kann es vorkommen, daß, während die Elektroden 2 und 3 nach aufwärts 'bewegt werden, um den Widerstand zu regeln, die Elektrode 4 nach abwärts geht. · Sobald indessen diese Elektrode mit der Beschickung in Berührung kommt, findet durch ihre -Wicklungen und die zugehörige Schaltschiene dieselbe Regelung statt, bis der Widerstand zwischen dieser Elektrode und der Beschickung richtig eingestellt ist. Es ist ersichtlich, daß durch die beschriebene Regelung der Widerstand zwischen jeder Elektrode und der Beschickung genau eingestellt wird, so daß er erhalten wird, gleichgültig in welcher Reihenfolge die Elektroden nach abwärts gehen. Die Schmelzung des Metalles wird daher unter Bedingungen erfolgen, wo die zugeführte Wärme durch jede Elektrode einen vorbestimmten Betrag hat. Wenn weiter während des Fortganges der Ofenarbeit irgendetwas eintritt, um den Widerstand zwischen einer Elektrode und der Beschickung zu ändern und damit den Betrag der durch· diese Elektrode zugeführten Wärmeenergie, so wird unmittelbar die hierfür bestimmte Regelungseinheit in 1« Wirkung treten, um den Widerstand für diese Elektrode richtig einzustellen. Ebenso wird, wenn irgendeine Änderung im Widerstand zwischen einer Elektrode und der Beschickung die richtige Verteilung- der Spannung durch das System beeinträchtigt, die infolgedessen in Tätigkeit tretende Regelungseinheit den richtigen Ausgleich wiederherstellen. Alle Elektroden werden daher stets das richtige Maß von Wärmeenergie dem Ofen zuführen und jede einzelne Elektrode mit dem richtigen Anteil.

Claims (8)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. Elektrischer Schmelzofen mit selbsttätiger Elektrodeneinstellung mit durch mehrere Speiseleitungen gespeisten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Regekmgseinrichtung in den Stromkreisen die Widerstände so regelt, daß jede Elektrode ihren Anteil an Energie zuführt und sämtliche Elektroden die Gesamtenergie in einem vorbestimmten Betrage zuführen.
2. 2. Elektrischer Schmelzofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung entweder durch: eine Änderung in der zugeführten Energie oder durch eine Änderung im Widerstand zwischen iden Elektroden und der Beschickung oder durch beide Faktoren erfolgt.
3. 3. Elektrischer Schmelzofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Regelungsvorrichtung das Potential der durch die Elektrode zugeführten Energie konstant erhalten wird, wäh- j rend die übrigen elektrischen Bedingun- j gen, welche die Größe der effektiven I Wärmezuführung beeinflussen, so geregelt werden, daß eine vorbestimmte Zuführung in einem vorbestimmten Ausmaß erfolgt, wodurch eine örtliche Überhitzung vermieden und eine rasche Schmelzung erzielt wird.
4. 4. Elektrischer Schmelzofen nach. An-Spruch ι und 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Regelung der Widerstand zwischen Elektrode und Beschickung so eingeregelt wird, daß das Potential der durch die Elektroden zugeführten Energie konstant erhalten wird.
5. 5. Elektrischer Schmelzofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung ein Element enthält, welches durch eine Änderung der durdh die Elektroden zugeführten Energie in Wirkung tritt, sowie ein Element, das durch die Änderung in der Wattzahl des Speisestromes in Wirkung tritt, wobei beide Elemente zusammenwirken, um die durch die Elektroden zugeführte Energie zu regeln.
6. 6. Elektrischer Schmelzofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung einen Schalter enthält, welcher verschieden beeinflußt wird, einmal durch ein Element, das durch eine Änderung des Potentials der durch die Elektrode zugeführten Energie in Wirkung tritt, sowie ein Element, das durch eine Änderung in der Wattzahl in Wirkung tritt.
7. 7. Elektrischer Schmelzofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung ein Getriebe enthält, welches die gegenseitige Lage der Elektroden und der Beschickung ändert und hierdurch- den Widerstand regelt, wobei die Regelungsvorrichtung ein Element enthalt, das auf die durch den Widerstand beeinflußte Änderung des Potentials anspricht, sowie ein Element, welches auf Änderungen in der Wattzahl anspricht, wobei beide Elemente in solcher Weise zusammenwirken, daß eine Regelung des Widerstandes entweder durch Änderung der Elektrodenstellung oder durch Änderung in der Wattzahl erfolgt.
8. 8. Elektrischer Schmelzofen nadh Anspruch i, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Motorgetriebes, dessen Motoren nach beiden Richtungen umlaufen, um die 'einzelnen Elektroden unabhängig zu verschieben behufs Regelung des Widerstandes zwischen Elektroden und Beschickung unter gleichzeitiger An-Ordnung von Schaltern, welche durch Regelungseinheiten verschieden beeinflußt werden, von denen die einen auf Änderungen im Potential ansprechen, die durch den Widerstand zwischen Elektroden und Beschickung beeinflußt werden, während die anderen Einheiten durch Änderungen der Wattzahl beeinflußt werden.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.