DE3541294A1 - Parallel-serie-schaltung der hauptelektrode eines gleichstrom-lichtbogenofens - Google Patents

Description

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BBC Aktiengesellschaft. Brown,' Boveri '& Cie.', Baden

Parallel(unipolar)-Serie(bipolar)-(Um)Schaltung eines Gleichstrom-Lichtbogenofens

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Lichtbogenofen mit Gleichstromspeisung. Ein derartiger Ofen ist beispielsweise bekannt aus der italienischen Patentanmeldung : "Forno elettrico ad arco a corrente continua con induttanza di accumulo" (N* 24243 A-77 vom 1.6.1977).

Gleichstrom-Lichtbogenöfen dieser Ausführungsart können wie die bekannten Drehstrom-Lichtbogenöfen ohne Herd- oder Bodenelektrode betrieben werden, weil die Hauptelektroden teils als Anode, teils als Kathode wirksam sind, und die Summe der Ströme zwischen Hauptelektrode und Schmelzgut somit gleich Null ist.

Da die Herdelektrode ein Bauteil ist, welches grossem Verschleiss und Abnutzung unterworfen ist, und nur schwer ohne grösseren Aufwand dauernd in betriebstüchtigem Zustand erhalten werden kann, ist es vorteilhaft, Oefen ohne dieses kritische Element betreiben zu können. Dies erklärt teilweise die grosse Verbreitung von Drehstromöfen ohne Herdelektrode.

Es ist bekannt, dass der Abbrand der Elektroden an der Anode viel stärker ist als an der Kathode. Zum Ausnutzen dieses Effektes mit dem Zweck, den Verbrauch von Elektrodenmaterial, das meistens aus Graphit besteht, sind unipolar arbeitende Gleichstrom-Lichtbogenöfen vorgeschlagen worden, welche mit mindestens 1 Hauptelektrode als Kathode und mindestens 1 Herdelektrode und dem Schmelzgut als Anode ausgestattet sind. . ....

Je nach Stromstärke kann ein solcher Ofen mit nur 1 Hauptelektrode ausgerüstet sein.

Solche Oefen sind beispielsweise in der Druckschrift CH-IB 413 210 - "Technische und wirtschaftliche Vorteile des neuen BBC-Gleichstrom-Lichtbogenofens" näher beschrieben.

Zwar haben diese Oefen den Vorteil eines viel geringeren Abbrandes der meistens aus Graphit gebauten Elektroden, jedoch besteht das Problem einer für alle Betriebszustände haltbare Herdelektrode.

Bis heute ist der praktische Nachweis für die Haltbarkeit von Herdelektroden auch bei grossen Betriebsströmen noch nicht erbracht worden.

Insbesondere sind 2 Betriebszustände für die Haltbarkeit von Bad- bzw, Herdelektroden kritisch :

1) Für metallische Herdelektroden besteht das Problem, dass bei flüssigem Schmelzgut der von der Herdelektrode durch die Schmelze fliessende Strom eine elektromagnetische

Rührbewegung der Schmelze erzeugt, wodurch bei hohen Schmelzentemperaturen ein intensiver Wärmetransport von der Schmelze zur Badelektrode erfolgt. Dies führt zu einem starken Zurückschmelzen der Herdelektrode von der Badseite her. Ausserdem kann die intensive Badbewegung in der Nähe der Badelektrode den Herd übermässig verschleissen.

2) Die zweite kritische Betriebsphase besteht beim Beginn einer Einschmelzphase. Wenn festes Schmelzgut (z.B. Eisenschwamm oder Schrott) chargiert wurde, kann ein einwandfreier Kontakt zwischen Herdelektrode und Schmelzgut nur schwer erreicht werden. Dann können Ueberhitzungen, Lichtbogen und AusSchmelzungen im Bereich der Kontaktzone zwischen Herdelektrode und Schmelzgut auftreten, wobei die Herdelektrode und/oder der benachbarte feuerfeste Herd beschädigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gleichstrora-Lichtbogenofen vorzuschlagen, der die besagten Nachteile nicht aufweist. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass Mittel vorgesehen sind, die es erlauben, den Gleichstrom-Lichtbogenofen jederzeit entweder in Serie- oder in Parallelschaltung der Hauptelektroden betreiben zu können, sowie ein Verfahren zum Betrieb dieses Ofens, wobei der Ofen nur während den für die Herdelektrode und den Herd kritischen Betriebszuständen in Serieschaltung und während der übrigen Schmelzdauer in Parallelschaltung gefahren wird.

Um Betrieb in Serienschaltung durchführen zu können, muss der Gleichstrom-Lichtbogenofen mehr als eine, d.h. mindestens 2 Hauptelektroden aufweisen.

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Die vorgesehenen Mittel zum Umschalten des Ofens sind erfindungsgemäss Umschalter, die entweder unter Strom/ vorzugsweise jedoch während kurzzeitigem Unterbrechen des Stromes z.B. mittels Sperren des steuerbaren Gleichrichters oder Oeffnen des Ofenschalters - betätigt werden.

Da laut dem erfindungsgemässen Verfahren gemäss Anspruch 2 während dem Ofenbetrieb betriebsmässig und somit relativ häufig Umschaltungen vorgenommen werden, sind die Umschalter wie es dem Stand der Technik für häufige Betätigung entspricht gebaut, d.h. z.B. fernbetätigte Umschalter.

Das vorgesehene Verfahren - z.B. bei einem Gleichstrom-Lichtbogenofen für das Einschmelzen von Stahlschrott besteht dann darin, dass jeweils am Ende einer Schmelze wenn letztere stark über die Schmelztemperatur des Herdelektrodenmaterials überhitzt werden muss - die Anlage in Serie gefahren wird.

Weil die Herdelektrode dann keinen Strom führt, wird die elektromagnetische Badbewegung auf das Gebiet um die Hauptelektroden konzentriert, während in der Nähe der Herdelektrode praktisch keine Badbewegung mehr erzeugt wird.

Allerdings ist in dieser Betriebsphase der Verbrauch an Hauptelektrodenmaterial grosser als bei unipolarem (kathodischem) Parallelbetrieb, jedoch beschränkt sich dieser Zustand auf eine gegenüber der gesamten Einschmelzdauer kurze Zeitspanne. Da der Grossteil der Einschmelzdauer nach wie vor im Parallelbetrieb erfolgt, weist auch der vorgeschlagene Gleichstrom-Lichtbogenofen eine gegenüber Wechselstromöfen erhebliche Einsparung an Hauptelektrodenmaterial (Graphit) auf.

Bei Schmelzenbeginn wird gemäss dem vorgeschlagenen Verfahren immer dann in Serieschaltung geschmolzen, wenn 'schlechte Kontaktverhältnisse zu erwarten sind, d.h. im wesentlichen beim Anfahren des kalten Ofens, oder bei Schmelzenbeginn wenn man die vorhergehende Schmelze vollständig entleert hat, d.h. den Ofen ohne Restsumpf betreibt. Auch diese Betriebsphase ist gegenüber der gesamten Schmelzendauer kurz und dauert nur solange bis sich ein flüssiger Sumpf zwischen Herdelektrode und Schmelzgut gebildet hat.

Beim Arbeiten mit Restsumpf kann auch bei Schmelzenbeginn einwandfreier Kontakt zwischen Herdelektrode und Schinelzgut angenommen werden, und auch der Schraelzenbeginn in Parallelschaltung erfolgen.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anlage mit einem Gleichstrom-Lichtbogenofen mit einem Herd (1), zwei Hauptelektroden (2 und 3), einer Herdelektrode (4) vier steuerbaren Gleichrichterbrücken (5, 6, 7 und 8), mit einer Einspeisung über den Hauptschalter (9), einen Regeltransformator (10) und zwei Gleichrichtertransformatoren (11 und 12), wobei in diesem Beispiel die Transformatoren so geschaltet sind, dass die Phasenlage bei dem einen Transformator um 30*el verschoben ist, so dass sich daraus ein 12-pulsiger Betrieb ergibt.

Zur Reduktion der Stromanstiegsgeschwindigkeit bei Kurzschluss einer Elektrode im Ofen, sind im Gleichstromkreis die Drosselspulen (17, 18, 19 und 20) eingebaut.

Die Umschalter (13, 14, 15 und 16) stehen auf Stellung (a), so dass der Strom von der Gleichrichter (5 und 8) auf die Hauptelektrode (2), von dieser über den Lichtbogen (22), über das Schmelzgut (21), über den Lichtbogen (23) auf die Hauptelektrode (3) zurück über die Gleichrichter (6 und 7) zu den Gleichrichter (5 und 8) fliesst. Die beiden Hauptelektroden sind jetzt in Serie geschaltet, wobei die Elektrode (2) als Anode und Elektrode (3) als Kathode wirkt (bipolarer Betrieb). . .

Eine nicht eingezeichnete Regelung sorgt dafür, dass die Ströme der beiden Hauptelektroden (2 und 3) bzw. Lichtbogen (22 und 23) praktisch gleich gross sind, so dass die Herdelektrode höchstens einen kleinen Reststrom führt. Selbstverständlich kann die Herdelektrode im Seriebetrieb durch einen zusätzlichen Schalter auch abgetrennt werden.

Durch Umlegen der Umschalter (13, 14, 15 und 16) auf Stellung (b) erreicht man Parallelbetrieb der beiden als Kathode geschalteten Hauptelektroden (2 und 3) (unipolarer Betrieb). Der Gleichstrom derGleichrichter (5 und 6) fliesst über die Herdelektrode (4) über den Lichtbogen (22) zur Hauptelektrode (2) und zurück zu den Gleichrichter (5 und 8). Parallel dazu, fliesst der Gleichstrom der Gleichrichter (6 und 7) über die Herdelektrode (4) über den Lichtbogen (23) zur Hauptelektrode (3) und zurück zu den Gleichrichter (6 und 7).

Der Vorteil der Schaltung gemäss Fig. 1 liegt darin, dass bei unterschiedlichen Strömen in den Hauptelektroden (2 und 3), die kurzzeitig auftreten können, trotzdem 12-pulsigkeit bestehen bleibt.

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Claims (1)

1. Patentansprüche „4

   Anspruch 1 :

   Gleichstrom-Lichtbogenofen mit mindestens 2 Hauptelektroden und mindestens einer Boden- bzw. Herdelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass Umschalter vorhanden sind, womit die Hauptelektroden entweder in Parallelschaltung (unipolar) oder in Serieschaltung (bipolar) geschaltet werden können, wobei bei letzteren die Herdelektrode stromlos ist.

   Anspruch 2 :

   Verfahren zum Betrieb eines Gleichstrom-Lichtbogenofens gem.

   Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während Betriebszuständen während denen z.B. wegen des von der Herdelektrode durch das Schmelzgut fliessenden Stromes durch die elektromagnetisch angeregte Badströmung oder durch schlechten Kontakt zwischen Herdelektrode und dem Schmelzgut die Haltbarkeit der Herdelektrode und/oder des Herdes beeinträchtigt wird, in Serieschaltung und während der übrigen Betriebsdauer in Parallelschaltung gefahren wird.

   Anspruch 3 :

   Gleichstrom-Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Hauptelektrode mit einer Anspeisung mit 12-pulsigem Betrieb versehen ist.

   Anspruch 4 :

   Gleichstrom-Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der von den Hauptelektroden zum Schmelzgut fliessenden Ströme mittels Stromregelung der Gleichrichter, vorzugsweise durch Ansteuerung von Thyristoren, annähernd Null ist.