DE3733077A1 - Wechselstrom-lichtbogenofen - Google Patents
Wechselstrom-lichtbogenofenInfo
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B7/00—Heating by electric discharge
- H05B7/02—Details
- H05B7/144—Power supplies specially adapted for heating by electric discharge; Automatic control of power, e.g. by positioning of electrodes
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wechselstrom-Lichtbogenofen mit
oberhalb des Schmelzgutes angeordneten Elektroden.
Ein Elektro-Lichtbogenofen dient dazu, in fester Form vorliegen
den Stahl, beispielsweise Schrott, in die flüssige Phase zu
überführen. Dabei liegt das zu schmelzende Material in einem
Herd bzw. einer Pfanne, die nach oben durch einen abnehmbaren
Deckel geschlossen ist, an dem im Falle des gebräuchlichsten
Prinzips, dem Drehstrom-Lichtbogenofen, drei Graphitelektroden
axial in Richtung auf das Schmelzgut verschiebbar befestigt
sind. Die Elektroden sind an die Sekundärwicklung eines Ofen
transformators angeschlossen, dessen Primärwicklung vom Dreh
stromnetz gespeist ist. Nach dem Zünden brennen die Lichtbögen
zwischen den drei Elektroden einerseits und dem Schmelzgut an
dererseits. Diese Lichtbögen wandeln die elektrische Energie in
Wärme um, die an das Schmelzgut abgegeben wird.
Beim Betrieb eines solchen Lichtbogenofens entstehen insbeson
dere während des Schrotteinschmelzens durch Lichtbogenabrisse
und -kurzschlüsse heftige Wirk- und Blindlastschwankungen sowie
eine stark unterschiedliche Belastung der Netzphasen. Dies ver
ursacht Spannungsschwankungen im Versorgungsnetz und damit das
sogenannte Lichtflickern sowie hohe Geräuschpegel am Ofen
selbst. Um diese Nachteile des Drehstrom-Lichtbogenofens zu
vermeiden bzw. zu mildern, ist es, beispielsweise aus der Zeit
schrift "Stahl und Eisen" 104 (1984) Nr. 10, Seite 51 ff. unter
dem Titel "Untersuchungen über Geräusch- und Flickerentwicklung
eines Gleichstrom-Lichtbogenofens" bekannt, Lichtbogenöfen mit
Gleichstrom zu betreiben. Ein solcher Gleichstrom-Lichtbogenofen
ist beispielsweise in der Zeitschrift "Iron and Steel Engineer",
May 1985, Seite 50 ff. unter dem Titel "Single electrode d-c arc
furnace" beschrieben. Als weiterer Vorteil des Gleichstrom-
Lichtbogenofens fällt der gegenüber dem Drehstrom-Lichtbogenofen
geringere Elektrodenabbrand ins Gewicht. Der Hauptnachteil des
Gleichstrom-Lichtbogenofens resultiert aus der Notwendigkeit
der Anordnung einer sogenannten Bodenelektrode im Zentrum des
Pfannenbodens. Sie ist aufwendig, unterliegt der Verschleiß und
muß demzufolge in Abständen ersetzt werden. Außerdem sind wegen
der abweichenden Konstruktion vorhandene Drehstrom-Lichtbogen
öfen nicht ohne wesentlichen Umbau als Gleichstromöfen nachrüst
bar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile des Dreh
strom-Lichtbogenofens mit den Vorteilen des Gleichstrom-Lichtbo
genofens zu verbinden mit der Möglichkeit, vorhandene Drehstrom
öfen durch Umrüstung so zu betreiben, daß ihre Funktionsweise der
eines Gleichstromofens zumindest nahe kommt.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Er
findung gelöst. Dadurch ist erreicht, daß ein vorhandener Dreh
stromofen durch das Einfügen eines Umrichters zwischen die se
kundärseitigen Transformatoranschlüsse und die Elektrodenan
schlüsse, im gleichstromartigen Betrieb mit den bereits beschrie
benen Vorteilen gefahren werden kann. Unter gleichstromartigem
Betrieb soll eine Betriebsweise mit Strömen verstanden werden,
deren Polarität mit gegenüber der Netzfrequenz niedrigerer Fre
quenz, vorzugsweise unter 10 Hz wechselt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgen
den näher beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines im gleichstromartigen Be
trieb gefahrenen Drehstrom-Lichtbogenofens,
Fig. 2 eine Variante des Stromverlaufs in den drei Ofenelektro
den,
Fig. 3 eine andere Variante des Stromverlaufs in den Ofenelek
troden und
Fig. 4 eine vereinfachte Schaltungsanordnung mit separaten Um
schaltmitteln für die drei Elektroden.
In Fig. 1 ist das Ofengefäß 1 bereits mit einer flüssigen Schmel
ze 2 gefüllt und die im Ofendeckel 3 vertikal verschiebbar gela
gerten Graphitelektroden 4, 5, 6 sind in zündfähiger Position
über der Schmelze angeordnet. Der Ofentransformator 7 mit seiner
am Drehstromnetz 8 angeschlossenen Primärwicklung 9 und seinen
Sekundärwicklungen 10, 11, 12 speist über drei sogenannte Um
kehrstromrichter 13, 14, 15 über Glättungsinduktivitäten 16, 17,
18 die Elektroden 4, 5, 6. Die Frequenz der Umrichter wird von
einem Steuersatz 19 bestimmt. Die Wirkungsweise dieser Schal
tungsmittel ist in dem Buch "Netzgeführte Stromrichter mit
Thyristoren" von G. Möltgen, 3. Auflage, 1974, unter dem Titel
"Umkehrstromrichter", Seite 264 ff. und "Direktumrichter",
Seite 291 ff. beschrieben und bedarf daher keiner näheren Er
läuterung. Die Umkehrstromrichter 13, 14, 15 können in Stern-
oder Dreieckschaltung betrieben werden, wobei letztere im Hin
blick auf die Ventilausnutzung Vorteile besitzt. Die Glättungs
induktivitäten 16, 17, 18 stabilisieren den Lichtbogenstrom und
können als Drosselspulen oder als Leitungsinduktivitäten ausge
bildet sein.
In Fig. 2 ist der mögliche Stromverlauf in den drei Ofenelektro
den in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Die mit Hilfe des
Steuersatzes 19 gewählte Frequenz liegt dabei zweckmäßigerweise
weit unter 10 Hz. Aus den Stromkonturen i 4 für die Elektrode 4,
i 5 für die Elektrode 5 und i 6 für die Elektrode 6 ist zu erken
nen, daß die Gesamtstrombelastung des Transformators, der Strom
richter und der Elektroden gleichmäßig ist. Die Übergänge zwi
schen den einzelnen Stufen und damit auch die Polaritätsumkehr
der Elektroden wird so steil wie möglich gewählt, so daß der
Lichtbogen nicht abreißt. Dies führt zu einer Verstetigung der
Lichtbögen und damit zu einer Verringerung der Geräuschbildung.
In Fig. 3 ist durch entsprechende Steuerung der Umrichter ein
anderes Stromprofil gewählt, bei dem die Elektrode mit der je
weils negativen Polarität (Kathode) den doppelten Strom führt
wie die beiden anderen Elektroden mit der jeweils positiven
Polarität (Anoden). Dadurch ist erreicht, daß die als Anoden
arbeitenden Elektroden, die bei gleicher Stromstärke einer höhe
ren thermischen Belastung ausgesetzt sind als die Kathodenelek
trode thermisch entlastet werden, was zu einer deutlichen Ver
ringerung des Spitzenabbrandes dieser Elektroden führt und
die Lebensdauer aller Elektroden verlängert.
In Fig. 4 ist eine besonders einfache Ausführungsform der Anord
nung gezeigt, bei der als Umrichter eine Kombination von Strom
richtern mit einem mechanischem Umschalter benutzt ist. Dabei
besitzt der Ofentransformator 20 mit seiner Primärwicklung 21
nur zwei Sekundärwicklungen 22, 23, in Stern- und Dreieckschal
tung. Beide Wicklungen sind mit je einem Drehstrom-Vollweg
gleichrichter 24, 25 verbunden, die gleichstromseitig mit ei
nem gemeinsamen Minuspol gegeneinander geschaltet sind und deren
Pluspole über Glättungsinduktivitäten 26, 27 an einen dreipoli
gen Umschalter mit drei Ebenen geführt sind. Dadurch ist der
gemeinsame Minuspol mit den Kontakten a 1, b 2, c 3 und der Plus
pol des Gleichrichters 24 mit den Kontakten b 1, c 2, a 3 und der
Pluspol des Gleichrichters 25 mit den Kontakten c 1, a 2 und b 3
verbunden. Die gemeinsamen Pole der Schaltebenen D 1, D 2 und D 3
sind an je eine Elektrode 4, 5, 6 des Lichtbogenofens ange
schlossen. Mit dieser einfachen Anordnung ist es möglich, die
Umschaltfrequenz so niedrig zu wählen, daß von Charge zu Charge
die Polarität der Elektroden gewechselt wird. Bei dieser Anord
nung fließt ebenfalls in den Anoden-Elektroden der halbe Strom
der Kathoden-Elektrode. Dies führt zu einem niedrigerem Elek
trodenverschleiß und die Möglichkeit der Umschaltung bewirkt
einen insgesamt gleichmäßigen Elektrodenabbrand.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist neben den gewählten Beispie
len für die üblichen Dreielektrodenöfen auch für alle anderen
Mehrelektrodenöfen sinngemäß anwendbar. Bei Zweielektroden
öfen entfällt natürlich der Vorteil des niedrigeren Abbrandes
durch die beschriebene polaritätsabhängige Stromsteuerung.
Claims (4)
1. Wechselstrom-Lichtbogenofen mit oberhalb des Schmelzgutes
angeordneten Elektroden, dadurch gekennzeich
net, daß zwischen dem aus einem Wechselstromnetz (8) ge
speisten Ofentransformator (7) und den Elektroden (4, 5, 6)
ein Umrichter (13, 14, 15, 19) angeordnet ist, der die Netz
frequenz auf einen niederfrequenteren Wert der Elektrodenströme
umsetzt.
2. Wechselstrom-Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Umrichter (13, 14, 15,
19) die Frequenz der Elektrodenströme auf einen Wert unter 10 Hz
umsetzt.
3. Wechselstrom-Lichtbogenofen nach Anspruch 1 oder 2 mit einem
Dreiphasen-Ofentransformator zur Speisung eines Dreielektroden-
Lichtbogenofens, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder sekundären Drehstromphase ein Umkehr-Stromrichter in
Dreieckschaltung und zwischen diesen und den zugeordneten Elek
troden (4, 5, 6) Glättungsinduktivitäten (16, 17, 18) angeord
net sind.
4. Wechselstrom-Lichtbogenofen nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch eine
Steuerung der Umrichter (13, 14, 15, 19) in der Weise, daß die
Elektrode mit der jeweils negativen Polarität (Kathode) den
doppelten Strom führt wie die beiden anderen Elektroden mit der
jeweils positiven Polarität (Anoden).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873733077 DE3733077A1 (de) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Wechselstrom-lichtbogenofen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19873733077 DE3733077A1 (de) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Wechselstrom-lichtbogenofen |
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DE3733077A1 true DE3733077A1 (de) | 1989-04-13 |
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ID=6337318
Family Applications (1)
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DE19873733077 Withdrawn DE3733077A1 (de) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Wechselstrom-lichtbogenofen |
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DE (1) | DE3733077A1 (de) |
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