DE500930C - Einrichtung zum Betrieb von elektrischen Gluehoefen - Google Patents

Description

Der Betrieb von elektrischen Glühöfen erfordert eine Bemessung der den öfen zugeführten Heizenergie sowohl in Rücksicht auf die für das Heizgut maximale zulässige Oberflächentemperatur als auch in Rücksicht auf die Zeitdauer des Glühprozesses. Während die Einhaltung der zulässigen Höchsttemperatur eine Beschränkung der zugeführten Energie je nach dem Wärmezustand des Ofens bedingt, muß anderseits zur Erzielung einer kleinen Zeit für den Erwärmungsprozeß eine möglichst große Heizenergie dem Ofen zugeführt werden. Um diesen sich widersprechenden Erfordernissen gerecht zu werden, hat man bisher den öfen die elektrische Energie intermittierend, also mit dauernden zeitlichen Unterbrechungen, zugeführt, und zwar derart, daß die Größe des momentanen Energieflusses so gewählt war, daß sie einer kurzen Erwärmungszeit entsprach, daß aber die eingefügten Unterbrechungszeiten nach Zahl und Dauer so groß gewählt waren, daß ein Überschreiten der höchst zulässigen Oberflächentemperatur des Heizgutes vermieden wurde. Dieses Verfahren hat aber bedeutende Nachteile. Das dauernde Ab- und Zuschalten der vollen Energie beansprucht die automatischen Schalter ganz außerordentlich, und besonders bei Glühöfen großer Leistung ist eine Abschaltung der vollen Leistung nur unter Verwendung komplizierter und teurer Schalteinrichtungen möglich. Eine Herabsetzung der Zahl der Schaltungen führt zu entsprechend großen Unterbrechungszeiten, wodurch die Temperaturspanne zwischen minimalen und maximalen Temperaturen sehr groß wird. Schließlich bedeutet das Aus- und Einschalten großer Leistung für das Netz eine* sich dauernd wiederholende stoßweise Belastung, die auf andere, an das gleiche Netz angeschlossene Betriebe (Lichtbetriebe) einen sehr störenden Einfluß haben kann und selbst auf die Zentrale ungünstig zurückwirkt.

Der Betrieb elektrischer Glühöfen kann in der Weise vorteilhafter gestaltet werden, daß man die intermittierende Energiezufuhr bis zum Erreichen der normalen Innentemperatur des Heizgutes durch eine stetige ersetzt und dabei die selbsttätige Regelung der dem Ofen zugeführten Energie von den Energieflüssen des Ofens selbst abhängig macht. Nach Erreichen der höchst zulässigen Oberflächentemperatur des Heizgutes kommen zwei Energiefiüsse des Ofens zur Bemessung der zuzuführenden Energie in Betracht, erstens die vom Ofen nach außen abgestrahlte Energie (Verlustenergie), welche einen an-

nähernd konstanten Wert repräsentiert, zweitens die von der Oberfläche des Heizgutes in das Innere des Heizgutes abfließende Energie, deren Wert von dem jeweiligen Wärmezustand des Heizgutes abhängt und daher während des Erwärmungsprozesses abnimmt. Die zuzuführende Energie setzt sich somit aus einem annähernd konstanten und einem variablen Wert zusammen, ίο Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung zum Betrieb von elektrischen Glühofen, bei denen elektrische Energie dem Ofen bis zum Erreichen der normalen Innentemperatur des Heizgutes ohne Unterbrechung zugeführt und die Ofentemperatur selbsttätig durch zwei voneinander unabhängige Regeleinrichtungen auf einen konstanten Wert geregelt wird, von denen die eine von der Oberflächentemperatur, die andere von der Innenao temperatur des Heizgutes gesteuert wird, wobei die Steuerströme von zwei zur Temperaturmessung dienenden Thermoelementen geliefert werden können und bei der erfindungsgemäß jede Regeleinrichtung drei Steuer-Stellungen hat, und zwar je eine Steuerstellung für Unter-, Normal- und Übertemperatur des Heizgutes.

In zweckmäßiger Weise erfolgt dabei die Regelung der elektrischen Heizenergie durch mindestens zwei in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur wahlweise schaltbare Gruppen von dreiphasig gespeisten Heizwiderständen, von denen jede in an sich bekannter Weise in Sterndreieck umschaltbar angeordnet ist und welche sich zu Beginn der Heizung in Dreieckschaltung befinden, nach Erreichung der Höchsttemperaturen aber in Stern umgeschaltet und gegebenenfalls reguliert werden, um die dem Heizgut zugeführte Energie entsprechend zu verkleinern. Dabei kann ebenfalls erfindungsgemäß eine von der Außentemperatur des Heizgutes gesteuerte Regeleinrichtung bereits bei einer der normalen nahen Übertemperatur die Widerstände der einen Gruppe, bei Erreichung der normalen Temperatur auch die Widerstände der anderen Gruppe in an sich bekannter Weise von Dreieck in Stern umschalten, bei Übertemperatur jedoch eine der beiden Gruppen vom Netz abtrennen (wobei die Heizenergie der noch angeschlossenen Gruppe zweckmäßig so bemessen ist, daß sie gerade zur Deckung der Verlustwärme des Ofens ausreicht), während eine von der Innentemperatur des Heizgutes gesteuerte Regeleinrichtung bei einer der normalen nahen Untertemperatur die Einschaltung beider Gruppen bewirkt, bei Normaltemperatur eine der beiden Gruppen abschaltet und schließlieh bei Übertemperatur beide Gruppen vom Netz abschaltet. Die richtige Einstellung der zugeführten Energie erfordert hiernach eine dauernde Kontrolle des Wärmezustandes des Heizgutes und Regeleinrichtungen, w.elche von die innere und äußere Temperatur des Heizgutes messenden Instrumenten gesteuert werden.

Werden die Glühofen, wie vorausgesetzt, aus Dreiphasennetzen gespeist, dann lassen sich in einfacher Weise grobe und feine Regelstufen dadurch erreichen, daß zur Grobregulierung der Energie die Widerstände von Dreieck in Stern (und umgekehrt) umgeschaltet werden, zur Feinregelung dagegen in der Sternschaltung der Widerstände ein in den geöffneten Nullpunkt eingeschalteter Induktionsregler oder Stufentransformator verwendet wird.

Im nachfolgenden soll nun an Hand eines Ausführungsbeispiels die den Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung näher erläutert werden. Es sei angenommen, daß sowohl an der Oberfläche als auch im Innern des Heizgutes ein Thermoelement zur Messung der Temperaturen des Heizgutes angeordnet ist. Die zulässige Oberflächenhöchsttemperatur des Heizgutes sei T_1n, und es wird verlangt, daß diese Temperatur nicht wesentlich über- und unterschritten wird. In Fig. ι ist ein Schaltungsschema dargestellt, go welches eine selbsttätig wirkende Einrichtung zeigt, die den gestellten Ansprüchen genügt. Die beiden genannten Thermoelemente sind mit A₁ und A₂ bezeichnet. Das Element A₁ diene zur Messung der Oberflächentemperatür, A₂ zur Messung der Innentemperatur des Heizgutes. Jedes der beiden Thermoelemente steuert je eine besondere Regeleinrichtung K₁ und K₂, im übrigen arbeiten beide Regeleinrichtungen unabhängig voneinander, too Jede der beiden Regeleinrichtungen hat im dargestellten Falle drei Steuerstellungen %, b_lt C₁ bzw. a₂, b₂, Cn, und zwar je eine Steuerstellung für Unter-, Normal- und Übertemperatur, wobei unter Normaltemperatur die höchst zulässige Oberflächentemperatur verstanden sein soll. Der Glühofen wird, wie dargestellt, von zwei Gruppen G₁ und G₂ zu je drei Heizwiderständen geheizt, von denen die Widerstände jeder Gruppe in Sterndreieck umschaltbar angeordnet sind. Obwohl in dieser Figur in dem Sternpunkt der einen Gruppe G₁ ein Induktionsregler I eingeschaltet ist, soll zur Vereinfachung des Beispiels von der Regelung dieses Induktionsreglers abgesehen werden und die Wirkungsweise der Einrichtung an der Grobregulierung der Widerstände gezeigt werden. Zu Beginn des Glühprozesses sind die beiden Widerstandsgruppen G₁ und G₂ in Dreieckschaltung an das Netz N angeschlossen und nehmen daher eine relativ große elektrische Energie auf.

Das Heizgut wird relativ rasch erwärmt, und die Oberfiächentemperatur zeigt eine etwa durch Kurve T_a der Fig. 2 gegebene Steigerung in der Zeit. Die Innentemperatur dagegen nimmt langsamer, ungefähr nach Kurve Ti der Fig. 2 zu. Kurz bevor die OberfLächentemperatur T_a den Höchstwert T_m erreicht hat, tritt die von dem Thermoelement A₁ gesteuerte Regeleinrichtung K₁ in Tätigkeit, indem sich der Kontakthebel H₁ auf Kontakt a_x stellt. Dadurch wird das Relais R₁ ausgelöst, welches die Widerstandsgruppe G₁ mittels des Schalters S₁ von Dreieck in Stern umschaltet und damit die zugeführte Energie verringert. Wird nun die normale Höchsttemperatur T_m erreicht, dann rückt der Kontakthebel H₁ dieser Regeleinrichtung auf Kontakt b_t und bewirkt, daß das Relais R₂ anspricht, welches die zweite Gruppe G₂ mittels des Schalters S₂ von Dreieck auf Stern umschaltet und damit die Energiezufuhr noch weiter herabsetzt. Tritt nun infolge der Innenerwärmung des Heizgutes allmählich doch eine geringe Ubertemperatur auf, dann berührt der Kontakthebel H₁ dieser Regeleinrichtung den Kontakt C₁, und durch Ansprechen des Schaltmotors M wird die Gruppe G₂ durch den Schalter 6"₄ vom Netz N abgetrennt, während die andere Gruppe G₁ in Sternschaltung weiter arbeitet. Die Widerstände der Gruppe G₁ sind nun aber derart dimensioniert, daß die \^ron ihnen aufgenommene Energie die Verlustenergie des Ofens knapp deckt, so daß eine weitere Steigerung der Heizguttemperaturen mit Sicherheit vermieden wird. Unabhängig hiervon wirkt die vom Thermoelement A₂ gesteuerte Regeleinrichtung K₂ auf den Ofenbetrieb ein. Bis zur Erreichung einer der Grenztemperatur T_m nahen Untertemperatur berührt der Kontakthebel H₂ dieser Regeleinrichtung den Kontakt a₂, wodurch die Zuschaltung der Gruppe G₂ mit Hilfe des Motors M bewirkt wird. Hat die Innentemperatur den Grenzwert T_m erreicht, dann berührt der Kontakthebel H₂ den Kontakt b„ und verursacht durch das Ansprechen des Motors M die Abschaltung der Gruppe G₂, also die Herabsetzung der dem Ofen zugeführten Energie. Falls nun aber auch die Innentemperatur des Heizgutes die normale Höchsttemperatur überschreitet, dann steht der Kontakthebel H₂ schließlich auf Kontakt C₂, wodurch das Relais R₃ zum Ansprechen gebracht wird und beide Gruppen mit Hilfe des Schalters 5"₃ vom Netz abschaltet. Die Schaltströme werden vom Transformator T_r geliefert. In Fig. 2 zeigt die Ä'JF-Kurve das stufenweise Herabsetzen der dem Ofen zugeführten Energie in Abhängigkeit von der Zeit. Es sind natürlich auch andere Ausführungsformen der Einrichtungen möglich, z. B. kann die Grobregulierung mit der Feinregulierung kombiniert sein. Eine teilweise Anwendung der beschriebenen Einrichtung läge vor, wenn nach Ansteigen der Innentemperatur auf den zulässigen Grenzwert die bereits reduzierte Energie dem Ofen dann intermittierend zugeführt würde, während bis dahin die Zuführung eine stetige war und die zugeführte Energie der Summe aus Verlustenergie und aus der jeweils in das Innere des Heizgutes abfließenden Energie entspräche.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Betrieb von elektrischen Glühofen, bei denen elektrische Energie dem Ofen bis zum Erreichen der normalen Innentemperatur des Heizgutes ohne Unterbrechung zugeführt und die Ofentemperatur selbsttätig durch zwei voneinander unabhängige Regeleinrichtungen auf einen konstanten Wert geregelt wird, von denen die eine von der Oberflächentemperatur, die andere von der Innentemperatur des Heizgutes gesteuert wird, wobei die Steuerströme von zwei zur Temperaturmessung dienenden Thermoelementen geliefert werden können, dadurch gekennzeichnet, daß jede Regeleinrichtung drei S teuer Stellungen hat, und zwar je eine S teuer stellung für Unter-, Normal- und Übertemperatur des Heizgutes.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Gruppen von Dreiphasenheizwiderständen vorgesehen sind, von denen jede in an sich bekannter Weise in Sterndreieck umschaltbar angeordnet ist und welche sich zu Beginn der Heizung in Dreieckschaltung befinden, nach Erreichung der Höchsttemperaturen aber in Stern umgeschaltet und gegebenenfalls reguliert werden, um die dem Heizgut zugeführte Energie entsprechend zu verkleinern.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, da- no durch gekennzeichnet, daß die von der Oberflächentemperatur des Heizgutes gesteuerte Regeleinrichtung bereits bei einer der normalen nahen Übertemperatur die Widerstände der einen Gruppe, bei Erreichung der normalen Temperatur auch die Widerstände der anderen Gruppe in an sich bekannter Weise von Dreieck in Stern umschaltet, bei Übertemperatur jedoch eine der beiden Gruppen vom Netz abtrennt (wobei die Heizenergie der noch angeschlossenen Gruppe zweckmäßig

so bemessen ist, daß sie gerade zur Deckung der Verlustwärme des Ofens ausreicht), während die von der Innentemperatur des Heizgutes gesteuerte Regeleinrichtung bei einer der normalen nahen Untertemperatur die Einschaltung beider Gruppen bewirkt, bei Normaltemperatur eine der beiden Gruppen abschaltet und schließlich bei Übertemperatur beide Gruppen vom Netz abschaltet.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen