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Elektromagnetisches Rührverfahren und. Elektroofen mit Rühreinrichtung
für das Verfahren Zur Erreichung einer Rührwirkung hat man Lichtbogenöfen mit drehstromgespeisten
Induktio nsspulenanordnungen ausgestattet, die über lamellierte Kerne und drei um
t2"o° versetzte, mit Netzfrequenz gespeiste Spulen im Schmelzbad eine umlaufende
magnetische Druckwelle induzieren, welche eine zum Badmittelpunkt gerichtete Umwälzung
des Schmelzgutes ergeben, um die gewünschte metallurgische Reduktion zu beschleunigen.
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Der Nachteil der Anordnung besteht darin, daß der magnetische Kraftfluß,
welcher .die Druckwelle hervorruft, jeweils als Sehne zwischen den um r2o° versetzten
Polen das Schmelzbad nur teilweise durchsetzt und daß daher nicht unbedeutende Energien
benötigt werden, um eine kräftige Rührwirkung zu erzielen. Durch den tangentialen
Verlauf des magnetischen. Kraftflusses ergibt sich naturgemäß, daß die Badströmung
an der Ofenausmauerung am stärksten ist und im Laufe der Zeit zur A4btragung führt,
so daß Durchbrüche des Schmelzgutes zur Ofenwandung eintreten können.
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Weiter sind, verschiedene Rührspulensysteme bekannt, die unter der
Ofenwandung in ein- undzweiphasiger Anordnung angebaut sind und, mit Wechselstrom
niedriger Frequenz gespeist, eine Orientierung der Strömungsrichtung des Schmelzgutes
ergeben. Zweck solcher Anordnungen ist, daß die an der Oberfläche des Schmelzgutes
befindliche Schlacke in der Nähe des Schlackenloches konzentrie-rt wird bzw. von
der gegenüberliegenden Ausgußöffnung Verunreinigungen durch die Schlacke beim Abstich
ferngehalten werden. Mit dieser Anordnung, die, ebenfalls unter dem Begriff Rührspule
bekannt
ist, läßt sich eine intensive konzentrierte Durchrührung des Schmelzgutes nicht
erzielen.
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Ähnlich gerichtete Strömungen der Badoberfläche lassen sich durch
mehrere unter dem Ofenboden rotierende Elektromagnete erzielen, die gegebenenfalls
mit ihren einzelnen Armen zahnradartig ineinandergreifen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich ein wirtschaftlicher
Betrieb elektrischer Lichtbogen- oder Reduktionsöfen und die störungsfreie Durchführung
der gewünschten metallurgischenReaktion durch eine bestimmte Aufeinanderfolge verschiedener
induktiver Beeinflussungen des Bades erzielen läßt und d'aß man diese verschiedenen
Be, einfiussungen mit derselben Einrichtung durchführen kann. Gemäß der Erfindung
wird beim Schmelzen bzw. Reduzieren durch- Erzeugung von: magnetischen Druckwellen
am gesamten Badumfang eine etwa radial verlaufende bzw. in der Ofenmitte etwa senkrecht
gerichtete Badbewegung hervorgerufen, während im zweiten Abschnitt, also beim Abschlacken
oder vor dem Ausgießen, eine von der Ausgußöffnung fort gerichtete Bewegung der
Badoberfläche durch Bildung der magnetischen Druckwellen in der Nähe der Ausgußöffnung
erzeugt wird. -Die Bildung der magnetischen. Druckwellen geschieht auf induktivem
Wege, wobei gemäß der weiteren Erfindung wandernde Induktionsmaxima amBadumfang
mit entsprechenden wandernden magnetischen Druckwellen durch umlaufende oder hin
und her wandernde Erregung gebildet werden. Das kann dadurch geschehen, daß entsprechende
Erreger (Spulen, Polschuhe od. dgl.) mechanisch im Kreise geführt werden, oder es
können über den. Umfang des-Wannenbodens verteilte Erregereinrichtungen (Spulen)
nacheinander geschaltet werden. Der magnetische Druck ergibt eine örtliche Erhöhung
der Badoberfläche, der eine entsprechende Vertiefung an der Badmitte oder an der
gegenüberliegenden Seite entspricht, so, daß eine Bewegung .des Schmelzflusses zustande
kommt, welche im allgemeinen an den Rändern der Wanne nach oben gerichtet ist, sich
dann nach der Mitte wendet und an dieser oder an der gegenüberliegenden Seite wieder
absteigt; so daß die Umwälzbewegung in erster Linie in senkrechter Ebene vor sich
geht. Damit wird einesteils die Ausmauerung weitgehend geschont, andererseits wird
während der Schmelz- oder Reduktionsperiode .das Bad innig durchmischt, so daß die
gewünschte metallurgische Umwandlung sehr vollständig vor sich geht. Beim Entschlacken,
also im zweitem Abschnitt des Rührvorganges, wird die Schlacke von der Ausgußöffnung
zum Schlackenabzug hingetrieben, so .daß mechanische Einrichtungen nicht erforderlich
sind.
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Nach der weiteren Erfindung wird die Rührbewegung .durch einen Gleichstrommagneten
mit umlaufendem Polrad hervorgebracht, wobei die Intensität des magnetischen Druckes
bei dem Wandern über demBad'umfang verändert wird. Das kann entweder durch eine
entsprechend veränderliche Erregung des Magneten erfolgen, oder der Boden der Ofenwanne
wird teils magnetisch, teils unmagnetisch ausgeführt, so daß an den Stellen aus
magnetisch leitendem Baustoff eine verstärkte Induktionswirkung und daher ein Druckmaximum
erzielt wird, so. daß sich durch .die unterschiedliche Einwirkung eine kräftige
Baddurchwirbelung ergibt.
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Weitere Ausbildungen und Einzelheiten der Erfindung werden an Hand
der Zeichnungen erläutert. In diesen stellt Abb. i eine Draufsicht auf die schematisch
gezeichnete Rührvorrichtung .dar; Abb. 2: zeigt einen Querschnitt durch Ofen und
Rührvorrichtung nach A-A; Abb. 3 gibt den Ofen in angekipptem Zustand wieder, und
zwar nach B-B, während die Abb. 4 und 5 ein Schema der Badbewe-gung zeigen.
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Unterhalb der Ofenwanne i, die wie üblich mit Ausgußöffnung 2 und
Schlackenabzug 3 versehen ist, befindet sich ein zentraler Pol 4, um welchen eine
Erregerwicklung 5, gegebenenfalls auch ein Dauermagnet gelegt ist. Um den zentralen
Pol kreist, vom Motor 6 über das Schneckengetriebe 7 bewegt, das Polrad 8; an welches
die Pole 9 angeschlossen sind. Unterhalb der Wanne i befinden sich die Polschuhe
io, welche jeweils unter den mit magnetisch leitfähigen Baustoffen versehenen Teilen
i i des Wannenbodens 1a: gelegen sind, der im übrigen aus unmagnetischem Baustoff
besteht.
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Während des Reduzierens bzw. Schmelzens arbeitet die Einrichtung folgendermaßen:
Durch die Erregung mittels der Spule 5 bzw. des entsprechenden Dauermagneten ist
der Amperewindungsdruck gegeben. Wenn das Polrad 8 um den Pol 4 kreist, so gelangen
die Pole 9 streckenweise unter die Polschuhe- io und die magnetischen Teile i i
der Ofenwanne, wodurch sich ein intensiver Rückschluß durch das Bad mit entsprechend
stark= magnetischem Auftrieb für den Schmelzfluß ergibt. Wandern :die Pole weiter,
so gelangen sie in den unmagnetischen Bereich des Ofenbodens. Der .magnetische Rückschluß
wird geschwächt. Die Badbewegung ändert sich und wird wieder von neuem angeregt,
sobald die Pole in den Bereich der Polschuhe bzw. magnetischen Ofenbodenteile gelangen.
Insgesamt ergibt sich dadurch eine innige Durchmischung des Bades mit vollständiger
verlaufenden Reaktionen als bisher möglich war.
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Ist die Reduktion .durchgeführt, so wird die Wanne in bekannter Weise
zum Entschlacken angekippt. Stößt :dabei die Aus-gußöffnung 2 an den Schalter 13,
so erfolgt eine Umschaltung der Bewegung des Polrades 8, und zwar derart, daß die
beiden Pole q nunmehr nur noch im Bereich der ausgußseitigen Felder i i pendelnd
hin und her bewegt werden. An den Grenzen ihrer Pendelbahn stoßen sie gegen die
Umkehrschalter 14 und 15, welche die Rückbewegung veranlassen. Dadurch wird eine
einseitige Druckwelle in der Nähe der Ausgußöffnung erzielt, welche nach Abb:.5
ein Abdrängen der Schlacke nach der gegenüberliegenden Seite, also zum Schlackenloch
3 hin bewirkt. Der Übergang
von der kreisenden zur Schiebebewegung
erfolgt also selbsttätig durch Einschalten der Kippbewegungdes Ofens, so, daß, die
dem jeweiligen Arbeitsgang entsprechende Rührbewegung ohne Zutun des Bedienungsmannes
in richtiger Weise und zur richtigen Zeit eingeschaltet wird.
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Da zum Bewegen. der Schlacke an der Badbberfläche lediglich eine mäßige
Strömung erforderlich ist, wird die Erregerwicklung 5 zweckmäßig so unterteilt,
daß durch Serienschaltung gleichzeitig für die Dauer des Ausgusses das magnetische
Feld reduziert wird. Auch diese Serienschaltung kann durch Betätigen des Schalters
13 selbsttätig einsetzen.
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Wird der Ofen nach erfolgtem Abstich wieder in seine normale Lage
zurückgekippt, so, wird die elektrische Steuerung durch den Schalter 13 selbsttätig
stillgesetzt.
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Der Motor 6 wird zweckmäßig drehzahlregelbar gemacht, damit sich die
Rührbewegung dem jeweiligen Ofengang anpassen kann. Auch die Erregung der Spule
5 kann. während der Rührbewegung veränderlich gemacht werden, und zwar entweder
willkürlich oder.selbsttätig periodisch.
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Statt ein umlaufendes Polrad 8 zu benutzen, können am Umfang des Wannenbodens
mehrere Erregerwicklungen angeordnet sein, die jeweils mit einem zentral- oder gegenüberliegenden
Pol in Wechselwirkung treten. Diese Spulen wären dann nacheinander einzuschalten,
gegebenenfalls mit verschiedener Erregung, so .daß sich dieselbe Wirkung erzielen
läßt wie mit dein Polrad, welches unter dem teils magnetischen, teils urimagnetischen
Wannenboden umläuft oder hin und her schwingt.