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Elektroden-Lichtbogenofen Die sogenannten elektrischen Universalöfen
lassen sich für verschiedene Herstellungszweige verwenden. Dies wird bei den modernen
Öfen dadurch erzielt, daß man verschiedene Ofenwannen unter der gleichen Anordnung
von Elektroden und Zinken, die bei jeder beliebigen Art von Herstellung des Gutes
unverändert bleibt, ersetzt und austauscht. Diese Öfen aber verfügen nur über eine
einzige elektrische Betriebsart, da sie mit ein- oder dreiphasigem Strom gespeist
werden. Sie können daher nicht wirtschaftlich und ausnahmslos für alle die verschiedensten
elektrothermischen Herstellungsarten (Schmelzen, Raffinieren, Reduzieren) verwendet
werden.
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Der Elektroden-Lichtbogenofen gemäß der Erfindung ermöglicht nun ganz
allgemein die Anwendung für alle elektrothermischen Herstellungsarten; zu diesem
Zweck fügt man der elektrischen Einrichtung eines Ofens für Speisung mit Dreiphasenstrom
eine elektrische Einrichtung für Speisung mit einphasigem oder Gleichstrom mit leitender
Ofensohle hinzu. Im Falle der Einrichtung für einphasigen oder Gleichstrom werden
die drei Aufhängungszinken der Elektroden, die für gewöhnlich bei dreiphasiger Speisung
des Ofens gebraucht werden, mechanisch miteinander verbunden und zugleich so geregelt,
daß sie eine einzige Zinke bilden, die eine einzige Elektrode trägt, und daß der
gewöhnliche Betrieb des Ofens mit leitender Sohle hergestellt wird.
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Für die beiden Einrichtungen werden dieselben Stromzuführungen zu
den Elektroden, die von den Zinken getragen werden, benutzt.
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Der Ofen ist von vornherein mit Stromableitungen für die leitende
Sohle versehen, die aber nur bei Speisung mit einphasigem oder Gleichstrom gebraucht
werden.
Der Dreiphasentransformator ist so eingerichtet, daß er
alle Schaltungen erlaubt, die dazu bestimmt sind, außer den vom Kommutator gelieferten
Spannungen, einen sehr weiten Spannungsbereich zu ergeben.
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Die Elektroden für die Schmelzerei, die Raffination und die Reduktion
können aus Graphit oder amorpher Kohle bestehen oder besser nach Art der Söderbergschen
Elektroden gebaut sein, wie sie in Stahlwerken üblich sind. Jedoch soll für Dreiphasenstrom
die Söderbergsche Elektrode, wie üblich, mit Platten ausgestattet werden.
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Die Zeichnungen stellen eine Ausführungsform der Erfindung dar.
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Abb. 1, 2 und 3 zeigen einen Ofen, der mit Dreiphasenstrom gespeist
wird, zum Schmelzen.
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Abb. i ist eine Ansicht des Ofens in senkrechtem Schnitt, Abb. 2 ein
Grundriß und Abb. 3 ein senkrechter Schnitt rechtwinklig zu dem der Abb. i ; Abb.4
und 5 sind Ansichten entsprechend denen der Abb. i und 2 und zeigen den Ofen mit
Dreiphaseneinrichtung zur Reduktion; Abb. 6, 7 und 8 sind Ansichten, die in derselben
Reihenfolge den Abb. 1, 2 und 3 entsprechen und einen mit Einphasenstrom betriebenen
Ofen mit leitender Sohle für Reduktion oder Schmelzung zeigen; Abb. g und io zeigen
eine Seitenansicht und einen Grundriß einer Vorrichtung zur mechanischen Verbindung
der waagerechten Zinkenarme für den Betrieb des Ofens mit Einphasenstrom; Abb. ii
ist teilweise eine Seitenansicht, teilweise ein Grundriß, und Abb. 12 ist ein Grundriß
des Kranzes zum Aufhängen der Söderberg-Elektrode bei Betrieb mit Einphasenstrom;
Abb. 13 zeigt im Grundriß die Stromzuleitungen zur Elektrode und die Stromzuleitungen
zur Sohle bei einem Betrieb des Ofens mit Einphasenstrom und mit leitender Sohle;
Abb. 14 ist eine Ansicht des Ofens in senkrechtem Schnitt und Abb. 15 eine Einzelansicht
in vergrößertem Maßstabe, von der Seite gesehen zu Abb. 1q..
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Der in den Zeichnungen dargestellte Elektrodenofen ist ein Ofen mit
beweglicher, auf einem Wagen b angebrachter Wanne a. Bei Öfen mittlerer Leistung
von etwa 2ooo kW empfiehlt es sich, den Wagen wegzulassen und einfach an den Wannen
Henkel vorzusehen, um sie auf der Drehbrücke zu bedienen.
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Die drei Zinken c, die je mit einem waagerechten Arm cl versehen sind,
der eine der drei Elektroden d trägt, sind jede mit einem hydraulischen Antriebsmechanismus
c2 ausgestattet zur unabhängigen Regelung der Höheneinstellung der einzelnen Elektroden
d, wenn es sich um einen Betrieb mit Dreiphasenstrom handelt (Abb. i bis 5). Die
Leitungen, die den Elektroden d den Strom zuführen, sind mit e bezeichnet. Der Ofen
ist mit einem Rauchfang f mit Öffnungen f l versehen, der durch umlaufendes
Wasser in den Rohren f 2 gekühlt wird, wodurch jegliches Werfen des Bleches verhindert
wird. Dieser Rauchfang kippt mit dem Ofen, ohne daß an der Einrichtung etwas geändert
zu werden braucht, dank der Vorrichtung f3, die aus einer mit Asbesttuch überzogenen
Schnecke aus Spezialstahl besteht und gestattet, den Kippbewegungen der Ofenwanne
a zu folgen. Diese Vorrichtung ermöglicht es, Staub aufzufangen oder den Rauch zu
waschen.
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Zur Speisung des Ofens mit Einphasen- oder Gleichstrom verbindet man
mechanisch (s. Abb. g und 1o) die drei Zinken c miteinander, so daß sie eine Einheit
bilden. Zu diesem Zweck sind Schienen m angebracht, eine über und eine unter den
waagerechten Armen e1 der Zinken c, und diese Schienen werden an den waagerechten
Armen mit starken Bolzen in' angeschraubt.
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Die Stromleitungen e1, e2, e3, e4, e3, es, die vorzugsweise
die Form von Röhren haben, um zugleich dem Zuleiten von Kühlwasser dienen zu können,
sind zu zweit parallel und über je einen Arm cl angeordnet und parallel geschaltet.
Die Leitungen endigen an den Platten g, die den Strom der einzigen Elektrode D zuführen.
Wie in Abb. 6 bis 8 dargestellt ist, sind sechs Verteilungsplatten rings um die
Elektrode vorhanden. Da drei Zinken vorhanden sind, so dienen die beiden rohrförmigen
Leiter (e1, e2, e3, e4, e5, e') einer Zinke gleichzeitig für den Eintritt
und den Austritt des elektrischen Stromes und des Kühlwassers. Auch könnte eine
andere Zahl dieser Platten entsprechend einem Vielfachen von drei vorgesehen sein;
wenn es neun Platten wären, so wäre vorzuziehen, drei rohrförmige Stromzuleitungen
anzuordnen, damit jedes Rohr einer Kontaktplatte der Einphaseneinrichtung mit Söderbergscher
Elektrode entspreche.
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Die Zahl der Leitungen und Platten hängt von der Leistung des Ofens
ab und ist nur beispielsweise angegeben.
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Bei Verwendung einer Söderberg-Elektrode mit Kontaktplatten g wird
der Aufhängekranz der Elektrode D (Abb. ii und 12) selber von den waagerechten Armen
cl der drei untereinander befestigten Zinken c getragen; die hydraulischen Antriebsmechanismen
c2 der Zinken werden bei der Einrichtung für einphasigen oder Gleichstrom durch
ein und denselben Verteiler oder Regler gespeist, um die Höhenstellung des einzigen,
die Elektrode tragenden Armes zu regeln.
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Dieser Aufhängekranz la der Elektrode D trägt den Lüfter k1,
der reine Luft in die Ummantelung der Elektrode bläst und einen der Auftriebskraft
der Gase überlegenen Gegendruck schafft, damit sich kein Staub auf der Söderbergschen
Zwinge absetzt.
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Dieser Kranz la ist mit den waagerechten Armen cl der Zinken vereinigt
durch Stützen lag aus Gußstahl, die einerseits an Ansätze 1a3 des Kranzes, andererseits
an das isolierte Ende der Arme cl angeschraubt sind.
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Abb. 13 bis 15 zeigen eine Vorrichtung zum praktischen Aufbau des
Ofens mit leitender Sohle, bei dem man, um die elektrischen Verluste und die Zahl
der Kabelverbindungen möglichst gering zu halten, in die Kohle der Ofensohle symmetrisch
verteilte, teilweise gekühlte Anzapfstellen einkittet.
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e1, e2, e3, e4, e5, e `' stellen ferner die Leitungen zur Elektrode
il, i2, i3, i4, i5, i' die Leitungen zur Sohle und il, j2, j 3 die Anschlußstellen
an der Sohle aus
Bronze dar. Diese liegen in Verkleidungen k aus
Eisenblech, die von der Ofenwanne a getragen werden. Die Verkleidungen sind mit
gepulverter Tonerde oder Kieselsäure gefüllt, um jeden Zutritt von Luft zur Sohle
zu verhindern. Wie in Abb. 15 dargestellt ist, sind die Leitungen j3, i', die mit
dem Sohlenstück j 2 verbunden sind, nahe ihrem unteren Ende zwischen Paaren von
Knaggen i l eingespannt, die an der Sohle festsitzen. Die Leiter sind rohrförmig,
um zugleich Kühlwasser durchleiten zu können. Die Stromkreise zur Speisung der Sohle,
die symmetrisch angeordnet sind, um die Reaktanz zu verringern und den Strom gleichmäßig
in der Sohle zu verteilen, werden sorgfältig verlegt und ausgeführt, damit die Spannungsabfälle
trotz der Länge der verschiedenen Stromkreise an den Abzapfstellen der Sohle überall
gleich sind. Zu diesem Zweck bestimmt man genau die einzelnen Querschnitte und die
Längen der Leitungen, die die Sohle mit Strom versehen; man gibt den kürzeren Leitungen
einen kleineren Querschnitt als den längeren.
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Vom Transformator werden die nach der Sohle gehenden Leitungen
i von einer Zinke l getragen (Abb, 7), die das Anschließen an die
aus Kupfer oder Aluminium bestehenden Stromzuführungsleitungen gestattet. Statt
einer Zinke kann man auch mehrere vorsehen.
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Die Nutzleistung des Ofens hängt ab von den Querschnitten der Elektroden,
von den Widerständen der Stromzuleitung zu den Elektroden sowie von der Leistung
des gewählten Transformators. Dieser wird, wie üblich, als Fünfsäulentransformator
ausgeführt oder in Form von drei Einphasentransformatoren, so daß bei derselben
Lichtbogenspannung die Leistung erhalten bleibt, ob die Einrichtung auf Drei- oder
Einphasenstrom abgestellt ist. Bei Einphasenstrom geschieht die Speisung mit der
Spannung zwischen zwei Phasen; *enn aber diese Anordnung eine Gleichgewichtsstörung
im Netz hervorruft, so ist es leicht, das Gleichgewicht im Dreiphasennetz mit Hilfe
von Kondensatoren und Resonanzkreisen wiederherzustellen. Dieser Transformator und
seine Niederspannungsklemmen müssen darauf eingerichtet sein, einen sehr weiten
Spannungsbereich, z. B. 3o bis 25o Volt und mehr, zu geben.
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Der beschriebene Ofen gestattet es, indem man von der Dreiphasen-
zur Einphaseneinrichtung übergeht, genau dieselben Kabel zur Speisung des Ofens
beizubehalten, gleich welche Einrichtung gewählt wird, eine große Einfachheit zu
erzielen und die Reaktanzverluste durch Symmetrie und genaue ParalleIschaltung der
einzelnen elektrischen Stromkreise auf das geringste Maß zurückzuführen.
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Außer einem Dreiphasenbetrieb für Schmelzen, Raffinieren und Reduzieren
und einem Einphasenbetrieb mit Söderbergschen Elektroden kann der beschriebene Ofen
auch mit Einphasenstrom mit Elektroden in Reihenschaltung betrieben werden. In diesem
Fall wird die Mittelelektrode nicht eingebaut, und es werden nur zwei Säulen des
Transformators benutzt.
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Die Erfindung ermöglicht es also, alle Herstellungsarten der neuzeitlichen
Elektrothermie (Schmelzen, Raffinieren, Reduzieren) in einem einzigen Ofen unter
Verwendung von Gleichstrom, einphasigem Wechselstrom mit leitender Sohle oder mit
in Reihe geschalteten Elektroden oder von dreiphasigem Wechselstrom mit Elektroden
aus Graphit oder. Kohle nach S ö d e rb e rg auszuführen.