FI100679B - Tasavirtavalokaariuuni sekä menetelmä sen käyttämiseksi - Google Patents

Description

100679

TASAVIRTAVALOKAARIUUNI SEKA MENETELMÄ SEN KÄYTTÄMISEKSI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen tasavirtavalokaariuuni sekä mene-5 telmävaatimuksen mukainen menetelmä sellaisen valokaariuunin käyttämiseksi.

Metallisten aineiden sulattamiseksi valokaariuunissa, erityisesti tehokkaissa uuneissa, joita käytetään tasavirralla, vaaditaan suuria virran voi-10 makkuuksia ja nämä aiheuttavat vastaavassa määrin voimakkaiden magneettisten kenttien muodostumisen. Huomioon ottaen tasavirtavirtapiirin oikosulku valokaaren ylitse, sellaiset tasavirtavalokaariuunit ovat tunnettuja siitä, että niihin kuuluu tasasuuntausjärjestely, 15 joka on järjestetty sivuttain sulatusuuniastian viereen ja josta vaakasuorassa, matalammassa tasossa yksi tai useampia anodivirtajohtoja kulkee astian pohjan alta ylös sen keskelle niin, että sähkövirran virtaus sieltä tapahtuu pohja-anodin ja astiassa olevan sula-20 tettavan aineen ja valokaaren kautta astian kotelossa keskellä pidettävään katodiin ja jonka tukivarren avulla virtapiiri vastavirtauksessa on suljettu tasa-, suuntausvirtalähteeseen.

Tämä virransyöttö ja virran väliotto määrit-25 telee virtasilmukan, joka aiheuttaa tätä vastaan koh-tisuorassa olevan voimavaikutuksen, joka vaikka se ei • * · !*·/ vaikuta sulatusuuniin ulostyöntyvään kohtisuoralla • · ' • ·' tavalla siirrettävissä olevaan katodiseen elektrodiin, ·.· * vaan johtaa vastaavan valokaaren taipumiseen katodin 30 ja sulan kylvyn välillä. Valokaaren asymmetria, jossa taipunut valokaari tulee lähemmäksi astian seinämää kuin mitä keskeisen ohjauksen avulla on tarkoitettu, on suora syy sulatusuuniastian tulenkestävän vuorauksen lisääntyneeseen kulumiseen. Edellä mainitulla vir-35 ranjohtamisella mainittu sulatusuuniastian vuorauksen lisääntyneelle kulutukselle kriittinen ala on vastak- 100679 2 kaisesti sillä puolella tai kaukana siltä sivulta, josta tasavirtavalokaariuunin virransyöttö ja -poisto tapahtuu.

Ongelmien poistamiseksi esim. tunnetussa va-5 lokaariuunissa patenttijulkaisun US 4,821,284 mukaisesti kolmoisjohdinsilmukka on tiukasti yli kolme va-lokaarielektrodia, jotka on järjestetty keskeisesti pohjakeskustan ympärille ja tasakylkisen kolmion muotoon, mainittujen etusivuelektrodien kylvyn pinnan 10 yläpuolella katsoessa pohjaelektrodeja päin samassa rakenteessa. Siinä on vaakasuorat syöttö- ja poisto-tangot sulatusuunin alueen ylä- ja alapuolella.

Toisessa tunnetussa tasavirtavalokaariuunissa (DE 40 25 233) on ainoastaan yksi ainoa pohjaelektro-15 di, joka kulkee pohjan keskeltä ylös sulaan, mainitun elektrodin taas kerran ollessa vastakkain pystysuorassa suunnassa siirrettävää suhteessa sulatusuuniin keskeisesti asennetun katodin suhteen. Jotta valokaari voidaan stabilisoida sulatusuunin keskelle, johdetaan 20 neljä johdinta keskeisesti asennettuun anodiin sula-tusuuniastian alapuolelle kahdelta vastakkaiselta sivulta niin, että niiden kytkennät ovat joko toisiaan päin tai vuorotellen toisiaan päin.

Lopuksi tässä yhteydessä viitataan erääseen 25 tunnettuun tasavirtavalokaariuuniin (US 787,059), jossa sulatusuuniastian alempaa osaa käytetään virran • · ;.· i johtamiseen tasavirtavalokaariuunin keskellä sijaitse- viin anodisegmentteihin.

:Y: Perustuen tälle aikaisemmin tunnetulle tek- 30 nilkalle esillä olevalla, edellämainittua tyyppiä olevalla keksinnöllä tasavirtavalokaariuunia varten, on tarkoitus ratkaista ongelma tulenkestävän sulatusuuni-.. vuorauksen tasaisen kulumisen varmistamiseksi keskit- ' " tämällä valokaari uuninpohjan keskelle vaikka yksipuo- 35 lisessa virransyötössä ja -poistossa anodivirtajohtoja viedään sivuttain ylös sulatusuuniin myös suurilla virroilla.

100679 3

Keksinnön mukaisesti tämä ongelma on ratkaistu patenttivaatimuksessa 1 annetuilla tunnusmerkeillä.

Tämän ratkaisun edullisia sovellutusesimerkkejä on esitetty alivaatimuksissa.

5 Menetelmävaatimuksessa on tunnusmerkit, jotka karakterisoivat menetelmän, joka sallii sellaisen ta-savirtavalokaariuunin käyttämisen edullisella tavalla.

Perusta tälle ei ole keskeinen virransyöttö yhteen ainoaan pohjaelektrodiin, vaan virransyöttö, 10 joka on pintajaettu kylvyn pohja-alueella ja yhdistetty virtajohtoihin, jotka sivusuunnassa johtavat ylös sulatusuunin seinämään. Tätä tarkoitusta varten sulatusuunin alemmassa astiassa on neljä kvadranttia ja jokaiseen näistä on yhdistetty liitoslevy sivuttain 15 alemman astian teräsvaippaan, kvadranttien ollessa johtavasti yhdistettyjä sulatusuuninastian kautta.

Siten anodipuolen virransyöttö tapahtuu alemman astian kautta sen sivu-ulkoseinämästä astian pohjaan ja sieltä tulenkestävässä vuorauksessa anodilevyjen kautta 20 sulaan. Tällaisella virransyötöllä on yllättävästi osoittautunut olevan erityisen edullista, että vaihdellaan virranvoimakkuuksia johdoissa eri kvadrantteihin, jotta rinnakkaisvirtojen aiheuttamia magneettisia kenttiä ja näistä tuloksena olevia voimia alemmassa 25 astiaosassa on mahdollista vastustaa virtasilmukassa esiintyvillä voimilla syötön ja poiston kautta. Eri- • · :.· i tyisesti suurien virtojen tapauksessa valokaareen jär- : jestetty taipuma johtaa muuten vuorauksen ennenaikai- :Y: seen kulumiseen niissä kvadranteissa, jotka ovat kau- 30 empana tasasuuntausvirtalähteestä.

Koska osoitetun taipuman laajuus ei ole ainoastaan funktio virran voimakkuudesta, joka virtaa ta- .. savirtavirtapiirin läpi, vaan määräytyy myös olennai- • » sesti virtasilmukan geometrisen rakenteen mukaan tär-' ·' 35 keää osaa esittää myös tason, jossa johdot sulatusuu niin sijaitsevat, korkeusasento ja nimittäin koskien valokaaren korkeutta sulatusuunin keskellä. Keskeinen 100679 4 virransyöttö sulatusuunin pohjasta suojaa vain hyvin rajoitetulla alueella magneettisilta kentiltä, jotka syntyvät virtajohtimien ympärillä, kun taas sivulla oleva virtalähde antaa paljon suuremman suojausvaiku-5 tuksen. Teoriassa johtojen magneettikenttien vaikutus valokaariin voidaan minimoida sijoittamalla niitä suoraan valokaaren korkeudelle.

Keksinnön mukaisesti tässä on löydetty optimoiminen sillä tavalla, että virransyötöt johdetaan 10 ylös alemman astian seinämään sivusuunnassa lähelle valokaaren alle vaakasuoraan tasoon, so. keskeinen virransyöttö astian pohjan yli voidaan tässä välttää.

Tätä varten alemmassa astiassa on jokaista kvadranttia varten eri johto kytketyn liitoslevyn kautta, kvad-15 ranttien ollessa sähköisesti johtavasti yhdistetty astian seinämän kautta.

Esillä olevalle keksinnölle on tärkeää, että suunnitellun virranvoimakkuuden muunnoksen avulla eri johdoissa muodostuu lisämagneettikenttiä pohja-20 alueella rinnakkaisvirtojen kautta ja jotka koordinaatiossa suunnitellun magneettikenttien suojauksen kanssa johtojen ympärillä voi johtaa valokaaren ohjattuun oikaisuun alemman astian sivusuuntaisen terässeinämän uunin vahvikkeen vaikutuksesta.

25 Erityisissä tapauksissa voi myös olla edul lista järjestää vain kaksi virtalähdettä, joissa on • · j#| : kaksi tasasuuntausyksikköä tai useampia kuin neljä ·*·’: virtalähdettä useammalle kuin neljälle alemman astian • « kvadrantille. Täytyy aina varmistaa, että johtimia 30 syöttävä tasasuuntauksen muoto on asetettujen epäsym-metrisyyksien mukainen.

Menetelmän näkökulmasta katsoen tasavirtauu- .. nia käytetään aina sellaisella tavalla, että virta, • · ‘ joka virtaa eri virtalähteistä alemman astian kautta 35 pohja-anodiin, järjestetään valokaaren, joka muodostuu katodin ja sulan välille, taipuman funktiona. On erityisen edullista määritellä valokaaren taipuma sulan 100679 5 yläpuolella ja vastaavasti syöttää yksittäisiin johtoihin vastaavasti eri sähkövirtoja sen määrän mukaisesti, joka tapauksessa on saatu niin, että määrätty voima yhdessä tarvittavan lisämagneettikenttien kanssa 5 voidaan kohdistaa valokaareen sulatusuunin koko käytön aikana.

Voi myös olla edullista keksinnölle, että valokaari voidaan ohjata sulatusuunin keskustassa muuttamalla anodilaattojen järjestelyä sulatusuunin 10 alemman astian pohjassa ja niin sallia lisäoptimoimis- ta.

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää poikkileikkauskuvaa tasavirta-15 valokaariuunin läpi, kuva 2 esittää kytkentäkaaviota sulatusuunista, jossa on tasasuuntausvirtalähde toisella sivulla ja hohto ja tappikytkennät, kuva 3 esittää kuvaa kuvan 2 mukaisesti muun-20 nellusta sovellutusesimerkistä, jossa kvadrantit on esitetty taas kerran ylhäällä vasemmalla.

Niin kuin kuvasta 1 voidaan päätellä, tasa-virtavalokaariuuniin kuuluu alempi astia 5 ja tästä sähköisesti eristyksellä 7 eristetty ylempi astia 8.

25 Uuni on tavallisella tavalla vuorattu tulenkestävällä vuorauksella 2 ja pitää sisällänsä sulan 3. Grafiitti- • · ·.· elektrodi työntyy kuoren läpi pystysuorasti siirrettä- :***' vissä olevalla tavalla sisään uunin keskustaan ja muo- • · dostaa katodin 1 tasavirtavalokaarta varten ja pide-30 tään paikallaan ei-esitetyn elektroditukivarren 9 (kuvat 2 ja 3) avulla.

Alemman astian 5 pohja 20, samalla tavalla .. kuin sen ulkoseinämä, on muodostettu teräsohutlevystä, • * • ’ joka tavanomaisella tavalla on vuorattu lämpöeriste- 35 tyllä tavalla, sähkövirran virtauksen mainitun tulen kestävän vuorauksen 2 läpi ollessa yhtenäisesti jakautunut ' keskirenkaan muodossa astian pohjan kautta yli 100679 6 sulan 3 anodilaattojen 10 avulla. Teräsastia muodostaa ulomman, johtavan metallikuoren, joka koostuu astian pohjasta 20 ja uunin sivuseinämästä 21, joka niinkuin myöhemmin tullaan selostamaan, ei ainoastaan ole rat-5 kaiseva anodivirran syötön takia, vaan erityisesti magneettisten kenttien 13, joita syntyy virtalähteiden ympärillä uunin ulkopuolella, suojaamista varten. Virtalähde 6 johdetaan vesijäähdytettyjen putkien muodossa alemman astian ympäri pitkin uunin sivuseinämää 21.

10 Valokaari 8 muodostuu sulan 3 pinnan ja katodin 1 väliin, osa sähkövirran virtausviivoista sulassa 3 on esitetty numerolla 16 kuvassa 1.

Kuten kuvasta 2 voidaan nähdä, alemman astian 5 uunin seinämällä 21 kaikissa neljässä kvadrantin I -15 IV muodossa on liitoslevyjä 4 neljää sähköjohtoa 6 varten, jotka kulkevat vaakasuorassa tasossa valokaaren 8 alapuolella tasasuuntausvirtalähteisiin 11. Elektroditukivarsi 9, joka pitää katodia 1, on sijoitettu vaakasuoraan tasoon, joka sijaitsee uunin ylä-20 puolella, ja sulkee johdoista 6, liitoslevyistä 4, astian seinämistä 21, 20, anodilaatoista 10, valokaaresta 8 ja katodista 1 muodostuvan virtasilmukan tasasuuntausvirtalähteisiin 11.

Jakamalla virran voimakkuuksia erilailla nel- 25 jän kvadrantin I - IV yli, so. neljän johdon 6 yli, .... voidaan vaikuttaa valokaaren asentoon ja/tai taipu- • · :.· maan. Identtisen virranjaon tapauksessa voiman vaiku- • · · : \ tuksen tuloksena valokaari on alussa siirtynyt kohti- suoraan virtasilmukan magneettisia kenttiä vastaan 30 suunnassa poispäin tasasuuntauslähteistä 11, mikä johtaa tunnettuun, lisääntyneeseen tulenkestävän vuorauksen 2 poispalamiseen, erityisesti kvadranteissa II ja .. III tunnetun tekniikan tapauksessa. Lisättäessä virran • voimakkuutta kahdessa johdossa 6 liitoslaattoihin 4 _ 35 kvadranteissa II ja III kauempana tasavirtalähteistä 11 saadaan tasausvirta, joka on näytetty nuolilla 12 kuvass'a 2 ja joka tekee mahdolliseksi korjata edellä 100679 7 mainittu valokaaren taipuma, so. se voidaan taas johtaa keskeisesti uunin akseliin. Syy näihin tasoitus-virtoihin on lisääntynyt uunin anodisen puolen vastus verrattuna johtojen 6 alempaan sähköiseen vastukseen.

5 Tasausvirrat 12 ovat syynä lisämagneettikent- tien 15, joita on esitetty nuolilla kuvassa 1, syntymiselle, ja jotka kohdistavat voiman valokaareen, joka on suunnattu virtasilmukan taivuttavia voimia vastaan.

Tässä yhteydessä on tärkeätä, että erityisesti anodi-10 laatan 10 yhtenäinen virtalataus ei muutu tuloksena edellämainitusta vastussuhteesta verrattuna alemman astian 5 astian pohjan 20 tai seinämän 21 vastukseen, joka alempi astia yhdessä johtojen 6 kanssa voidaan pitää matalana.

15 Kuitenkin niin sanottu valokaaren 8 alusympy- rä ei voi vaikuttaa ainoastaan antamalla erilaisia virtavoimakkuuksia neljälle kvadrantille I - IV johtojen 6 kautta, vaan myös liitoslevyjen 4 paikallisten yhdistämisen kautta eri kvadranttien kanssa. Sellainen 20 muunnettu sovellutusesimerkki on esitetty kuvassa 3, jossa liitoslevyjen 4 geometrinen järjestelmä on sellainen, että suhteessa kuviteltuun keskiakseliin 22, joka kulkee uunin keskustan läpi elektrodin tukivarsi 9 johtaa tasasuuntausvirtalähteeseen 11, tuo ulompien 25 kvadranttien II, III levyt 4 asentoon tälle akselille, erilailla kuin kuvan 2 järjestelyssä, jossa liitosle-: i vyt 4 neljässä kvadrantissa joka tapauksessa katsovat ·1·1 toisiinsa diametraalisesti ja ovat siis käänteisesti • · orientoituneita 90° kulmassa.

* · 30 Liitoslevyjen järjestely voidaan saada aikaan uunia asennettaessa. Kuitenkin on myös mahdollista muuntaa tämä uunina käytettäessä, erityisesti kun ul-kouunin seinämä 21 on helposti luoksepäästävä.

I · ' ' Eri virranvoimakkuuksien asettaminen johtojen 35 6 kautta tehdään tasasuuntausvirtalähteiden 11 virta- säätimien asennuspisteiden avulla ja niitä voidaan tarpeen vaatiessa jatkuvasti muuttaa muutetun uunin- 100679 8 käytön mukaisesti. Virta, joka virtaa eri sähköjohdoissa 6 alemman astian 5 kautta pohja-anodiin asetetaan siten valokaaren 8 taipuman funktiona katodin 1 ja sulan 3 pinnan välissä niin, että valokaari on 5 suunnattu keskeisesti suhteessa uunin geometriaan.

« • · « « · · • · · · • · » • « · • « • » · • » • · · 1 ·

Claims (10)

100679 9

1. Tasavirtavalokaariuuni, johon kuuluu sula-tusastiajärjestely (5, 18), jossa on tulenkestävä vuoraus (2), joka ottaa vastaan sulatusastiajärjestelyn 5 (5, 18) , pystysuorasti siirrettävissä oleva katodinen elektrodi (1) , kannatettu sulatusastiakotelossa keskustassa ja jossa on vaakasuorassa ohjattu elektrodi-tukivarsi (9) ja anodipohjaelektrodijärjestely (4, 20, 21, 10) sähköisesti johtavan alemman astian (5) lähei-10 syydessä astian seinästä sulaan (3), virran syötön ja poistamisen tapahtuessa yhdellä sivulla johtoja (6, 9) kautta tasasuuntausvirtalähteeseen (11), joka on järjestetty sijoitettuna erilleen sulatusuunin viereen, tunnettu siitä, että 15 a) alempi astia (5) on yhdistetty useaan kvadranttiin (I - IV) johdoilla (6), b) jokaisen kvadrantin läheisyyteen on järjestetty liitoslevy (4) johtoja (6) varten alemman astian (5) sulatusuunin seinämään (21), 20 c) johdot (6), aivan valokaaren (8) alapuolella, kulkevat vaakasuorassa tasossa ylös sulatusuunin seinämään , d) sähkövirran paluu tapahtuu vaakasuoran elektroditu-kivarren (9) kautta, 25 e) sähkövirran voimakkuus alemman astian kvadrantteja . . (I, IV) varten tasasuuntausvirranlähteen (11) vieressä • · · j··/ tehdään matalammaksi kuin virtalähteiden jäljellä ole- • · · : ·' via kvadrantteja (II, III) varten.

·.· · 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valokaari- 30 uuni, tunnettu siitä, että liitoslevyjen (4) etäisyydet kvadranttipintoja (I - IV) varten ovat epäsäännöllisesti symmetrisiä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen valokaariuuni, tunnettu siitä, että liitoslevyt (4) 35 kvadranteissa (II, III) kauempana tasasuuntausvirran- 100679 10 lähteestä (11) on siirretty sulatusuu- nin/tasasuuntausjärjestelyn pituusakselia (22) päin.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valokaari uuni, tunnettu siitä, että virtalähteet (6) 5 johdetaan sivuttain ylös alemman astian (5) sulatusuunin seinämään (21), saaden aikaan niiden ympäri kerääntyneen lisäsuojauksen magneettikenttien (13) alemman astian (5) teräsvaipan avulla.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valokaari- 10 uuni, tunnettu siitä, että ainakin kaksi tasa- suuntausvirtalähdettä (11) johdetaan anodisesti ylös alempaan astiaan.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valokaari uuni, tunnettu siitä, että alempi astia (5) on 15 sähköisesti eristetty ylemmästä astiasta (6) ja käytetään virtaajohtavia tarkoituksia varten.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen valokaariuuni, tunnettu siitä, että sähkövirtojen summa johtojen (6) läpi kvadrantteihin (I,

20 IV) virtalähteen (11) vieressä on pienempi kuin sähkövirtojen summa kauempana olevien johtimien läpi kvadrantteihin (II, III) .

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen valokaariuuni, tunnettu siitä, että yksit- 25 täinen virran virtaus johtojen (6) läpi on jatkuvasti säädettävissä tasasuuntausvirtalähteen (11) virtasää-: timissä olevan asetuspisteen kautta.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukai- * · nen valokaariuuni, tunnettu siitä, että jokai-30 seen johtoon (6) on liitetty tasasuuntausvirtalähde (11) , joka on mitoitettu sellaisella tavalla että se vastaa tarpeellisten rinnakkaisvirtojen (12) asettamaa asymmetriaa.

10. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen 35 tasavirtavalokaariuunin käyttämiseksi, tunnettu siitä, että sähkövirtoja, jotka virtaavat erillisissä johdoissa (6) alemman astian (5) kautta pohja-anodiin 100679 11 (10, 20, 21) , säädetään keskiyläkatodin (1) ja sulan (3) välillä muodostuneen valokaaren (8) taipuman funktiona sellaisella tavalla, että johdot (6) on altistettu eri virtavoimakkuuksille, jotka suunnitellun 5 voiman tuloksena panevat liikkeelle lisämagneettikent-tiä valokaareen (8). • · • · • · · I ·1 • · · • · • « • « · 100679 12