Elektrischer Lichtbogenofen mit einer Sicherheitsvorrichtung und Verfahren zur Sicherung von Peripheriegeräten an

elektrischen Lichtbogenöfen

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Lichtbogenofen mit einer Sicherheitsvorrichtung nach dem Oberbegriff des

Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Sicherung von

Peripheriegeräten an einem elektrischen Lichtbogenofen nach Patentanspruch 4.

Elektrolichtbogenöfen werden bei der Herstellung von Stahl und anderen Metallen benutzt, um Schrott und andere

eisenhaltige Materialien beziehungsweise Nickel oder auch

Chrom einzuschmelzen. Häufig wird beim Einschmelzvorgang ein Teil der notwendigen thermischen Energie durch einen

Gasbrenner eingebracht, um den Einschmelzvorgang zu

beschleunigen, ohne die elektrische Anschlussleistung des Lichtbogenofens erhöhen zu müssen. Für das Einbringen von anderen Stoffen, wie zum Beispiel von Stäuben oder von

Sauerstoff zum Frischen der Schmelze, werden ebenfalls

Gaszuführungsrohre, sogenannte Lanzen oder Injektoren, benötigt. In einigen Fällen werden zusätzlich auch

elektrische Brenner, sogenannte Plasmabrenner, eingesetzt, um die notwendige Prozesswärme in den Ofen einzubringen. Aus Gründen der elektrischen Anlagensicherheit müssen alle diese sowie gegebenenfalls noch weitere Peripheriegeräte im

Außenbereich des Lichtbogenofens separat geerdet werden, um im Betrieb das Auftreten gefährlicher Berührungsspannungen an diesen Teilen und den zugehörigen Leitungen beziehungsweise Befestigungsstrukturen zu verhindern. Diese Peripheriegeräte mit ihren Leitungen und Befestigungsstrukturen liegen daher im Allgemeinen auf einem von der Ofenwand und insbesondere dem Schmelzgut unterschiedlichen elektrischen Potential.

Dadurch kommt es im Betrieb des Lichtbogenofens gelegentlich dazu, dass ein Teillichtbogen von der Schmelze,

beziehungsweise dem einzuschmelzenden Gut, oder einer der Lichtbogenelektroden auf diese Anlagenteile beziehungsweise Peripheriegeräte zündet und ein erheblicher Strom von

mehreren Kiloampere Amplituden über die Erdung abfließen kann. Insbesondere kann dies dadurch ausgelöst werden, dass einzuschmelzender Schrott im Schrotthaufwerk umfällt oder weggeschleudert wird und in die Nähe des Brenners oder der Lanze kommt, so dass ein Störlichtbogen zünden kann. Dies kann zu schweren Schäden an den genannten Peripheriegeräten führen. Daraus entsteht zudem ein erhebliches

Gefährdungspotential z.B. durch Dampfexplosionen im

Lichtbogenofen, wenn durch den Lichtbogenofen die

Kühlwasserführung der Brenner oder eines Panels durchbrochen wird und Kühlwasser in den Lichtbogenofen gelangt. Bisher wird daher der Wasserdruck und/oder die

Rücklauftemperatur von Kühlwasser aus den genannten

Peripheriegeräten oder aus einem Panel überwacht. Bei auftretenden Problemen wird der Ofen abgeschaltet und die Kühlwasserzufuhr abgedreht. Durch die genannten Methoden entsteht jedoch häufig eine relativ langwierige

Reaktionszeit, um auf entstehende Teillichtbögen zu

reagieren, was zu Schäden an den Peripheriegeräten führen kann. Ferner wird durch das Abschalten des Lichtbogenofens ein erheblicher Produktionsausfall herbeigeführt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektrischen Lichtbogenofen mit einer entsprechenden

Sicherheitsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Sicherung eines Lichtbogenofens bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik einen besseren Schutz von Peripheriegeräten darstellen. Ferner sollen die Ausfallzeiten des

Lichtbogenofens während des Prozesses minimiert werden.

Die Lösung der Aufgabe besteht in einem elektrischen

Lichtbogenofen mit einer Sicherheitsvorrichtung mit den

Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie in einem Verfahren zur Sicherung von Peripheriegeräten an einem elektrischen

Lichtbogenofen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4. Der elektrische Lichtbogenofen nach Anspruch 1 weist eine Sicherheitsvorrichtung sowie mindestens ein geerdetes

Peripheriegerät auf. Der Lichtbogenofen zeichnet sich dadurch aus, dass eine Erdungsleitung zu dem Peripheriegerät

vorgesehen ist, und dass zudem ein Strommessgerät zur Messung des Stromes an der Erdungsleitung vorhanden ist. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Schutzschalter, der in der Erdungsleitung angeordnet ist und daher eine Auslösezeit von weniger als 100 ms aufweist.

Es erfolgt somit eine kontinuierliche Überwachung des Stromes in der Erdungsleitung, wobei bei Auftreten eines

Teillichtbogens zwischen der Schmelze oder einem Schrottteil und dem Peripheriegerät dieser Strom in der Erdungsleitung naturgemäß sehr schnell ansteigt, wobei ein Auslösen des Sicherheitsschalters in weniger als 100 ms, bevorzugt in weniger als 10 ms, erfolgt. Somit wird die Erdung kurzzeitig, bevorzugt nur für weniger als eine Sekunde, unterbrochen, sodass der Teillichtbogen, der sich zwischen dem

Peripheriegerät und dem Schmelzgut kurzzeitig aufgebaut hat, sofort wieder erlischt. Hierdurch wird eine Gefährdung des Peripheriegerätes bereits in den Ansätzen unterbunden, da die zur nachhaltigen Schädigung notwendige Energiemenge nicht erreicht wird. Ein Abschalten des Gesamtlichtbogenofens kann unterbleiben .

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Strommessgerät bereits im Schutzschalter integriert ist, da so die Reaktionszeiten des Schutzschalters noch weiter verringert werden können.

Die Peripheriegeräte des Lichtbogenofens sind insbesondere eine Lanze, ein Injektor beziehungsweise ein Brenner, es können auch Kühlpanele des Lichtbogenofens durch die

erfindungsgemäße Vorrichtung geschützt werden.

Eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Peripheriegerät des Lichtbogenofens (2) ein elektrisch betriebener Plasmabrenner (10) oder -injektor ist, der als äußere Schicht eine elektrisch gegenüber den anderen Brennerteilen isolierte Metallhülle aufweist, wobei ausschließlich die isolierte Metallhülle mit der

Sicherungsvorrichtung elektrisch verbunden ist.

Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Verfahren zur Sicherung von Peripheriegeräten an einem elektrischen

Lichtbogenofen nach Patentanspruch 4. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Erdungsleitung an dem Peripheriegerät vorgesehen ist und ein Stromfluss durch die Erdungsleitung gemessen wird, um bei Auftreten einer

kritischen Stromstärke die Erdungsleitung durch einen

Schutzschalter innerhalb von 100 ms unterbrochen wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergeben sich dieselben Vorteile, die bereits bezüglich der Vorrichtung gemäß

Patentanspruch 1 beschrieben sind. Anhand der folgenden Figur soll eine beispielhafte

Ausgestaltungsform der Erfindung näher erläutert werden.

Hierbei handelt es sich um eine vereinfacht dargestellte allgemeine Ausgestaltungsform der Erfindung, die keine

Einschränkung des Schutzbereichs darstellt.

Die einzige Figur zeigt einen Lichtbogenofen mit

Peripheriegeräten und Sicherheitsvorrichtungen.

Ein Lichtbogenofen 2 weist eine Elektrode 14 auf, die durch eine Isolierung 20 in einer Decke 13 des Lichtbogenofens 2 in einen Innenraum 15 des Lichtbogenofens 2 eingeführt wird und zur Übertragung von elektrischem Strom zur Aufheizung von Schmelzgut 16 führt. Ferner sind verschiedene

Peripheriegeräte exemplarisch und schematisch eingezeichnet, hierbei handelt es sich zum einen um einen Gasbrenner 10, der zur zusätzlichen Aufheizung des Schmelzgutes 16 und zur

Überführung des Schmelzgutes 16 in die Schmelze 18 dient. Ferner ist schematisch eine Sauerstofflanze 20 dargestellt, die zum Einbringen von Sauerstoff in die Schmelze dient.

Sowohl der Brenner 10 als auch die Lanze 12 sind durch

Isolierungen in der gekühlten Decke 13 des Lichtbogenofens 2 eingeführt .

Die Peripheriegeräte, hier am Beispiel des Brenners 10 und der Lanze 12 veranschaulicht, sind gegenüber dem

Lichtbogenofen 2 elektrisch isoliert, weshalb sie aus

Sicherheitsgründen separat durch eine Erdungsleitung 4 geerdet sind. In der Erdungsleitung 4 beziehungsweise 4 ^λ ist eine Sicherheitsvorrichtung 3 beziehungsweise 3 ^λ vorgesehen, die in Form eines Schutzschalters 8 sowie einem integrierten Strommessgerät 6 ausgestaltet ist. Bei Auftreten eines, durch die gestrichelte Linie 11 zwischen dem Schmelzgut 16 und der Lanze 12 schematisch angedeuteten, Teillichtbogens 11 fließt ein erheblicher Strom durch die Erdungsleitung 4, der durch das Strommessgerät 6 detektiert wird und ein Öffnen des

Schutzschalters 8 in weniger als 100 ms, bevorzugt in weniger als 10 ms, bewirkt. Die Erdungsleitung 4, 4 ^λ wird somit innerhalb von wenigen Millisekunden aufgehoben und der

Teillichtbogen 11 bricht zusammen, bevorzugt bevor er sich vollständig aufgebaut hat. Somit wird eine Schädigung des Peripheriegerätes, in diesem Beispiel der Lanze 12, durch sofortige Unterbrechung der Erdungsleitung verhindert.

Die Erdungsleitung wird dabei bevorzugt nur kurzzeitig, also nur wenige Sekunden, unterbrochen, gerade ausreichend lang, damit der Störlichtbogen verlöschen kann, so dass keine

Primär- oder Sekundärschäden auf dem anderen Peripheriegerät auftreten können. Die Erdungsleitung 4 wird vorzugsweise in Nähe des Lichtbogenofens 2 mit dem entsprechenden

Schutzschalter 8 beziehungsweise der Sicherheitsvorrichtung 3 versehen. Im Störfall, also beim Auftreten eines

Störlichtbogens 11 gegen die gefährdeten Peripherieteile, wird der Lichtbogenstrom, der gegen Erde durch den

Schutzschalter 8 abfließt, innerhalb von wenigen

Millisekunden begrenzt und dann unterbrochen, wodurch

Primärschäden auch an einer Kühlmittelführung in der Decke 13 des Lichtbogenofens 2 vermieden werden, wodurch auch ein Aufschweißen dieser Kühlmittelführung, die in der Figur nicht näher dargestellt ist, vermieden wird. Hierdurch entsteht auch eine höhere Sicherheit bezüglich möglicher

Dampfexplosionen, die durch Austreten des Kühlwassers hervorgerufen werden könnten.

Es ist ferner zweckmäßig, dass der Schutzschalter 8

beziehungsweise die Sicherungsvorrichtung 3 insgesamt in der Erdungsleitung 4 so weit in Ofennähe angebracht ist, so dass im Betrieb keine Berührung der kurzzeitig nicht geerdeten Anlagenteile durch Personen möglich ist. Die Gaszuleitungen zu den Peripheriegeräten müssen zumindest über kurze Strecken von mindestens einigen Zentimetern ausreichend zur Isolation der entsprechenden Spannungen von einigen 100 V bis zu 1 kV isoliert zugeführt werden und außerhalb dieses Bereiches wieder berührungssicher geerdet werden.

Bezugs zeichenliste

2 Lichtbogenofen

3 Sicherheits orrichtung

4 Erdungsleitung

6 Strommessgerät

8 SchutzSchalter

10 Brenner

11 Teillichtbogen

12 Sauerstofflanze

13 gekühlte Decke

14 Elektrode

15 Innenraum

16 Schrott

18 Schmelze

20 Isolierung