Schunk, Eckart (Am Gansbruch 35A, D�sseldorf, D-4000, DE)
| 1. | Verfahren zum Einschmelzen von Schrott, bei dem Drehstrom über Thyristoren zu Gleichstrom gerichtet und über eine Kathode, über in einem metallurgischen Gefäß befindliches Material und eine als Anode ausgebildete Bodenelektrode geleitet wird, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Kraftstrom über eine Gruppe von mindestens zwei Thyri¬ storen geführt wird, die von individuell veränderbaren Steuerströmen gesteuert werden, und daß der die negative Polarität aufweisende Kraftstrom über eine gemeinsame Kathode und der die positive Polari¬ tät aufweisende Kraftstrom unabhängig voneinander vom Boden des Ge¬ fäßes über mindestens zwei Anoden dem Schmelzgut zurückgeführt wird. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Steuerströme in Abhängigkeit vom Gesamtsekundärstrom eingestellt wer¬ den. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rege¬ lung der Steuerströme je Brücke in Abhängigkeit der aktuellen Wand¬ temperatur erfolgt. |
| 4. | Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung der Steuerströme in Abhängigkeit des zeitlichen Ver¬ laufs der Chargierung erfolgt. |
| 5. | Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung der Steuerströme in Abhängigkeit der Schlackenströme auf dem Schmelzbad erfolgt. |
| 6. | Gleichstromlichtbogenofen mit einer in das Ofengefäß hineinragenden als Kathode ausgebildetenElektrode und mindestens zwei Bodenelektro¬ den sowie nach den Ansprüchen 1 bis 5 vorgesehenen Verfahren steuer¬ baren Gleichrichtern, die über Stromleitungen mit den Elektroden ver¬ bunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichter (40) min¬ destens zwei 6pulsige ThyristorSätze (41, 42) eingesetzt werden,. |
| 7. | Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilkreis einen Durchmesser (d) von 0,3 bis 0,6 des Ge¬ fäßdurchmessers (D) aufweist. |
| 8. | Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilkreis asymmetrisch zur Ofenachse angeordnet ist. |
| 9. | Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 8 oder 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Teilkreismittelpunkt auf einer Achse Transforma¬ tor (50)/Ofenmitte in einem Abstand zur Kathodenmittenachse (I) bis zu maximal dem halben Teilkreisdurchmesser (d) liegt. |
| 10. | Gleichstrαnlichtbogenofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß 2, 3, 4 von 6pulsigen ThyristorenGruppen (41, 42) pro Trans¬ formator (50) als Gleichrichter (40) zum Einsatz kommen, deren po¬ sitiver Lastausgang über separate Stromleitungen (23, 24) zu den einzelnen Bodenelektroden (31, 32) geführt werden. |
| 11. | Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei ThyristorenSätze (41, 42) auf eine gemeinsame Bodenelektrode (31) geführt werden. |
| 12. | Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitungen (23, 24) zu denBodenelektroden (31, 32) eine Länge (a) von größer 2 m lotrecht von dem Boden (12) des Ofenge¬ fäßes (11) geführt werden. |
| 13. | Gleichstromlichtbogenofen nach einem der o. g. Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Stromzufuhrleitungen (22 bis 24) Kupfer und uminium ist. |
| 14. | Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strαnzuftihrleitungen (22 bis 24) Hohlräume zur Durchleitung eines Fluids aufweisen. GEÄNDERTE ANSPRÜCHE [beim Internationalen Öüro am 12. Oktober 1992 (12.10.92) eingegangen, ursprüngliche Ansprüche 114 durch geänderten Ansprüche 19 ersetzt (2 Seitenjj 1 Glei chs roml ichtbogenofen mit einer in das Ofengefäß hine nragenden als Kathode ausgebildeten Elektrode und mindestens zwei Bodenelektroden sowie steuerbaren Gle chrichtern, die über Stromleitungen mit den Elektroden verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Glei hr chter (40) mindestens zwei 6pulsige ThyristorSä ze (41, 42) eingesetzt werden, daß die Bodenelektroden (Anoden 31, 32) auf einem gemeinsamen Teilkreis senkrecht zur Kathodenmi tenachse (I) angeordnet si nd , daß jeweils zwei Bodenelektroden (31, 32) den gleichen Abstand (d/2) zur Kathodenmittenachse (I) aufweisend gegenüberl egend vorgesehen sind und daß die Stromleiter (22) zu der Kathode (39) und die Stromleiter (23, 24) zu den Bodenelektroden (31, 32) in einer gemeinsamen Ebene (A) geführt sind. |
| 15. | 2 Gleichs romlichtbogenofen nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Teilkreis einen Durchmesser (d) von 0,3 bis 0,6 des Gefäßdurchmessers (D) aufweist. |
| 16. | 3 Gleichs romlichtbogenofen nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Teilkreis symmetrisch zur Ofenachse angeordnet ist. |
| 17. | 4 Gle chs roml chtbogenofen nach Anspruch 3 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Teilkreismittelpunkt auf einer Achse Transformator (50) / Ofenmitte in einem Abstand zur Kathoden ttenachse (I) bis zu maximal dem halben Te lkreisdurchmesser (d) liegt. |
| 18. | 5 Gle chs romlichtbogenofen nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, daß 2, 3, 4 von 6pulsigen ThyristorenGruppen (41, 42) pro Transformator (50) als Gleichrichter (40) zum Einsatz kommen, deren positiver Lastausgang über separate Stromle ungen (23, 24) zu den einzelnen Bodenelek roden (31, 32) geführt werden. |
| 19. | 6 Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jeweils zwei ThyristorenSätze (41, 42) auf eine gemeinsame Bodenelektrode (31) geführt werden. |
| 20. | 7 Gleichstromlichtbogenofen nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die S romleitungen (23, 24) zu den Bodenelektroden (31, 32) eine Länge (a) von größer 2 m lotgerecht von dem Boden (12) des Ofengefäßes (11) geführt werden. |
| 21. | 8 Gle chs romlichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Werkstoff der Stromzufuhrle tungen (22 bis 24) Kupfer und Aluminium ist. |
| 22. | 9 Gleichstroml chtbogenofen nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stromzufuhrlei ungen (22 bis 24) Hohlräume zur Durchleitung eines Fluids aufweisen. |
Die Erfindung betrif t ein Verfahren zum Einschmelzen von Schrott in einem Gleichstromlichtbogenofen und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.
Bei Gleichstro Uchtbogenöfen erfolgt die Stromzufuhr üblicherweise durch Gleichrichter bzw. Thyristoren-Sätze, die an einer Seite des Ofens angeordnet sind. Durch die zum Ofen führenden Stromleiter wird infolge der magnetischen Felder eine Ablenkkraft auf den Lichtbogen ausgeübt. Folge dieser Kraft ist die Schrägstellung des Lichtbogens von der Kathode in Richtung Anode, im wesentlichen von der Seite weg, von der die Strom¬ zufuhr erfolgt.
Durch diese Schrägstellung des Lichtbogens erfolgt eine ungleichmäßige Strahlung und damit ein asymmetrischer Verschleiß des Feuerfestmaterials in der Schlackenzone und eine lokale Überhitzung der sich oberhalb der Schmelze befindenden Ofenwand bzw. wasserführenden Zustellung. In der be¬ trieblichen Praxis hat sich gezeigt, daß die Auswirkungen der Strahlung eines ungeschützten Gleichstromlichtbogens erheblich größer ist als bei bekannten Drehstromanlagen. Das liegt daran, daß der Gleichstromlicht¬ bogen bei gleicher Leistung des Ofens ca. 3mal länger als bei vergleich¬ baren Drehstromofenanlagen ist. Der radialen Sy metrierung des Gleich ¬ stromlichtbogenofens kommt damit eine besondere Bedeutung zu.
Aber auch durch die Beschickung des Ofens mit Schrott kann beim Ein¬ schmelzen des Schrottes die Ofenwand unterschiedlich belastet werden. Wenn beispielsweise an einer Seite sich leichter Schrott befindet, der während des Schmelzvorganges früher eingeschmolzen wird, oder sich an einer Stelle kein Schrott befindet, werden in der Nähe befindende Ab¬ schnitte der Ofenwand über längere Zeit stärker bestrahlt. Eine solche Bestrahlung durch den Lichtbogen im Vergleich zu Ofenabschnitten, die durch ungeschnolzenen Schrott geschützt werden, wirkt sich negativ hin¬ sichtlich des Wandverschleißes aus. Neben zusätzlichen Strahlungs- und Wärmeverlusten wirkt sich die Strahlung auch hinsichtlich der Schmelz¬ geschwindigkeit ungünstig aus.
Aus der DE-OS 3007879 ist ein mit Gleichstrom betriebener Lichtbo- genofen bekannt, bei dem am Gefäß an dem Teil des Ofenmantels, wo die Zuleiter zu dem Bodenkontakt und evtl. zu einer Elektrode verlaufen, ein Blechabschnitt aus ferromagnetischem Material angeordnet ist.
Aus EP 0255 793 ist ein Gleichstromelektroofen bekannt, bei dem zur Absctermung der durch die Leitung erzeugten Magnetfelder unterhalb des Ofens metallische Platten mit verhältnismäßig hoher magnetischer Perme¬ abilität vorgesehen sind.
Die Maßnahmen aus beiden genannten Schriften zeigen nicht nur wenig Wirkung, sondern sie gestalten die Ofenkonstruktion komplizierter und verteuern die Herstellkosten des.Ofengefäßes.
Aus der DE-OS 3205270 AI ist ein Glei(±stromlichtbogenofen bekannt, der zur Verhinderung unerwünschter seitlicher Ablenkung des Lichtbogens durch eine im einzelnen vorgegebene Leitungsführung im Bereich des Tragarmes und des Ofengefäßes eine symmetrische Stromzufuhr zu errei¬ chen versucht. Die vorgeschlagene Strcmführung erfordert ein hohes Maß an kostenträchtigem Kupfermaterial und schränkt darüber hinaus die Zu¬ gänglichkeit des Ofens in unerträglichem Maße ein.
Aus der EP 0225 200 Bl ist eine Vorrichtung zur Versorgung von zwei elektrischen Lasten mit Gleichstrom mittels einer Gruppe gesteuerter
, Gleichrichter bekannt, die wenigstens zwei elektrische, eine gemein¬ same Polarität aufweisende Lasten speist und eine Gruppe gesteuerter
'.. Gleichrichter pro Last umfaßt, wobei jede der Brückenschaltung, die sich auf einer Seite befinden, welche von der Seite der gemeinsamen Polarität abgewandt ist, durch eine individuelle Regelung gesteuert wird. Die ge¬ steuerten Gleichrichter sind dabei parallel an einer gemeinsamen Wech¬ selstromversorgung in Graetz-Brückenschaltung angeschlossen. Am Ofen¬ gefäß sind drei Kathoden und drei am Boden des Ofengefäßes angeordnete Anoden vorgesehen. Diese Vorrichtung hat den Nachteil in der Verwendung von drei Elektroden, womit thermisch hoch und niedrig beaufschlagte Zo¬ nen erzeugt werden. Die Magnetfelder der Zuleitungen erzeugen eine Ab¬ lenkung der Lichtbögen zur Ofenmitte. Eine Anregung zur Einflußnahme auf die Lichtbogenform ist dieser Schrift nicht zu entnehmen.
Die Erfindung widmet sich dem Problem der Beeinflussung des Lichtbogens beim Gleichstromlichtbogenofen. Sie hat sich zum Ziel gesetzt, mit ein¬ fachen Mitteln aktiv das Brennverhalten des Lichtbogens zu beeinflussen und die metallurgisch mögliche Leistungseinbringung zu erreichen.
Die Erfindung löst diese Probleme durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 2 und des Vorrichtungsanspruchs 6.
Erfindungsgemäß werden die Bodenelektroden mit unterschiedlichem Strom angesteuert. Mindestens zwei Bodenelektroden sind dabei in der Weise an¬ geordnet, daß sie auf einem Teilkreis in einer Ebene vorgesehen sind, die die Stromzuleitungen bis hin zur Stromversorgung umfaßt. Der Schrägstel¬ lung des Lichtbogens, die im wesentlichen von der Seite weg erfolgt, an der sich die Stromzufuhr befindet, kann nunmehr aktiv entgegengewirkt werden. Durch die Ansteuerung der verstellbaren Thyristoren kann die Stromhöhe jeder einzelnen Bodenelektrode nahezu beliebig eingestellt werden. Dabei kann auf verschiedene Regelgrößen zurückgegriffen werden, etwa auf die Tem- peratur der Gefäßwand, den aktuellen Char ierZeitpunkt, oder auf den Warm ¬ haltewert der Schmelze, u. z. in Abhängigkeit der sich «berhalb der Schmel¬ ze befindenden Schlackenhöhe.
Durch den Einsatz von Thyristoren kann eine 6-pulsige, eine 12-pulsi- ge oder 24-pulsige oder noch höhere Gleichrichtung des Stromes erfolgen. Eingesetzt werden in Abhängigkeit von der Trafoausfürirung bzw. der Schalt¬ gruppe der Thyristoren 2, 3, 4, 6, 8, 9 Bodenelektroden. Durch die An¬ ordnung der als Anode ausgebildeten Bodenelektroden. Durch die Anordnung der als Anode ausgebildeten Bodenelektroden auf einem Teilkreis außer¬ halb des Zentrums der Kathode, kann bei höherer Anzahl der Anoden der Lichtbogenstrahl in beliebige Richtungen in vorgebbarer Größe abgelenkt werden. Sicher und mit hoher Genauigkeit können so TJhsj-πmetrien des Licht-r- bogens korrigiert werden.
Auf die Unterbindung der Uns-yrnmetrie wird in Abhängigkeit des Gesamt¬ stromes Einfluß genommen, d. h. bei kleinen Strömen nur geringe und bei großen Strömen größerer Einfluß auf die Unterbindung der unsyir-rnetrie.
Bei Vorgabe des Gesamtstromes aller beteiligter Elektroden können bei re¬ lativen Unterschieden der individuell angesteuerten Anoden einzelne Strö¬ me einen höheren als den mittleren Wert annehmen.
Die Anoden sind auf einem Teilkreis angeordnet, der einen Durchmesser von 0,3 bis 0,6 des Gefäßdurchmessers aufweist und symmetrisch zur Ofen¬ achse angeordnet ist. In einer vorteilhaftenAusgestaltung wird der Teil- kreismittelpunkt auf einer Achse Transformator/Ofenmitte angeordnet. Durch diese Maßnahme wird bereits durch die Lage der Anoden ein positi¬ ver Einfluß auf die Syππietrierung des Lichtbogens genommen, der dann mit elektrischen Maßnahmen fein abgestimmt werden kann.
Die Stromleitungen sind vorzugsweise aus Kupfer und uminium gefer¬ tigt. Sie können von einem Kühlmedium durchströmt werden und erlauben damit hohe spezifische Stromdichten.
Die Thyristoren selbst sind als Drehstrom-Brückenschaltung aufgebnaut und weisen damit eine kompakte sowie robuste Bauweise auf. In vorteil¬ hafter Weise erfolgt die Regelung der Steuerströme in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Chargierung. Hierbei kann die Stromstärke an die Schrottart und die Schrottverteilung angepaßt werden, beispielsweise beim Vorhandensein von unregelmäßig verteilten festen und im Vergleich zu den
übrigen großen Schrottstücken.
Ein Beispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargelegt. Es zeigen: Fig. 1 Schema einer 12-pulsigen Gleichrichtung bei 2 Bodenelektroden, Fig. 2 Schema einer 12-pulsigen Gleichrichtung bei 4 Bodenelektroden, Fig. 3 Schema einer 24-pulsigen Gleichrichtung bei 4 Bodenelektroden, Fig. 4 Skizze der Stromzuführungseinrichtiing.
In den Figuren 1 bis 3 ist schematisch ein Gleichstromlichtbogenofen 10 dargestellt, der ein Gefäß 11 aufweist, das mit Schmelze 13 gefüllt ist. Im Gefäßboden 12 des Gefäßes 11 sind Bodenelektroden 30 angeordnet, u. z. die Anoden 31, 32 bzw. 31 bis 34.
Die Energieversorgung 20 erfolgt über eine Drehstromzuleitung 21, die über einen Schalter 27 mit der primärseitigen Leitung verbunden ist. Die primärseitige Leitung 25 weist eine Meßeinrichtung 26 und einen Erdungs¬ schalter 29 auf.
Die Fig. 1 zeigt eine Anlage mit einem Trafo 51, bei dem der Strom durch Thyristoren-Sätze 41, 4212-pulsige gleichgerichtet zwei Bodenelektroden 31, 32 zugeführt wird. Die Anoden 31, 32 sind dabei über die Laststrom¬ leitungen 23, 24 mit den Thyristor-Sätzen 41, 42 verbunden und weisen je¬ weils eine Drossel 28 auf. Die Thyristorensätze 41, 42 sind über eine Last- stromkathodenleitung 22 mit der Kathode 39 verbunden.
Die Fig. 2 zeigt zwei Trafos, die über vier Thyristoren-Sätze 41 bis 44 den Strom 12-pulsig gleichrichten und vier Bodenelektroden 31 bis 34 je¬ weils über die Laststromleitungen 23, 24 verbunden sind. Jede Laststrom ¬ leitung 23, 24 besitzt eine Drossel 28. Die Thyristoren-Sätze 41 bis 44 sind über die Laststromkathodenleitung 22 mit der Kathode 39 verbunden.
Die Fig. 3 weist einen Transformator 51 auf, der mit Thyristor-Sätzen 41 bis 44 verbunden ist, die den Strom 24-pulsig gleichrichten. Die Thyri¬ storen-Sätze 41 bis 44 sind über Laststromanodenleitungen 23 mit Boden¬ elektroden 31 bis 34 verbunden und besitzen jeweils eine Drossel 28.
Die Kathode 39 ist über die Laststromleitungen 22 mit den Thyristor- Sätzen 41 bis 44 verbunden.
Die Fig. 4 zeigt ein Ofengefäß 11, in das eine Kathode 39 hineinragt. Die Kathode 39 ist über die Laststromkathodenleitung 22 mit nicht wei¬ ter dargestellten Gleichrichtungseinrichtung (Thyristor-Brücken 40, Transformatoren 50) verbunden, zu der Drehstromleitungen 21 führen. Se- kundärseitig sind noch Laststromleitungen 23, 24 vorhanden, die zu den am Gefäßboden 12 angeordneten Elektroden 31, 32 geführt werden.
Die Anoden 31, 32 sind dabei auf einem Teilkreis mit einem Durchmesser d im Gefäßboden 12 mit dem Ofengefäßdurchmesser D.
In der Fig. 4 ist eine Ebene A dargestellt, die das Ofengefäß 11 mittig schneidet und durch die Kathodenmittenachse I führt. Die Stromzu- und -abfUhrungen erfolgen über die Laststromleitungen 22 bis 24, die in ihrem Gesamtverlauf in der Ebene A angeordnet sind. Die Laststromanodenleitun- gen 23, 24 sind dabei lotrecht vom Gefäßboden 12 bis zu einem Abstand b weggeführt, um dann seitlich in der Ebene A zu den Thyristor-Brücken 40 geführt zu werden.