DE608911C - Einrichtung zum selbsttaetigen Regeln elektrischer Lichtbogenoefen - Google Patents

Description

Es sind Regelvorrichtungen für die Elektroden elektrischer Dreiphasenöfen bekannt, bei denen die die Windwerke für das Auf- und Niedergehen der Elektroden antreibenden Elektromotoren selbsttätig geregelt werden.

Eine solche Regelung besteht darin, die Spannungen zwischen jeder Elektrode und dem Ofenboden untereinander gleich und auf einem bestimmten Wert zu halten. Dies wird durch die senkrechte Verschiebung der Elektroden mit. Hilfe von je einem Windwerk für jede Elektrode erzielt, das durch einen Elektromotor betätigt wird.
Die Aufgabe besteht somit darin, die Anker dieser Motoren, deren Erregung vom Elektrodenstrom unabhängig und konstant ist, mit einem Strom zu speisen, dessen Richtung und Stärke derart geregelt werden, daß die obenerwähnten Betriebsbedingungen stets erfüllt werden.

Es sind elektrische öfen bekannt, bei denen selbsttätige Regelvorrichtungen die Motoren steuern, welche die Windwerke zum Heben und Senken der Elektroden antreiben. Jeder Regler muß das Senken der entsprechenden Elektrode bewirken, wenn der durch die Elektrode hindurchgehende Strom zu gering ist, und er muß das Heben der Elektrode bewirken, wenn der Strom zu groß wird.

Einige bekannte Regelvorrichtungen werden über einen Stromwandler gespeist, der in der Zuführungsleitung einer Elektrode eingeschaltet ist. Diese Art der Speisung bewirkt eine gute Regelung während der normalen Arbeit des Ofens, d. h. wenn das Metall geschmolzen ist, jedoch kann sie nicht für das Anfahren des Ofens benutzt werden, bei welchem die Charge fest ist. In diesem Augenblick muß eine Handsteuerung betätigt werden, um das. Abbrechen der Elektroden zu verhüten. Der Strom, welcher in diesem Augenblick durch die Elektroden hindurchgeht, ist sehr gering, da die Berührung zwischen der Elektrode und der Charge nur durch die Metallstücke erfolgt, die mit der Elektrodenspitze in Berührung stehen. Dieser Strom ist nicht stark genug, um ein normales Arbeiten der Regelvorrichtungen zu gestatten. Wenn dagegen das Metall geschmolzen ist, erfolgt die Berührung zwischen dem Bad und der Elektrode auf der ganzen Oberfläche der Elektrode, und die Veränderungen der Stärke des Elektrodenstromes haben eine genügende Größe, um das Arbeiten der Regelvorrichtung zu sichern.

Man hat nun bereits vorgeschlagen, die Regel-Vorrichtung beim Anfahren von der Elektrodenspannung und beim Arbeiten vom Elektrodenstrom abhängig zu machen.

Endlich wurde bereits vorgesehlagen, für die Regelung der Elektroden eine Vorrichtung zu benutzen, bei welcher ein Motor Generatoren antreibt, deren Erregung vom Elektrodenstrom

abhängig ist und von denen jeder einen Windenmotor speist. Diese mit den Windenmotoren in Leonardschaltung befindlichen Generatoren besitzen zwei einander entgegenwirkende Erregerwicklungen, deren Arbeiten von einem Tirrillregler überwacht wird. * Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Einrichtung zum selbsttätigen Regeln der Elektroden elektrischer Lichtbogenofen, bei welcher ίο die je einen Windenmotor speisenden Generatoren, deren Erregung vom Elektrodenstrom abhängig ist, von einem gemeinsamen Antriebsmotor angetrieben werden. Die Erfindung besteht darin, daß ein Ausgleichsgenerator, der durch den gemeinsamen Mo.tor angetrieben wird, der Parallelschaltung der mit je einem Windenmotor in Reihe geschalteten Generatoren entgegengeschaltet ist.

Die Anordnung gemäß der Erfindung bietet gegenüber den bekannten Anordnungen die folgenden Vorteile:

Die Kraftlinien in den Feldmagneten der Generatoren haben stets konstante Richtung, wodurch die dem remanenten Magnetismus zuzuschreibenden Erscheinungen vermieden werden, die in den Generatoren, deren Feldmagnete von einem Kraftlinienfluß mit wechselnder Richtung durchflossen werden, die Wirkungsweise der Regelvorrichtung erheblich hindern und verzögern.

Außerdem ist bei der neuen Einrichtung kein Relais vorhanden, wodurch jede Verzögerung in- deren Arbeitsweise vermieden wird.

Dagegen ist die Schaltung der Erregung des Ausgleichsgenerators derart getroffen, daß dieser bis zu einem gewissen Grade die Wirkung des Reglers beschleunigt.

Ein weiteres an sich bekanntes Merkmal der neuen Vorrichtung ist folgendes: Beim Anfahren, wenn die Charge noch nicht geschmolzen ist, sind die Schwankungen in der Stromstärke der Elektrode sehr gering, jedoch haben die Schwankungen der Spannung ihren höchsten Wert. Der Unterschied der Spannung zwischen Elektrode und Ofenboden erreicht in der Tat seinen größten Wert, bevor die Elektroden die Charge berühren, und seinen kleinsten Wert, wenn die Berührung hergestellt ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist nun derart beschaffen, daß beim Anfahren die Erregung der die Motoren speisenden Generatoren durch die Änderungen in der Spannung beeinflußt wird. Zu diesem Zweck werden die ,; Erregerwicklungen in diesem Augenblick zwisehen die Elektroden und den Ofenboden geschaltet.

Bei normalem Betrieb, d. h. nach dem Schmelzen der Charge, wird die Vorrichtung .. durch, die Schwankungen des Stromes betätigt.

Zu diesem Zweck werden die Erregerwicklungen der Generatoren in diesem Augenblick zwischen die Transformatorklemmen und die Elektrodenklemmen geschaltet.

Bei öfen üblicher Art beträgt der Spannungs-"* abfall zwischen diesen Teilen annähernd 5 bis 10 Volt. Dieser Abfall wird in passender Weise ausgenutzt, z. B. mittels eines kleinen Hilfstransformators, um die Erregerwicklungen der Generatoren zu speisen.

Die spannungsabhängige Steuerung der Vorrichtung beim Anfahren verhindert, daß die Elektroden beim Anstoßen an die Charge abbrechen, während der Übergang auf die stromabhängige Steuerung beim Schmelzen der Charge die größte Genauigkeit gewährleistet.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung dargestellt.

Ein Motor a, beispielsweise ein Drehstromasynchronmotor, treibt vier Generatoren an, und zwar drei Generatoren g^l, g², g³ (einen für jedes Windwerk) und einen Ausgleichsgenerator e. Die drei Generatoren g¹, g², g^s speisen je einen Elektrodenhubmotor m\ m^z, m^s.

Der Ausgleichsgenerator e besitzt eine Fremderregung 20 und eine Reihenschlußerregung 22.

Die Fremderregung 20 wird von einer Gleichstromhilfsquelle 21 gespeist und kann durch einen Regelwiderstand r geregelt werden.

Die Reihenschlußerregung 22 kann durch einen Regelwiderstand r¹ geändert werden, weleher der Einstellung der Geschwindigkeit dient. Die Erregerwicklungen 23, 24, 25 der Generatoren g¹, g², g³ werden durch einen vom Elektrodenstromkreis abgezweigten und durch Lampengleichrichter 27 gleichgerichteten Strom gespeist.

Beim Anfahren des Ofens und bis zum Schmelzen des Metalls werden die Erregerwicklungen 23, 24, 25 der drei Generatoren durch einen Strom gespeist, der von der Span- xoo nung zwischen der jeweiligen Elektrode und dem Ofenboden abhängt, wobei die Abzweigungen sich zwischen jeder Elektrodenklemme und dem Boden befinden.

Sobald das Material zu schmelzen beginnt, wird durch einen Umschalter 28 die Abzweigung zwischen die Transformatorklemme 26 und die Elektrodenklemme geschaltet, so daß die Erregerwicklungen 23, 24, 25 durch einen Strom gespeist werden, der vom Elektrodenstrom abhängt.

Das Umschalten . der Erregung von der Spannung zwischen der jeweiligen Elektrode und dem Ofenboden auf eine Spannung, die proportional dem Elektrodenstrom ist, erfolgt von Hand ein einziges Mal für jeden metallurgischen Vorgang, und gleichzeitig erfolgt auch das Umschalten des Erregerstromes eines jeden Elektrodenmotors.

Die Motoren m¹, m², m³ der Windwerke sind zwischen die Generatoreng¹, g², g³ und den Ausgleichsgenerator e geschaltet.

Ist die Spannung an den Polklemmen der drei Generatoren g¹, g², g³ gleich der Spannung an den Klemmen des Ausgleichsgenerators, so fließt kein Strom durch die Motoren der Windwerke, und die Einstellung der Elektroden auf eine bestimmte Lage ist erreicht.

Bezeichnet man mit G₁, G₂, G₃ die Spannungen an den Klemmen der Generatoren, mit M₁, M₂, M₃ die Spannungen an den Klemmen der ίο Windenmotoren und mit E die Spannung an den Klemmen des Ausgleichsgenerators, so muß in jedem Augenblick die Bedingung erfüllt werden:

G₁

₁ = E ='G_a + M₂ = G₃+ M₃.

Diese Gleichung läßt sich auch wie folgt schreiben:

M₁ = E-G₁

M₂ = E — G₂

M₃ = E — G₃.

Hieraus ergibt sich folgendes:

1. Die Spannung an den Klemmen eines jeden Windwerkmotors hängt von zwei Spannungen E und G ab, von denen die eine, E, für die drei Elektroden gemeinsam ist und den Regelpunkt liefert und die andere, G, direkt von dem Elektrodenstrom abhängt.

2. Das Gleichgewicht ist hergestellt, d. h. der Regelpunkt ist bestimmt, wenn

oder

M₁ = M₂ = M₃ = O

G₁ — G₂ — G₃ = E ist.

Ist somit ein Wert durch die Spannung E bestimmt, so müssen die Spannungen G₁, G₂, G₃ sich derart verändern, bis die letzten Gleichungen erfüllt sind.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist somit folgende:

Will man die vom Ofen verbrauchte Energie,

d. h. die Länge des Lichtbogens, und damit auch den Regelpunkt verändern, so geht man von einer Gleichgewichtslage aus, für die M₁ = M₂ = M₃ = O ist.

Verstellt man den Regelwiderstand r der Fremderregung des Ausgleichsgenerators, so wird die Spannung an den Klemmen e auf einen Wert E' gebracht.

Das Gleichgewicht an den Klemmen der Windwerkmotoren ist aufgehoben, und diese setzen sich unter der Einwirkung des Spannungsunterschiedes in Bewegung, da M₁' = £'—G¹

für alle Phasen ist.

Die drei Elektroden werden sich somit in Bewegung setzen und z. B. steigen. Der Elektrodenstrom nimmt dann ab und gleichzeitig auch der Wert der Spannung G₁, der im Verhältnis zu diesem Elektrodenstrom steht, bis er den Wert G₁'' erreicht hat, so daß

M₁' = E'—G₁' ·= O,

das heißt bis

G₁' = E'

In diesem Augenblick ist das Gleichgewicht von neuem hergestellt, und die Bewegung hört auf.

Es wird bemerkt, daß in den vorstehenden Betrachtungen die Einwirkung der Reihenschlußerregung des Ausgleichsgenerators nicht berücksichtigt ist. Sobald nun aber ein Strom im Kreis des Ausgleichsgenerators unter dem Einfluß des Spannungsunterschiedes zwischen den Generatoren und den Windwerkmotoren entsteht, steigt die Spannung E' an din Klemmen der Generatoren in Wirklichkeit auf E", und M₁' wird demgemäß auch auf einen größeren Wert M₁" gebracht.

Die Einwirkung des Regelgenerators auf seinen Windwerkmotor wird somit verstärkt.

Bezeichnet man außerdem mit R₁ den Widerstand des Windwerkmotors m¹,

I₁ die Stromstärke, die in einem gegebenen Augenblick durch diesen Motor fließt,

C₁ die gegenelektromotorische Kraft des Motors, sobald er sich zu drehen beginnt, go so wird:

M₁ = R₁I₁ + C₁
oder

¹ ~~ ??

und demgemäß auch

4 =

M₂

C₂

M₃ - C₃

Der Gesamtstrom J = J₁ + I₂ + J₃ ist gerade derjenige, der den Wert der Spannung E' an den Klemmen des Ausgleichsgenerators auf den Wert E" bringt.

Wird nun die Spannung von E auf E' verändert, bevor die Motoren sich in Bewegung setzen, so ist

C₁ = C₂ = C₃ = O,
d.h.

T Σ^Μ

Sobald aber die Motoren umlaufen, d. h. sobald C₁ = C₂ = C₃> O, wird J gleich:

_ EM — EC

~ ITr '

d. h. kleiner als die vorhergehende.
Demgemäß ist die Einwirkung der Reihen-

Schlußerregung 22 des Ausgleichsgenerators die größte im Augenblick des Anfahrens der Windwerkmotoren und wird alsdann gedämpft, sobald die Bewegung begonnen hat. Nimmt man nun eine gegebene Gleichgewichtslage an, so bleibt die Wirkungsweise der eigentlichen Regelung zu³ untersuchen mit Bezug auf diese Gleichgewichtslage, d. h. in welcher Weise eine oder mehrere Elektroden von ihrer Gleichgewichtslage abrücken und selbsttätig wieder in die passende Lage gebracht werden.

Wird. z. B. die erste Elektrode verstellt und nimmt sie einen übermäßigen Strom auf, so wird die Erregung des entsprechenden Generators steigen, und die Spannung G₁ wird auf einen höheren Wert G₁' gebracht mit

G₁' > E.

Die Spannung an den Klemmen des Windenmotors m¹ nimmt dann einen Wert an:

M₁' = G_l'—E>M_v

Der entsprechende Umlaufstrom setzt, wie oben erklärt, den Motor m¹ in Bewegung, um die Elektrode wieder zu heben. In diesem Augenblick bewirkt die Reihenschlußerregung des Ausgleichsgenerators eine verstärkte Einwirkung des Generators g¹.

Jedoch wird der Überschuß an Strom des Generators e auch auf die Motoren m² und m³ im gleichen Sinne wie auf den Motor m¹ verteilt, und die beiden anderen Elektroden, die ebenfalls steigen, tragen auch zur Regelung bei. Nimmt man an, daß zwei oder drei Elektroden in der einen oder anderen Richtung verstellt sind, so wird der Strom, der durch den Generator e fließt, die Summe der Ströme sein, die auf die drei Motoren einwirken, und die Einwirkung dieses Generators wird im Verhältnis zum absoluten Wert dieses Stromes stehen.

Haben die drei Ströme gleiche Richtung, so

wird dieser absolute Wert hoch sein, und die Regelung wird rasch erfolgen. Es kann vor-

*5 kommen, daß dieser Strom gleich Null ist, wenn z. B. eine der Elektroden auf Kosten der ■ anderen mehr Strom aufnimmt. Die Regelung erfolgt in diesem Falle langsamer durch die alleinige Einwirkung der Generatoreng.

Schließlich kann entsprechend dem Zustand des metallurgischen Vorganges die Geschwindigkeit der Regelung durch die Betätigung des Regelwiderstandes r¹ veränderlich gestaltet werden.

Die Regelvorrichtung gibt somit den Elektroden eine um so schnellere Bewegung, je größer die zu erzielende Verschiebung ist. Außerdem ist die Kraft im Augenblick des Anfahrens die größte und wird alsdann schwäeher, wodurch die Rückkehr zum Gleichgewichtspunkt erleichtert wird.

Anderseits ist bei der beschriebenen Regeleinrichtung die Geschwindigkeit der Regelung sehr groß gegenüber anderen Regeleinrichtungen, bei denen durch den Generator eines jeden Windenmotors ein positiver oder negativer Strom erzeugt wird.

Die Einwirkung des remanenten Magnetismus auf die Anker der Generatoren erfordert dort erhebliche Veränderungen des Elektrodenstromes, um die Veränderung der Stromrichtung der Generatoren zu bewirken.

Dieser Nachteil besteht nicht beim Gegenstand der Erfindung, da ja die Generatoren stets im gleichen Sinne erregt sind.

Einer der Hauptvorteile der neuen Regeleinrichtung besteht darin, daß ein mit Hochspannung arbeitender Ofen geregelt werden kann, ohne daß in der Anlage eine große Selbstinduktionsspule angebracht werden muß, um die Wirkung der Kurzschlüsse zu begrenzen. Der Wirkungsgrad wird dadurch in erheblicher Weise vergrößert.

Diese Regeleinrichtung ermöglicht es außerdem, für die Elektroden den kleinsten Durchmesser zu wählen, der sich mit der benutzten Schmelzspannung verträgt, ohne daß ein Abbrechen der Elektroden zu befürchten sei, wodurch auch der Verbrauch an Strom auf das geringste Maß herabgesetzt wird.

Schließlich hängt die Empfindlichkeit der Regelung nur von den Reibungswiderständen der Windwerke und der Aufhängungen ab, die genügend klein bemessen werden können. Für den Fall einer zu großen Empfindlichkeit, durch die etwaige Schwingungen der Elektroden entstehen könnten, wird es genügen, einen Widerstand in den Stromkreis des Motors einzuschalten, um eine Dämpfung zu erzielen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum selbsttätigen Regeln der Elektroden elektrischer Lichtbogenöfen, bei welcher die je einen Windenmotor speisenden Generatoren, deren Erregung vom Elektrodenstrom abhängig ist, von einem gemeinsamen Antriebsmotor angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgleichsgenerator (e), der durch den gemeinsamen Motor (a) angetrieben wird, der Parallelschaltung der mit je einem Windenmotor (m¹, m²·, m^s) in Reihe geschalteten Generatoren (g¹, g^a, g³) entgegengeschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsgenerator (e) eine Fremderregung (20) und eine Reihenschlußerregung (22) besitzt, die durch je einen Regelwiderstand (r, r¹) einstellbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen (23, 24, 25) der Generatoren (g¹, g², g^s) derart durch einen vom Elektrodenstromkreis abgezweigten gleichgerichteten Strom gespeist werden, daß die Abzweigungen vom Anfahren bis zum Schmelzen des Metalls an die Elektrodenklemmen und den Ofenboden und nach dem Schmelzen des Metalls an die Elektrodenklemmen und die Transformatorklemmen angeschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen