Elektrischer Lichtbogenofen

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Lichtbogenofen (1) mit insbesondere drei im Dreieck angeordneten Elektroden, (6-8) die von parallelen Tragarmen (9-11) gehalten sind. Zur Verminderung von Elektrodenbrüchen ist zumindest der Tragarm der am meisten bruchgefährdeten Elektrode mit einem Resonanzabsorber (14) bestückt, dessen Eigenfrequenz auf die Frequenz des Systems Tragarm / Elektrode für Nickschwingungen in der Ebene Tragarm / Elektrode abgestimmt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektrischen Lichtbogenofen, insbesondere zum Schmelzen von Stahl, mit einer oder mehreren, jeweils von einem Tragarm gehaltenen Elektroden.

[0002] Solche elektrischen Lichtbogenöfen werden in der Regel mit drei Elektroden bestückt und als Dreiphasen-Ofen betrieben. Nur für Sonderzwecke, z.B. zum Vorschmelzen von Schlacken für das Schlackenreaktionsverfahren, werden sie mit einer Elektrode bestückt und als Einphasen-Ofen betrieben.

[0003] Bei solchen öfen besteht ein seit langem bekanntes Problem darin, daß die Elektroden an der Einspannstelle am Tragarm brechen. Bei einem mit drei Elektroden bestückten Ofen betrug die Bruchrate 5 bis 10 Brüche im Monat. Nach Umstellung auf höhere Schmelzleistungen (höherer Strom) erhöhte sich die Bruchrate auf 30 bis 40 im Monat. Dabei war besonders die mittlere Elektrode gefährdet, d.h., bei einer Anordnung der Elektroden im Dreieck und bei einer Halterung der Elektroden an parallelen Tragarmen die Elektrode am mittleren, kürzeren Tragarm.

[0004] Ein möglicher Weg, die Bruchrate dadurch zu senken, daß die Tragkonstruktion versteift wird, ist wegen der damit verbundenen Erhöhung der Massen problematisch. Größere Massen erfordern nämlich auch einen verstärkten Antrieb zum Heben und Senken der Tragarmkonstruktion. Eine_^Verminderung der Bruchrate durch verbesserte mechanische Eigenschaften der Elektroden'stehen die damit verbundenen Mehrkosten gegenüber.

[0005] Zur Herabsetzung der Bruchrate von Elektrodenbrüchen ist ferner bekannt, an den Elektrodenarmen Schwingungsdämpfer vorzusehen. Diese Schwingungsdämpfer sind derart angeordnet, daß sie senkrecht zur gemeinsamen Ebene von Elektrode und Elektrodenarm auftretende Schwingungen dämpfen. Die Schwingungsdämpfer bestehen aus einer trägen Masse, die über Federn in einer mittleren Lage gehalten wird und deren Bewegung durch Dämpfungsmittel gedämpft wird. In einem Ausführungsbeispiel ist die träge Masse in einem mit Hydraulikflüssigkeit ausgefüllten Gehäuse angeordnet, während sie bei einem anderen Ausführungsbeispiel mit einer Reibungsbremse verbunden ist. In allen Fällen beruht die Dämpfungswirkung darauf, daß die von dem System Tragarm / Elektrode ausgehende und auf die träge Masse übertragene Schwingungsenergie in Reibungswärme umgewandelt wird. Eine solche Verminderung der Schwingungen des Systems Tragarm / Elektrode ist nicht besonders wirksam (DE-OS 2 837 741).

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Lichtbogenofen zu schaffen, bei dem die Bruchgefahr der Elektroden im Vergleich zu den herkömmlichen Lichtbogenöfen vermindert ist.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens auf dem Tragarm der am meisten bruchgefährdeten Elektrode ein Schwingungstilger angeordnet ist, der in seiner Eigenfrequenz auf die Eigenfrequenz des Schwingungssystems Tragarm / Elektrode für die Nick_-: schwingungen in der Ebene Tragarm / Elektrode abgestimmt ist.

[0008] Bei einem mit drei im Dreieck angeordneten, von untereinander parallelen Tragarmen gehaltenen Elektroden, von denen die äußeren Tragarme gleich lang und der mittlere verschieden lang ist, ist der Schwingungstilger auf dem mittleren Tragarm angeordnet.

[0009] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Elektrode und Tragarm als System derart schwingen, daß Nickschwingungen des Tragarms mit der Elektrode in der Ebene Tragarm / Elektrode auftreten. Diese Schwingungen werden durch Lichtbogenschwingungen (sogenannteFlickerschwingungen) angefacht. Dabei wirkt die Elektrode wie ein Hebelarm auf den Tragarm ein und wird an ihrer Einspannstelle am meisten auf Biegung beansprucht. Durch die Anbringung eines Schwingungstilgers am Tragarm werden die Eigenschwingungen derart gedämpft, daß die Schwingungsamplitude erheblich vermindert wird. Der Einsatz des Schwingungstilgers macht es überflüssig, die Konstruktion und den Antrieb der Tragarmkonstruktion zu versteifen oder die Elektroden aus einem mechanisch besseren Material herzustellen. Die Verminderung der Schwingungsamplitude des Systems Tragarm / Elektrode führt auch zu einer verminderten Belastung des Antriebs und der Führung der Tragarmkonstruktion, sowie der Tragarmkonstruktion selbst.

[0010] Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die Schwingungen besonders wirksam vermindert, weil die Verminderung nicht auf einer Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärmeenergie beruht, sondern darauf, daß der Schwingungstilger zu Schwingungen angeregt wird, die mit den Schwingungen des Systems Tragarm / Elektrode übereinstimmen, ihr aber entgegengerichtet sind. Diese Gegenphasigkeit der Schwingungen führt dazu, daß die anregenden Schwingungen durch die angeregten Schwingungen schon im Entstehen unterdrückt werden. Zur Ausbildung großer Amplituden kann es also nicht kommen.

[0011] Die Bruchrate kann bereits erheblich vermindert werden, wenn nur auf dem mittleren Tragarm ein Schwingungstilger angeordnet ist. Die Elektrode des mittleren Tragarms ist nämlich deshalb besonders gefährdet, weil die Schwingungen der Elektrode in der Ebene von Elektrode und Tragarm liegen, also in einer Ebene, in der die Konstruktion verhältnismäßig steif ist, währerddie Schwingungen der äußeren Elektroden, deren Schwingungsebene nicht mit der Ebene der Elektroden und der Tragarme zusammenfällt, teilweise durch Torsion der Tragarme aufgefangen werden kann.

[0012] Als Schwingungstilger eignen sich passive und aktive Schwingungstilger, aber auch Kombinationen von passiven und aktiven Schwingungstilgern.

[0013] Ein passiver Schwingungstilger besteht vorzugsweise aus einer Feder, einem dazu parallelliegenden Dämpfer und einer von der Feder und dem Dämpfer getragenen trägen Masse. Da die Verminderung der Schwingungen des Systems Tragarm / Elektrode nicht auf einer Dämpfungswirkung, also Umwandlung der Bewegungsenergie in Wärme beruht, sondern darauf, daß die anregenden Kräfte Gegenkräfte im Schwingungstilger aufbauen, ist der Schwingungstilger nicht auf einen Dämpfer angewiesen. Der Dämpfer hat nur den Zweck, die Resonanzstelle des Schwingungstilgers abzuflachen, so daß die Abstimmung des Schwingungstilgers auf das System Tragarm / Elektrode keiner großen Sorgfalt bedarf.

[0014] Ein besonders kompakt aufgebauter Schwingungstilger ist dadurch gekennzeichnet, daß die träge Masse einen Zapfen aufweist, der in einer ortsfesten Hülse geführt,ist, auf deren Außenseite die als Schraubenfeder ausgebildete Feder geführt ist. Die träge Masse kann topfförmig ausgebildet sein und die Feder umschließen.

[0015] Vorzugsweise trägt die träge Masse des Schwingungstilgers einen Schwingungsaufnehmer, der bei Überschreiten eines vorgebbaren Amplitudenwertes der Schwingungen der trägen Masse ein Abschaltsignal an die Stromzuführung zu der oder den Elektroden gibt. Durch das Abschalten der Stromzufuhr wird dem Aufschaukeln der Schwingungen zusätzlich entgegengewirkt.

[0016] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung bildet bei einem aktiven Schwingungstilger die träge Masse den Anker eines Elektromagneten, dessen Spule in Abhängigkeit von dem Stellsignal eines Schwingungsaufnehmers für Nickschwingungen des Systems Tragarm / Elektrode in der Ebene Tragarm / Elektrode derart angesteuert wird, daß der dadurch zu Schwingungen in der Ebene Tragarm / Elektrode angeregte Schwingungstilger am Tragarm Kräfte aufbaut, die den am unteren Ende der Elektrode wirksamen Erregerkräften des Lichtbogens entgegenwirken. Dabei kann der Schwingungsaufnehmer auf dem Tragarm, insbesondere auf der trägen Masse, angeordnet sein. Ein solcher Schwingungstilger gestattet eine Dämpfung der Schwingungen des Schwingungssystems über einen breiteren Frequenzbereich und in höherer Wirksamkeit als passive Schwingungstilger. In der Regel wird man bei einem aktiven Schwingungstilger auch die Merkmale des passiven Schwingungstilgers verwirklichen, um die magnetischen Kräfte möglichst klein zu halten. Auch kann, wie bereits oben erläutert, mittels eines Schwingungsaufnehmers bei Überschreiten eines bestimmten Amplitudenwertes der Schwingungen die Zufuhr des Stromes zu der oder den Elektroden für eine oder mehrere Stromphasen unterbrochen werden.

[0017] Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 einen Lichtbogenofen in schematischer Darstellung in Aufsicht,

Fig. 2 den Lichtbogenofen gemäß Fig. 1 mit der mittleren Elektrode in schematischer Darstellung in Seitenansicht,

Fig. 3 einen passiven Schwingungstilger im Axialschnitt und

Fig. 4 einen aktiven Schwingungstilger im Axialschnitt.

[0018] Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Lichtbogenofen 1 ist durch einen Deckel 2 verschlossen, in dem drei Öffnungen 3, 4, 5 für senkrecht nach unten, parallel zueinander und an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnete Elektroden 6, 7, 8 vorgesehen sind. Jeder Elektrode 6 bis 8 ist ein Tragarm 9, 10, 11 zugeordnet. Die Tragarme 9 bis 11 verlaufen parallel zueinander. Die beiden äußeren Tragarme 10, 11 sind gleich lang und länger als der mittlere Tragarm 9. Sämtliche Tragarme 9 bis 11 sind je an einem in der Höhe verstellbaren Ständer 12 gehalten. Diese Höhenverstellbarkeit ermöglicht, den Abstand der Elektrodenenden gegenüber dem Badspiegel 13 zu verändern.

[0019] An den freien Enden der Tragarme 9 bis 11 ist jeweils ein Schwingungstilger 14, 15, 16 angekoppelt. Der Schwingungstilger hat einen rotationssymmetrischen Aufbau. Der in Fig. 3 dargestellte Schwingungstilger besteht aus einem kreiszylindrischen Topf 17, einem zentralen Zapfen 18, einem Zapfen 18 und Topf 17 verbindenden Querhaupt 19, wobei die Teile 17 bis 19 die sogenannte "träge" Masse des Schwingungstilgers bilden, einer feststehenden Führungshülse 20 für den Zapfen 18, einer außen auf der Führungshülse 20 im Ringspalt zwischen Zapfen 18 und Topf 17 angeordneten Schraubenfeder 21 und stirnseitig den Topf 17 und den Zapfen 18 an eine Unterlage 22 ankopplenden Dämpfungskörper 23, 24. Die gesamte Einheit ist in einem Gehäuse 25 eingekapselt. Die die träge Masse des Schwingungstilgers bildenden Teile (hohlzylindrischer Topf 17, Zapfen 18, Querhaupt 19) und die Feder 21 sind in ihrer Eigenfrequenz auf die Eigenfrequenz des aus Tragarm 9 bis 11 und Elektrode 6 bis 8 bestehenden Schwingungssystems abgestimmt.

[0020] Durch die Wahl des Dämpfungsmaterials für die Dämpfungskörper 23/24 kann bei hohen Dämpfungswerten eine etwas breitbandigere Wirksamkeit des Schwingungsdämpfers erreicht werden.

[0021] Auf der trägen Masse 17 bis 19 des Schwingungstilgers 14 bis 16 oder den Tragarmen 9 bis 11 kann ein Schwingungsaufnehmer 26, 27 vorgesehen sein, der über eine Steuereinrichtung den den Elektroden 6 bis 8 zuzuführenden Strom derart steuert, daß beim Überschreiten eines vorgebbaren maximalen Wertes die Stromzufuhr für eine oder mehrere Phasen unterbrochen wird. Diese Stromunterbrechung bewirkt eine Bedämpfung des Systems.

[0022] An Stelle des oben beschriebenen passiven Schwingungstilgers kann ein aktiver Schwingungstilger oder auch eine Kombination aus passivem und aktivem Schwingungstilger entsprechend Fig. 4 vorgesehen sein. Der Grundaufbau eines solchen Schwingungstilgers entspricht dem des passiven Schwingungstilgers, wie ein Vergleich der Fig. 3 und 4 zeigt. Der aktive Schwingungstilger weist einen Elektromagneten auf, dessen Anker zumindest von einem Teil der trägen Masse, im Ausführungsbeispiel dem hohlzylindrischen Teil 17, gebildet ist. Dieses hohlzylindrische Teil 17 ist von einer elektrischen Spule 28 umgeben, die auf einer ortsfesten Führungshülse 30 angeordnet ist. Die Stromzufuhr zu der Spule 28 wird von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung gesteuert. Die Steuereinrichtung erhält ein Stellsignal von einem Schwingungsaufnehmer 29, der auf der trägen Masse 17 bis 19 angeordnet ist. Die Ansteuerung erfolgt damit in Abhängigkeit von den vom Schwingungsaufnehmer 29 aufgenommenen Schwingungen derart, daß der Schwingungstilger zu Schwingungen derart angeregt wird, daß über die Feder 21 und die Dämpfungskörper 23, 24 Kräfte am Tragarm 9 bis 11 aufgebaut werden, die den Erregerkräften am unteren Ende der Elektroden 6 bis 8 durch den Lichtbogen entgegenwirken.

[0023] Durch die Bestückung eines Tragarms 9 bis 11 mit einem Schwingungstilger 14 bis 16 wird die Resonanzspitze des Systems unterdrückt und eine Kurve erhalten, die zwei vor und hinter der Resonanzfrequenz liegende Amplitudenhöchstwerte mit wesentlich geringeren Absolutbeträgen als das unbedämpfte System hat. Das bedeutet, daß die Schwingungsbelastung des gesamten Systems und damit die Bruchgefahr der Elektrode vermindert ist.

Ansprüche

1. Elektrischer Lichtbogenofen, insbesondere zum Schmelzen von Stahl, mit einer oder mehreren jeweils von einem Tragarm gehaltenen Elektrode(n),
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf dem Tragarm (9) der am meisten bruchgefährdeten Elektrode (6) ein Schwingungstilger (14) angeordnet ist, der in seiner Eigenfrequenz auf die Eigenfrequenz des Schwingungssystems Tragarm / Elektrode (9/6) für Nickschwingungen in der Ebene Tragarm / Elektrode (9/6) abgestimmt ist.

2. Lichtbogenofen nach Anspruch 1, mit drei im Dreieck angeordneten, von untereinander parallelen Tragarmen gehaltenen Elektroden, von denen die äußeren Tragarme gleich lang und der mittlere Tragarm verschieden lang sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungstilger (14) auf dem mittleren Tragarm (9) angeordnet ist.

3. Lichtbogenofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,
daß jeder Schwingungstilger (14,15,16) unter einer Schutzhaube (25) angeordnet ist.

4. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwingungstilger (14,15,16) aus einer Feder (21), einem dazu parallelliegenden Dämpfer (23,24) und einer von der Feder (21) und dem Dämpfer (23,24) getragenen trägen Masse (17-19) besteht.

5. Lichtbogenofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ,
daß die träge Masse (17-19) einen Zapfen (18) aufweist, der in einer ortsfesten Hülse (20) geführt ist, auf deren Außenseite die als Schraubenfeder ausgebildete Feder (21) geführt ist.

6. Lichtbogenofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die träge Masse (17-19) topfförmig ausgebildet ist und die Feder (21) umschließt.

7. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß dem System Tragarm / Elektrode (9-11/ 6-8) ein Schwingungsaufnehmer (26,27,29) mit einem Stellsignalgeber zugeordnet ist, der bei überschreiten eines vorgebbaren Amplitudenwertes an die Stromzufuhr ein Abschaltsignal für eine oder mehrere Phasen gibt.

8. Lichtbogenofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die träge Masse (17,18,19) des Schwingungstilgers (14,15,16) einen Schwingungsaufnehmer (26) trägt, der bei Überschreiten eines vorgebbaren Amplitudenwertes der Schwingungen der trägen Masse (17,18,19) ein Abschaltsignal an die Stromzuführung zu der oder den Elektrode(n) (6,7,8) für eine oder mehrere Stromphasen gibt.

9. Elektrischer Lichtbogenofen, insbesondere zum Schmelzen von Stahl, mit einer oder mehreren, jeweils von einem Tragarm gehaltenen Elektrode(n), insbesondere nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß mindestens auf dem Tragarm (9) der am meisten bruchgefährdeten Elektrode (6) ein Schwingungstilger (14) angeordnet ist, dessen träge Masse (17,18,19) den Anker eines Elektromagneten bildet, dessen Spule (28) in Abhängigkeit von dem Stellsignal eines Schwingungsaufiehrers (27,29) für Nickschwingungen des Schwingungssystems Tragarm / Elektrode (9/6) in der Ebene Tragarm / Elektrode (9/6) derart angesteuert wird, daß der dadurch zu Schwingungen in der Ebene Tragarm / Elektrode (9/6) angeregte Schwingungstilger (14) am Tragarm (9) Kräfte aufbaut, die den am unteren Ende der Elektrode (6) wirksamen Erregerkräften des Lichtbogens entgegenwirken.

10. Lichtbogenofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet ,
daß der Schwingungsaufnehmer (27,29) auf dem Tragarm (9), insbesondere auf der trägen Masse (17-19) angeordnet ist.

Zeichnung