DE2730884B2 - Elektrode für Lichtbogenöfen mit einem flüssigkeitsgekühlten Mantel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Lichtbogenöfen mit einem am Elektrodentragarm befestigten, flüssigkeitsgekühlte Metallteile enthaltenden Mantel und mit einem im Mantel axial verschiebbaren Kern, an dessen Spitze der Lichtbogen ansetzt und in den über einen Stromanschluß der Elektrodenstrom einleitbar ist

Elektroden dieser Art sind durch die DE-PS 9 76 617

bekannt geworden. Um die elektrische Energie möglichst konzentriert in den eigentlichen, im allgemeinen räumlich kleinen Bereich der Reaktionszone einzuführen und gleichzeitig eine unnütze Aufheizung der oberen Zonen des Ofens zu verhindern, wird der Elektrodenstrom über einen wassergekühlten Metall mantel zugeführt und erst am unteren Ende des Metallmantels über einen Stromring in den Kohlekern eingespeist. Der gekühlte Metallmantel schützt zum Beispiel den Deckel des Elektrostahlofens vor Zerstörung durch Überhitzung, während der Kohle!;em im Bereich der aus dem Metallmantel vorstehenden Spitze stärker belastbar ist. Die Axialverschiebung des Kohlekerns erfolgt über eine Gewindeverbindung. Zu diesem Zweck ist auf den Kohlekern ein Außengewinde aufgebracht, während der Stromring und eine Halte rung für den Kohlekern ein Innengewinde aufweisen.

Bei der bekannten Elektrode ist der flüssigkeitsgekühlte Metallmantel mit der den Elektrodenstrom liefernden Hochstromquelle elektrisch verbunden. Damit besteht die Gefahr, daß es zu Lichtbogenüberschlä-

⁴^ gen zwischen dem flüssigkeitsgekUhlten Metallmantel und dem metallischen Einsatz des Lichtbogenofens kommt, wodurch das Kühlsystem beschädigt werden und die austretende Flüssigkeit in das Ofengefäß gelangen kann. Es kann dann zu Explosionen kommen, die nicht nur eine Beschädigung des Ofens zur Folge haben.

Durch die US-PS 33 95 240 ist eine flüssigkeitsgekühlte Elektrode mit nicht verzehrbarer, wassergekühlter Spitze bekannt geworden, auf der der Lichtbogen durch ein Magnetfeld in Bewegung versetzt wird. Der Kern besteht aus einem den Elektrodenstrom führenden Leitungssystem für die Kühlflüssigkeit, das zur Erzeugung des Magnetfeldes im unteren Teil wendelförmig ausgebildet ist. Das Leitungssystem ist von einem Mantel umgeben, der ein weiteres gegenüber dem Olenraum durch Feuerfestmasse geschütztes Leitungssystem für Kühlflüssigkeit enthält. Das Leitungssystem des Elektrodenkerns ist mittels Manschetten aus Isoliermaterial und einer Querstange in einer vorgege benen Lage zum Mantel an diesem elektrisch isoliert befestigt.

Bei dieser Elektrode ist das den Lichtbogen in Bewegung versetztende Magnetfeld durch die Wendel

des Kühlsystems fest vorgegeben und erlaubt keinerlei Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse. Nach dem Zusammenbau der Elektrode ist auch die gegenseitige räumliche Zuordnung zum als Hitzeschild dienenden flüssigkeitsgekfihlten Mantel festgelegt, so daß die Kühlverhältnisse und der mechanische und thermische Schutz des Elektrodenkerns durch den Mantel nicht mehr den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden können. D'ierc Anordnung ist bei flüssigkeitsgekühlten Elektroden mit verzehrbarer Elektrodenspitze, die eine ι« laufende Nachjustierung sowohl des Magnetfeldes als auch des freiliegenden Teils der Spitze verlangen, nicht geeignet

Durch die US-PS 35 30 223 ist es bekannt geworden, bei einer verzehrbaren Elektrode eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorzusehen, durch das der Lichtbogen an der Elektrodenspitze in Bewegung versetzt wird und hierdurch ein gleicurnäßigerer Verbrauch und eine längere Lebensdauer der verzehrbaren Elektrode erreicht werden. Das Magnetfeld wird durch eine flüssigkeitsgekühlte Spule erzeugt, die die verzehrbare Elektrode im unteren Bereich umgibt und koaxial zur Elektrode verschiebbar ist. Durch die Axialverschiebung der Spule kann diese gegenüber der Spitze der verzehrbaren Elektrode justiert werden. Die -'"> Spule ist an einigen Rohren aufgehängt, die dur h den Deckel nach außen geführt sind.

Bei dieser Lösung liegt die Elektrode nahezu auf ihrer gesamten Länge frei und ist ungeschützt, und in der Tragkonstruktion können sich Schrott-Teile verfangen, i" die die Tragkonstruktion nicht nur mechanisch beanspruchen, sondern über diese auch Fehlerströme leiten, welche ein Aufschmelzen der Flüssigkeitsleitungen und ein Austreten der Kühlflüssigkeit zur Folge haben können. «

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrode der eingangs genannten Art so auszubilden, daß Lichtbogenüberschläge zwischen dem Mantel der Elektrode und dem metallischen Einsatz des Lichtbogenofens oder Fehlerströme über den Mantel, die das Kühlsystem « beschädigen können, vermieden werden; zugleich soll eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Bereich der Elektrodenspitze vorgesehen werden, deren räumliche Zuordnung zur Spitze des Kerns der Elektrode einfach justiert werden kann. «

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Stromanschluß oberhalb lies Mantels angeordnet ist, daß der Mantel gegenüber dem Kern elektrisch isoliert ist und die Isolation eine Isolierschicht zwischen dem Mantel und dem Kern umfaßt und daß im unteren Teil des Mantels eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrode ist die Magnetvorrichtung, sei es ein Dauermagnet oder eine Magnetspule, in dem nicht stromführenden, gekühlten Mantel ohne thermische oder elektrische Probleme leicht unterzubringen. Die räumliche Zuordnung zwischen dem Magneten und der Spitze des Kern, d. h. die optimale räumliche Lage der Elektrodenspitze in dem die Bewegung des Lichtbogens verursachenden Magnetfeld, kann durch Axialverschiebung des Kerns einfach justiert werden. Es kann damit je nach Verwendung eines permanenten oder fremdstromerregten Magneten auch bei unterschiedlichen Formen *>5 des Magnetfeldes leicht die optimale Lage der Spitze eingestellt und diese Lage dann zum Beispiel durch eine feste Verbindung zwischen den beiden Bauteilen festgelegt werden. Bei etwaigen Instandsetzungsarbeiten sind die einzelnen Teile der Elektrode gut zugänglich und im Falle eines Ersatzes brauchen immer nur die jeweils beschädigten Teile ersetzt zu werden.

Durch eine Gleitverbindung zwischen den beiden Bauteilen, d. h. zwischen Mantel und Kern kann eine laufende Änderung der gegenseitigen Lage ermöglicht werden. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn der den Elektrodenstrom führende Kern aus verzehrbarem Material gebildet ^:st, weil dann das Vorstehen der Spitze des Kerns aus dem den Kern schützenden Mantel optimal eingestellt und bei dem laufenden Abbrand der Elektrodenspitze auch laufend nachgestellt werden kann Durch die Isolierschicht zwischen dem den Elektrodenstrom führenden Kern und dem Metallteile enthaltenden Mantel läßt sich auf sehr einfache Weise eine elektrische Trennung des Mantels von dem den Elektrodenstrom führenden Kern erreichen, so daß es nicht mehr zu Lichtbogenüberschlägen oder Fehlerströmen zwischen dem Mantel und dem metallischen Einsatz des Lichtbogenofens kommen kann.

Die Erfindung wird durch zwei Ausführungsbeispiele anhand von 4 Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Elektrode teilweise in einem Längsschnitt längs der Schnittlinie I-I von F i g. 2;

Fig.2 den Querschnitt II-1I der Elektrode nach Fig.l;

F i g. 3 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt III von F i g. 1;

F i g. 4 den Längsschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Elektrode mit nicht verzehrbarer Elektrodenspitze.

Die flüssigkeitsgekühlte Elektrode 1 gemäß den F i g. 1 bis 3 enthält einen den Elektrodenstrom führenden Kern 2 und einen als selbständiges Bauteil ausgebildeten Mantel 3, der das Leitungssystem 4 für die Kühlflüssigkeit enthält Der Kern 2 besteht aus einem verzehrbaren Material, wie Graphit oder Kohle und ist wie die üblichen ungeschützten Graphit-Elektroden aus einzelnen durch Nippel 5 fest miteinander verbundenen Abschnitten 6,7 und 8 zusammengesetzt. Die Zuführung des Elektrodenstroms erfolgt in üblicher Weise über ein Hochstromrohr 9, das im oberen Bereich des Kerns 2, beispielsweise durch eine Manschette, mit diesem elektrisch verbunden ist. Mit 10 ist der von der Elektrodenspitze ausgehende Lichtbogen bezeichnet. Der das Leitungssystem 4 für die Kühlflüssigkeit enthaltende Mantel 3 ist an einem Elektrodentragarm 11 befestigt. Er kann auch von der Elektrodenhalterung gehalten werden. Das Leitungssystem 4 für die Kühlflüssigkeit ist im dargestellten Fall durch einen äußeren metallischen Hohlzylinder 12, einen inneren metallischen Hohlzylinder 13 und durch Trennwände bzw. Leitbleche 14 zur Bildung von Flüssigkeitskanälen zwischen den beiden Hohlzylindern 12 und 13 gebildet. Die Trennwände bzw. Leitbleche können wendelförmig zwischen den beiden Hohlzylindern angeordnet sein oder sich in axialer Richtung des Mantels erstrecken. Mit 15 oder 16 sind die Anschlüsse für den Zufluß und den Abfluß der Kühlflüssigkeit angedeutet.

Anstelle des in Fig. 1 dargestellten Leitungssystems können selbstverständlich auch andere Arten eines Leitungssystems insbesondere auch diskrete Kühlrohre, die beispielsweise käfigartig oder wendelförmig angeordnet sind, dienen.

An der dem Ofenraum zugewandten Außenseite des Leitungssystems 4 sind Vorsprünge 17 vorgesehen, die von einer Feuerfestmasse 18 überdeckt werden. Durch

die möglichst gleichmäßig am Umfang und in axialer Richtung verteilten Vorsprünge wird einerseits eine gleichmäßigere Kühlung der Feuerfestmasse und andererseits ein besserer Halt dieser Masse bewirkt. Zwischen dem den Elektrodenstrom führenden Kern 2 und dem Mantel 3 ist im vorliegenden Fall eine Isolierschicht 19 vorhanden, durch die das Leitungssystem 4 elektrisch gegenüber dem Kern isoliert wird. Eine elektrische Verbindung zwischen dem Leitungssystem 4 und dem Kern 2 ist auch über andere Wege vermieden. Damit können der Mantel 3 und der Tragarm 11 auf Erdpotential gehalten werden.

Da der Kern 2 und der Mantel 3 als gesonderte Bauteile ausgebildet sind, läßt sich ihre gegenseitige axiale Lage, also das Maß 20, um welches die Spitze des Kerns aus dem Mantel vorsteht, einfach den jeweiligen Erfordernissen anpassen und dann die gegenseitige Lage der beiden Bauteile zueinander fixieren. Im vorliegenden Fall ist der Kern aus einem verzehrbaren Material gebildet, das ein laufendes Nachstellen des Maßes 20 verlangt. Deshalb ist bei dem gewählten Beispiel der Kern 2 innerhalb des Mantels verschiebbar und es ist für den Kern 2 eine Haltevorrichtung vorgesehen, die gleichzeitig als Vorschub- und Führungsvorrichtung ausgebildet ist. Sie besteht aus drei gleichmäßig um den Kern 2 verteilten Rollen 21 bis 23, von denen die eine Rolle 21 mittels eines Antriebs 24 antreibbar ist und die beiden anderen Rollen 22 und 23 mittels Hydraulik-Zylindern 25 und 26 in radialer Richtung verschiebbar und an die Außenfläche des Kerns anpreßbar sowie in dieser Lage fixierbar sind. Die Haltevorrichtung ist gegenüber dem Leitungssystem 4 für die Kühlflüssigkeit elektrisch isoliert. Die Haltevorrichtung ist ebenso wie der Mantel 3 am Elektrodentragarm 11 befestigt. Zur Führung des Kerns innerhalb des Mantels 3 sind außerdem im unteren Bereich des Mantels drei gleichmäßig um den Kern verteilte und elastisch an diesen anpreßbare Führungen 27 vorgesehen. Diese sind zweckmäßigerweise gegenüber den Rollen 21 bis 23 um 60° längs des Umfangs versetzt. Im unteren Bereich des Mantels 3 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes in Form eines permanenten oder durch Fremdstrom erregten Magneten 28 vorgesehen. Durch das Magnetfeld des Magneten soll eine Bewegung des Lichtbogens auf der Spitze des Kerns bewirkt werden.

Vor Inbetriebnahme eines Elektro-Schmelzofens mit erfindungsgemäßen Elektroden wird zunächst das Maß 20, um das die Spitze des Kerns 2 aus dem Mantel vorsteht, mittels der Halte- und Vorschub-Vorrichtung eingestellt. Hierbei sind nicht nur die gewünschten Kühlbedingungen durch den Mantel, sondern auch die durch die Lage des Magneten 28 bestimmte Lage des Magnetfeldes zu berücksichtigen. Wenn beim Betrieb die Spitze des Kerns aus verzehrbarem Material langsam aufgebracht wird und sich damit das optimale Maß 20, um das die Spitze vorsteht, verkleinert, dann kann mittels der Vorschubvorrichtung schrittweise oder

ίο auch stetig der Kern weiter nach unten verschoben werden. Im gleichen Maß, in dem sich unten die verzehrbare Spitze des Kerns verbraucht, wird oben ein neues Stück mittels eines Nippels 5 angenippelt, so daß bei optimalen Betriebsverhältnissen keine Unterbre- ^ri chung zum Ersatz einer aufgebrauchten Elektrodenspitze erforderlich ist. Es bleiben keine Rückstände des verzehrbaren Kerns wie bei den bekannten Elektroden mit auswechselbarer, verzehrbarer Spitze.
F i g. 3 stellt vergrößert den Ausschnitt III von F i g. 1 dar, zeigt also im einzelnen die konstruktive Ausgestaltung einer der im unteren Bereich des Mantels 3 vorgesehenen, elastisch an den Kern 2 anpreßbaren Führungen 27. Die Führungen sind aus im Mantel 3 radial verschiebbaren zylindrischen Graphitelementen 29 gebildet, die durch eine Feder 30 gegen den Kern 2 gedrückt werden. Durch Isolierschichten 34 ist die gewünschte gegenseitige Isolation von Kern 2 und Mantel 3 gewährleistet, die es erlaubt, den Mantel auf Erdpotential zu halten.

jo Die in Fig.4 in einem Längsschnitt dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode unterscheidet sich von der in F i g. 1 dargestellten durch die Verwendung eines Kerns 31 und einer Elektrodenspitze 32 aus Metall anstelle eines verzehrbaren

J5 Materials. Auch hier führt der als Metallkörper ausgebildete Kern 31 den Elektrodenstrom und ist einschließlich seiner Spitze 32 gegenüber dem Mantel 3 elektrisch isoliert. Da die Spitze 32 als nicht verzehrbare Elektrodenspitze dient, muß sie gekühlt werden. Es ist deshalb ein zusätzliches Leitungssystem 33 innerhalb des Kerns 31 vorgesehen, das gegenüber dem Leitungssystem 4 des Mantels elektrisch isoliert ist und durch das die Spitze 32 des Kerns gekühlt wird. Nach einer Justierung des Maßes 20, um das die Spitze 32 des Kerns 31 aus dem Mantel 3 vorsteht, ist in der Regel eine weitere Axialverschiebung des Kerns innerhalb des Mantels entbehrlich, so daß in diesem Fall die Vorschubeinrichtung für den Elektrodenkern entfallen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patetitansprüche:

   I. Elektrode für Lichtbogenöfen mit einem am Elektrodentragarm befestigten, flüssigkeitsgekühlte Metallteile enthaltenden Mantel und mit einem im Mantel axial verschiebbaren Kern, an dessen Spitze der Lichtbogen ansetzt und in den über einen Stromanschluß der Elektrodenstrom einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der StromanschluB oberhalb des Mantels (3) angeordnet ist, daß der Mantel gegenüber dem Kern (2, 31) elektrisch isoliert ist und die Isolation eine Isolierschicht (19) zwischen dem Mantel und dem Kern umfaßt und daß im unteren Teil des Mantels eine Vorrichtung (28) zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen ist

   Z Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) ein gegenüber dem Ofenraum durch Feuerfestmasse (18) geschütztes Leitungssystem (4) für Kühlflüssigkeit en thai L

   3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Ofenraum zugewandten Außenseite des Leitungssystems (4) Vorsprünge (17) vorgesehen sind, die von der Feuerfestmasse (18) überdeckt werden.

   4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Elektrodenstrom führende Kern (2) aus einem verzehrbaren Material, wie Graphit, Kohle oder dergleichen, besteht.

   5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Elektrodenstrom führende Kern (31, 32) nicht verzehrbar als Metallkörper ausgebildet ist, von dem wenigstens die Spitze (32) zusätzlich wassergekühlt ist.

   6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (4) des Mantels (3) einen äußeren und einen inneren metallischen Hohlzylinder (12 und 13) und wenigstens eine Trennwand (14) bzw. ein Leitblech zur Bildung von Flüssigkeitskanälen zwischen den beiden Hohlzylindern enthält.

   7. Elektrode nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (4) des Mantels (3) aus Kühlrohren bzw. Kühlkanälen gebildet ist.

   8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel als Kühlkanäle enthaltender Graphitkörper ausgebildet ist.

   9. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitkörper auf der dem Ofenraum zugewandten Oberfläche mit einer Feuerfestmasse beschichtet ist.

   10. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Mantels (3) bzw. am Elektrodentragarm (11) eine als Vorschub- und Führungsvorrichtung ausgebildete Haltevorrichtung (21 bis 26) für den Kern (2, 31) vorgesehen ist.

   I1. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß über die Haltevorrichtung dem Kern (2,31) der Elektrodenstrom zuführbar ist.

   12. Elektrode nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung eine oder mehrere um den Kern (2,31) verteilte Rollen (21 bis 23) enthält, von denen wenigstens eine (21) mittels eines Antriebs (24) antreibbar und wenigstens eine (22, 23) in radialer Richtung verschiebbar (25, 26) und an die Außenfläche des Kerns (2,31) anpreßbar ist

   13. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß im unteren Bereich des Mantels um den Kern (2, 31) verteilte Führungen (27) vorgesehen sind, von denen mindestens eine (29, 30) an diesen anpreßbar ist

   14. Elektrode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die Führungen aus im Mantel (3) radial

   in verschiebbaren Graphitelementen (29) gebildet sind, die durch eine Feder (30) gegen den Kern (2) gedrückt werden.