DE2845367C2

DE2845367C2 - FlUssigkeitsgekühlte Halterung für die Spitze einer Elektrode eines Lichtbogenschmelzofens

Info

Publication number: DE2845367C2
Application number: DE2845367A
Authority: DE
Inventors: Emil Dr.-Ing. Elsner; Rudolf Dr.-Ing. Kasper; William E. Dr.-Ing. Cleveland Ohio Schwabe (V.St.A.)
Original assignee: Korf & Fuchs Systemtechnik 7601 Willstaett GmbH; Korf and Fuchs Systemtechnik GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Germany GmbH
Priority date: 1978-10-18
Filing date: 1978-10-18
Publication date: 1981-01-22
Also published as: GB2036517A; ATE43T1; CA1131278A; DE2845367B1; MX146063A; EP0010305B1; JPS5557295A; AR220782A1; DE2960277D1; BR7906676A; US4291190A; EP0010305A1; ES485398A1; GB2036517B

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Halterung für die Spitze einer Elektrode eines Lichtbogenschmelzofens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Flüssigkeitsgekühlte Halterungen dieser Art, die den oberen Teil einer Lichtbogenelektrode mit verzehrbarer oder nicht verzehrbarer Elektrodenspitze bilden, sind beispielsweise durch die DE-OS 15 65 207 bekanntgeworden. Um das metallische Kühlsystem dieser Halterung gegenüber der Strahlungs- unü Konvektionswärme des Lichtbogens sowie gegenüber den Gasen im Lichtbogenschmelzofen zu schützen, ist ein das Kühlsystem mit Abstand umgebender rohrförmiger Hitzeschirm aus sehr hitzefestem Material, wie Keramik, vorgesehen. Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit der keramischen Umhüllung kann diese mit einer Drahteinlage versehen sein.

Beim Einsatz der Elektrode in einem Lichtbogenschmelzofen, in dem beispielsweise Schrott eingeschmolzen wird, kann es beim Einfahren der Elektrode oder auch durch Schrotteinstürze während des Betriebs vorkommen, daß die feuerfeste Schutzschicht um das Leitungssystem der Halterung beschädigt wird. Dabei kommt es zu Lichtbogenuberschlägen zwischen dem den elektrischen Strom der Lichtbogenelektrode leitenden Flüssigkeitssystem und dem metallischen Einsatz des Lichtbogenofens. In diesem Fall wird auch das Leitungssystem für die Kühlflüssigkeit sehr schnell beschädigt und es können Wassereinbrüche in den Lichtbogenofen und Explosionen die Folge sein. Hiervon ist zwar eine Elektrode mit einer Drahteinlage im keramischen Hitzeschirm etwas besser geschützt als eine ohne Drahteinlage, doch sind auch hier stellenweise Beschädigungen nicht ausgeschlossen, die zu den genannten Folgen führen.

Durch die DE-PS 8 07 JI2 ist ein elektrischer Ofen zur Behandlung von Glas und ähnlichen Stoffen bekannt geworden, bei dem die Stoffmasse mittels durchgeleiteten elektrischen Stroms erhitzt wird, der von die Ofenwände durchsetzenden und in die Stoffmasse eintauchenden Graphitelektroden zugeführt wird. Um die Teile der Elektrode, die sich außerhalb des Bades befinden und der Berührung mit Luft ausgesetzt sind, gegen Verbrennung zu schützen und gleichzeitig eine Verstellung der Elektrode in Achsrichtung zu ermöglichen, ist in und außerhalb der Ofenwand eine mit dieser fest verbundene Büchse aus Kohlenstoff oder Graphit vorgesehen, die von einer Metallhülse umgeben ist. Zum Kühlen der Büchse und der Hülse dient ein die Metallhülse umgebender und gegenüber dieser elektrisch isolierter Kühlkasten. Ein derartiger Aufbau ist für eine Halterung der im Oberbegriff genannten An nicht geeignet, da hier das Kühlsystem unmittelbar den thermischen und mechanischen Beanspruchungen innerhalb des Lichtbogenofens ausgesetzt wäre.
Ziel der Erfindung ist eine flüssigkeitsgekühlte Halterung der einleitend genannten Art für eine Elektrodenspitze, die bei einem überraschend einfachen Aufbau nicht nur die gewünschte thermische Abschirmung des metallischen Kühlsystems gegenüber der Ofenatmosphäre, sondern auch einen besseren mechanisehen Schutz gewährleistet.

Dieses Ziel wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zU entnehmen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Hitzeschirm aus einem Metallrohr, das gegenüber dem stromführenden Kühlsystem elektrisch isoliert ist, über eine zwischen dem Kühlsystem Und dem Metallrohr

vorhandene feuerfeste Substanz bei Aufrechterhaltung der erforderlichen elektrischen Isolation ausreichend kühlbar ist, d. h. auf einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes, insbesondere auf Temperaturen unterhalb 600⁰C, gehalten werden kann. Damit kann als Hitzeschirm ein Stahlmantel eingesetzt werden, also ein sehr einfaches komstruktives Element, das einen hervorragenden mechanischen Schutz bietet

Die Eriindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Halterung,

F i g. 2 die Draufsirht auf diese Halterung,

F i g. 3 den Querschnitt III-EI1 dieser Halterung.

Die in den Figuren dargestellte flüssigkeitsgekühlte '5 Halterung 1 für die nicht dargestellte Spitze einer Elektrode eines Lichtbogenschmelzofens enthält einen am Elektrodentragarm befestigbaren zylindrischen Einspannteil 2, der in diesem Fall eine separate Wasserkühlung aufweist, und ein an diesem befestigtes, den Elektrodenstrom führendes metallisches Kühlsystem 3, das im vorliegenden Fall aus vier Stromrohren 4 bis 7 besteht, welche am unteren Ende ein in Form eines Nippels ausgebildetes Gewindeteil (8) zum Aufschrauben der Elektrodenspitze tragen. Der vorzugsweise aus Kupfer bestehende Nippel 8 enthält zwei Kanäle 9 und 10. Durch den Kanal 9 werden die Stromrohre 4 und 5 und durch den Kanal 10 die Stromrohre 6 und 7 miteinander verbunden. Damit dient bei jedem der beiden Paare von Stromrohren 4 und 5 bzw. 6 und 7 ein Stromrohr als Zuleitung und das andere als Rückleiung für die Kühlflüssigkeit.

Das metallische Kühlsystem 3 ist mit Abstand von einem Metallrohr 11 umgeben. Das Metallrohr ist gegenüber dem stromführenden Kühlsystem 3 elekirisch isoliert. Zu diesem Zweck ist ein am Metallrohr 11 angeschweißter Flansch 12 über einen Distanzring 13 «us hitzebeständigem Isoliermaterial am Boden der lopfförmig ausgebildeten Halterung 2 befestigt. Als Befestigung ist eine Schraubverbindung gewählt. Im vorlitgenden Fall sind vier Schrauben-Mutter-Paare 14 aus amagnetischem Stahl vorgesehen, die durch Distanzstücke 15 und 16 aus hitzebeständigem Isoliermaterial — im vorliegenden Fall ist Schrumpfpertinax gewählt — gegenüber den metallischen Teilen isoliert sind. Diese Schrauben und Muttern könnten auch aus einem Isoliermaterial bestehen. Die Stromrohre des Kühlsystems 3 sind aus Kupfer. Falls das Metallrohr 11 nicht auch zum Tragen der Elektrodenspitze herangezogen wird, kann es zweckmäßig sein, für die Stromrohre ein anderes gut elektrisch leitendes Material vorzusehen, das eine höhere Festigkeit aufweist.

Zwischen dem Metallrohr 11 und dem Kühlsystem 3 ist eine feuerfeste Substanz 17 vorhanden, über die die Kühlung des Metallrohres auf die genannte zulässige obere Grenze bewirkt wird. Die Feuerfestmasse soll bei den Betriebstemperaturen einerseits einen ausreichenden Wärmeübergang zwischen dem zu kühlenden Metallrohr 11 und dem KühLjitem 3 gewährleisten, andererseits aber auch eine gute elektrische Isolation zwischen dem Metallrohr 11 und den den elektrischen Strom führenden Teilen des Kühlsyst?ms. Gute Ergebnisse sind im Hinblick auf diese Forderung erzielt wurden mit einer Feuerfestmasse aus Magnesiumoxidsand oder einer Aluminiumoxidstampfmasse. Bei Verwendung eines körnigen Materials, einer Stampfmasse oder eines vergießbaren Materials als feuerfeste Substanz ist die Herstellung der Elektrode, wie ohne weiteres ersichtlich, außerordentlich einfach. Nach dem Befestigen des Metallrohres 11 am Einspannteil 2 braucht der Zwischenraum zwischen dem Kühlsystem und dem Metallrohr nur mit der Feuerfestmasse ausgefüllt, ausgestampft oder ausgegossen zu werden.

Als Material für das Metallrohr kann aus wirtschaftlichen Gründen ein weicher Kohlenstoffstahl verwendet werden. Vorteilhafter sind jedoch amagnetische, zunderbeständige Stähle oder evtl. auch andere hochhitzebeständige amagnetische Metalle.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1 Flüssigkeitsgekühlte Halterung für die Spitze einer Elektrode eines Lichtbogenschmelzofens mit einem am Elektrodentragarm befestigbaren zylindrischen Einspannteil, einem an diesem befestigten, den Elektrodenstrom führenden metallischen Kühlsystem, das am freien Ende ein Gewindeteil zum Aufschrauben der Elektrodenspitze trägt, ferner mit einem rohrförmigen Hitzeschirm, der das Kühlsystem in dem der Ofenatmosphäre ausgesetzten Bereich mit Abstand und in fester räumlicher Zuordnung zu diesem umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hitzeschirm aus einem Metallrohr (11) besteht, das gegenüber dem stromführenden Kühlsystem (3) elektrisch isoliert ist und über eine zwischen dem Kühlsystem und dem Metallrohr vorhandene feuerfeste Substanz (17) ausreichend kühlbar ist, um seine Temperatur beim Einsatz der Halterung im Lichtbogenschmelzofen auf einen Wert unterhalb der Erweichungstemperatur des Materials des Metallrohres zu halten.
2. Flüssigkeitsgekühlte Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (Π) so stark kühlbar ist, daß seine Temperatur beim Einsatz im Lichtbogensch.nelzofen auf höchstens 600"C begrenzt werden kann.
3. Flüssigkeitsgekühlte Halterung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (11) aus einem weichen Kohlenstoffstahl hergesteiii ist.
4. Flüssigkeitsge! ühlte ! 'dlterung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (11) aus einem .!magnetischen Metall hergestellt ist.
5. Flüssigkeitsgekühlte Halterung nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (11) aus einem Stahl erhöhter Zunderbeständigkeit hergestellt ist.
6. Flüssigkeitsgekühlte Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als feuerfeste Substanz (17) ein Feuerfeslmaterial verwendet ist. das einerseits elektrisch isolierend und andererseits ausreichend thermisch leitend ist.
7. Flüssigkeitsgekühlte Halterung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als feuerfeste Substanz (17) ein körniges, ein stampfbares oder ein gießbares Feuerfestmateiial verwendet ist.
8. Flüssigkeitsgekühlte Halterung nach Anspruch 6 oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß als feuerfeste Substanz (17) Magnesiumoxid verwendet ist.
9. Flüssigkeitsgekühlte Halterung nach Anspruch 6 oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß als feuerfeste Substanz (17) Aluminiumoxid verwendet ist.
10. Flüssigkeitsgekühlte Halterung nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitssystem aus wenigstens einem Paar metallischer Rohre (4 bis 7) besteht, die das Gewindeteil (8) zum Aufschrauben der Elektrodenspitze tragen und durch wenigstens einen Flüssigkeitskanal (9, 10) im Gewindeteil miteinander in Verbindung stehen.