DE3422950C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Lichtbogenöfen, bestehend aus einem unteren Abschnitt aus Graphit und einem oberen hülsenförmi­ gen metallischen Abschnitt, deren jeweilige Stellflächen mittels einer Spanneinrichtung kraftschlüssig gegeneinander preßbar angeordnet sind, wobei die Spanneinrichtung eine Zugstange besitzt, die in Spann­ stellung durch Federelemente gehalten und zum Entspannen durch eine druckmittelbeaufschlagte Zylinder-Kolben-Einheit bewegbar ist, und einer Einrichtung, die bei Auftreten von Brüchen des Abschnitts aus Graphit Signale zur Elektrodennotfahrt auslöst.

Eine Elektrode mit einer solchen Spanneinrichtung ist in der EP-OS 61 612 beschrieben. Um den Graphitverbrauch in Lichtbogenöfen zu senken, werden in ver­ stärktem Maße metallische wassergekühlte Elektroden eingesetzt. Elek­ troden dieser Bauart besitzen eine wassergekühlte Hülse, die vom Tragarm gehalten wird. Am unteren Ende der Hülse ist die aus Graphit bestehende Elektrodenspitze, das sogenannte Verschleißstück, be­ festigt. Durch diese Bauart wird der Graphitverbrauch drastisch ge­ senkt, insbesondere wird das durch die Hitze des Ofeninneren hervor­ gerufene Verzehren des Umfangs der Elektrode im oberen Bereich gemin­ dert. Dieses Verzehren führte zu dem typischen konischen Verjüngen der Graphitelektrode zur Elektrodenspitze hin mit dem Nachteil, daß die Spitze leicht abbrechen kann. Der Einsatz eines wassergekühlten Elektrodenabschnitts birgt aber das Risiko in sich, daß bei Beschädi­ gungen der Metallhülse Wasser in den Ofen dringen kann. Die Folge wäre eine Verpuffung und damit eine Zerstörung der ganzen Ofenanlage mit großer Gefährdung des Bedienungspersonals.

Eine Zerstörung des wassergekühlten Elektrodenabschnitts ist insbe­ sondere durch die Art der üblicherweise benutzten Elektrodensteuerung möglich. Die Höheneinstellung der Elektroden zum Badspiegel wird bei einem Lichtbogenofen durch einen Impedanzregler gesteuert, der den Elektrodenstrom und die Elektrodenspannung vergleicht. Durch Abbrennen der Elektodenspitze vergrößert sich der Abstand zum Badspiegel und damit ändert sich die Impedanz. Der Impedanzregler bewirkt ein Nach­ setzen der Elektrode auf den vorgegebenen Abstand zum Schmelzbad. Bei einem plötzlichen Verlust der Graphitelektrodenspitze wäre der Impe­ danzregler somit bestrebt, das Kopfende des metallischen Elektroden­ teils in einem Abstand zum Schmelzbad zu halten, wie zuvor das Ver­ schleißstück. Zwischen der Metallelektrode und dem Schmelzbad würde ein Lichtbogen zünden, der die Metallhülse zerstört.

Um die bereits oben beschriebenen ernsten Folgen einer solchen Zer­ störung der wassergekühlten Elektroden zu verhindern, werden von der Impedanzregelung unabhängige Bruchsicherungen der Elektrode benutzt. Der Verlust des Verschleißteils tritt dabei spontan auf, z. B. bei Schrottsturz, durch einseitigen Druck oder auch durch Materialermüdung infolge Schwingungen der Elektrode.

Durch die GB-OS 20 37 549 ist eine wassergekühlte Elektrode bekannt, bei welcher eine pneumatische Bruchsicherung vorgesehen ist. Über ent­ sprechende Leitungen, die im wesentlichen axial zur metallischen Elek­ trode in ihrem Inneren angeordnet sind, wird Inertgas bis zur stirn­ seitigen Verbindungsfläche zwischen Metallhülse und Verschleißteil gebracht. Dabei wird ein konstanter Druck aufgebaut und ein Absinken des Druckes dient als Signal des Abbrechens des Verschleißteils.

Diese bekannte Methode besitzt zum einen den Nachteil, daß im Inneren der Elektrode zusätzliche Druckleitungen erforderlich sind. Zum anderen ist das Leitungs- und Verbindungssystem ständig unter Druck zu halten, was zusätzliche Energie- und Instandhaltungskosten erfordert. Hinzu tritt, daß das Signal in keiner Weise zuverlässig ist. Ein Druckabfall kann spontan auftreten, ohne daß das Verschleißteil zer­ stört ist, dann nämlich, wenn in der Medienführung eine Undichtigkeit auftritt. Es kann aber auch der Druck im Überwachungssystem konstant bleiben, obgleich das Verschleißteil schon abgefallen ist, dann nämlich, wenn es zu Verstopfungen im vorderen Bereich des Drucksystems kommt.

Durch die am 01.03.1984 offengelegte deutsche Patentanmeldung P 32 31 740 ist eine wassergekühlte Elektrode bekannt, bei welcher zur Erzielung von Signalen in der Verbindungszone des gekühlten Mantel­ teils und des Verschleißteils mindestens ein lichtempfängliches Element angeordnet ist. Als lichtempfängliches Element dient eine Glasoptik, an die ein Lichtwellenleiter, z. B. Glasfaserleiter, angeschlossen ist. Der Glasfaserleiter wird durch das Innere des metallischen Teils der Elektrode geführt und ist außerhalb der Elektrode an einen Optodetektor angeschlossen. Bei einem Bruch der Elektrode dient die Lichtintensität der Schmelze als Signal für den Optodetektor.

Diese Elektrode weist den Nachteil auf, daß mit hohem konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand der Glasfaserleiter oder ein ver­ gleichbarer Lichtwellenleiter vom Kopf der Metallelektrode zum außer­ halb der Elektrode angeordneten Optodetektor geführt wird.

Ein weiterer Nachteil einer optischen Elektrodenbruchsicherung ist ihre Empfindlichkeit bezogen auf Verschmutzungen der Glasoptik. Die im Ofeninneren herrschende staubhaltige Atmosphäre schmiert die Optik zu und verhindert das Erzielen eindeutiger Signale. Außerdem werden bei dem rauhen Ofenbetrieb, insbesondere durch die an der Elektrode auftretenden Schwingungen, die Glasfasern der Lichtwellenleiter zerstört und die Signalübertragung wird wesentlich behindert.

Wenn bei einem Teilbruch des Verschleißteils der Elektrode auch nur ein kleiner Teil des Graphits an der Stirnfläche der Metall­ elektrode oder an dem Nippel "kleben" bleiben sollte, führt dies zu einem Ausbleiben oder zu einem verspäteten Kommando für die Unterbrechung der Stromzufuhr und des Zurückziehens der Elektrode. Die Folge ist die Zerstörung der Metallelektrode und das Austreten des Kühlwassers in den Ofenraum mit den oben beschriebenen Gefahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, deren Elektrodenbruchsicherung ohne zusätzliche Meßwertaufnehmer zuverlässig und in instandhaltungsfreund­ licher Bauart eine Zerstörung, insbesondere Schachtelbrüche des aus Graphit bestehenden Abschnitts der Elektrode, eindeutig erkennt und das Signal zum schnellen Hochfahren der Elektrode und/oder zum Ab­ schalten des Ofens auslöst.

Die Aufgabe wird gelöst durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrode ist eine Elektrodenbruchsicherung vorgesehen, die die Bewegung der Zugstange, die das Verschleißteil mit der Metallelektrode kraftschlüssig verbindet, bei ihrer Entlastung in Zugrichtung als Signal des Elektrodenbruchs benutzt. Dieses Signal wird direkt aus den in der Elektrode vorhandenen Elementen gewonnen, so daß es keinerlei gesonderter Meßwertaufnehmer bedarf. Der Vorteil ist dabei, daß die Elemente der Spanneinrichtung, die bei der erfindungs­ gemäßen Elektrode als Meßwertaufnahme dient, in robuster Bauweise dem rauhen Ofenbetrieb angepaßt sind. Dazu ist das Signal, das aus der Bewegung der Zugstange gewonnen wird, eindeutig und zuverlässig.

Die Arbeitsweise der Spanneinrichtung ist im "normalen" Betrieb wie folgt. Zur Entspannung beim Wechsel des Verschleißteils wird der Hydraulikzylinder mit Druck beaufschlagt und die Zugstange wird von der Halteposition in Richtung Schmelzbad bewegt. Beim Entspannen des Hydraulikzylinders wird die Zugstange durch die Druckfedern in Richtung vom Schmelzbad weg in die Halteposition gebracht und unter Spannung gehalten.

Die Arbeitsweise der Spanneinrichtung beim Auftreten beispielsweise eines Schachtelbruchs ist wie folgt. Bei einem Bruch der Elektrode bewegt sich dann, wenn kein Rest der Graphitelektrode an der bad­ seitigen Stirnfläche der Metallelektrode verbleibt und damit die Gefahr des Lichtbogenüberschlags von der blanken Metallelektrode zum Schmelzbad besteht, die Zugstange von der Halteposition in Richtung vom Schmelzbad weg. Diese spontan auftretende Bewegung der Zugstange wird von einem Signalgeber registriert, der in ausreichendem Abstand vom Verschleißteil und somit in geschützter Lage an der Spanneinrich­ tung angeordnet ist.

Dies ist bei Einsatz eines mechanischen Signalgebers ein einfacher Endschalter. Dieser Schalter wird im Inneren der Metallhülse auf der dem Bad abgewandten Seite der Metallelektrode installiert.

Bei der Bewegung der Zugstange infolge eines Bruchs der Graphitelek­ trode wird gleichzeitig Hydrauliköl aus der Zylinder-Kolben-Einheit der Spanneinrichtung verdrängt. Die spontane Bewegung der Ölsäule in der Druckmittelleitung nutzen in vorteilhafter Weise hydraulische Signalgeber. Dabei kann entweder die auftretende Druckspitze oder die Bewegung der Ölsäule als Meßwert dienen.

Bei Einsatz eines hydraulischen Signalgebers besteht der große Vor­ teil, daß der Signalgeber weit ab von der Elektrode außerhalb des Ofens in der Hydraulikanlage der Spanneinrichtung installiert wird.

Der Signalgeber ist dabei instandhaltungsfreundlich in geschützter und leicht zugänglicher Lage angeordnet. Es sind keine zusätzlichen Meß­ wertaufnehmer erforderlich. Die hydraulischen Signalgeber sind war­ tungsarm und zuverlässig. Die Signalübermittlung von den Signalgebern zur Elektroden­ steuerung kann ebenfalls hydrau­ lisch erfolgen. Das hat den Vorteil, daß die Signalgeber im Notfall, z. B. bei Ausfall des Steuerstroms, weiterhin zuverlässig arbeiten. Zu den obengenannten Vorteilen tritt hinzu, daß die Elektrodenbruchsicherung der erfindungsgemäßen Elektrode nur geringe Investitionskosten erfordert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Elektrode mit intaktem Verschleißteil sowie mit einem mechanischen Signalgeber,

Fig. 2 eine Elektrode mit gebrochenem Verschleißteil sowie mit hydraulischem Signalgeber.

Gemäß der Fig. 1 und 2 besteht die Elektrode 1 aus einem metallischen Abschnitt 11 und einem Abschnitt aus Graphit 12, dem "Verschleißteil". Die Stirnfläche 13 der Metallelektrode 11 berührt Teile der Stirn­ fläche 14 des Graphitabschnitts 12 der Elektrode 1. An der der Metall­ elektrode 11 zugewandten Stirnfläche 14 sind Verbindungselemente (Graphitabschnitt - Zugstange) angeordnet. Diese Verbindungselemente 3 bestehen aus einem in das Verschleißteil 12 eingeschraubten Nippel 31, der wiederum in eine Halteglocke 32 eingeschraubt ist. An der Halte­ glocke 32 ist axial zur Elektrode 1 eine Kugelpfanne 33 angeordnet, in die die Kugel der Zugstange 21 der Spanneinrichtung 2 greift. An dem dem Verschleißteil 12 abgewandten Ende der Zugstange 21 ist die hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit 23 angeordnet. Der Wirkrichtung des druckbeaufschlagten Kolbens entgegengesetzt sind an der Zugstange 21, sich an der metallischen Hülse 11 abstützend, die Federelemente 22 angeordnet. Die Zylinder-Kolben-Einheit 23 ist hydraulisch über die Druckmittelleitung 24 mit der Druckstation 25 verbunden. Im drucklosen Zustand der Spanneinrichtung 2 wirken die Federn 22 und ziehen über die Zugstange 21 und die Verbindungselemente 3 die Stirnfläche 14 des Verschleißteils 12 kraftschlüssig an die Stirnfläche 13 der Metall­ elektrode 11. Bei einem Bruch der Graphitelektrode 12 (dargestellt in Fig. 2) bewegt sich die Zugstange 21 in Richtung vom Schmelzbad 5 weg.

In Fig. 1 ist als Signalgeber ein Endschalter 41 dargestellt. Der Endschalter 41 ist in geschützter Lage im Innern der hülsenförmigen Metallelektrode 11 auf der dem Schmelzbad 5 abgewandten Seite montiert. Ein an der Zugstange 21 angeordneter Finger 26 betätigt den Endschalter 41.

Die Fig. 2 zeigt die Elektrode 1 mit einem gebrochenen Verschleißteil 12 und der Zugstange 21, die sich im dargestellten Augenblick gemäß der Wirkrichtung der Federn 22 vom Schmelzbad 5 weg bewegt. In der Druckmittelleitung 24 ist ein hydraulischer Signalgeber in Form eines Mengenaufnehmers 43 bzw. eines Druckaufnehmers 42 angeordnet. Der Signalgeber wird (hier nicht dargestellt) auf die Elektroden­ steuerung geschaltet, um beim Auftreten des Signals "Elektrodenbruch" die Elektrode 1 hochzufahren und/oder den Ofen abzuschalten.

Claims (9)

1. Elektrode für Lichtbogenofen, bestehend aus einem unteren Abschnitt aus Graphit und einem oberen hülsenförmigen metallischen Abschnitt, deren jeweilige Stirnflächen mittels einer Spanneinrichtung kraft­ schlüssig gegeneinander preßbar angeordnet sind, wobei die Spann­ einrichtung eine Zugstange besitzt, die in Spannstellung durch Feder­ elemente gehalten und zum Entspannen durch eine druckmittelbeauf­ schlagte Zylinder-Kolben-Einheit bewegbar ist, und einer Einrichtung, die bei Auftreten von Brüchen des Abschnitts aus Graphit Signale zur Elektrodennotfahrt auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spanneinrichtung (2) im Abstand zum aus Graphit bestehenden Abschnitt (12) der Elektrode (1) ein Signalgeber (41, 42, 43) vorgesehen ist, der den Weg der Zugstange (21) als Meßwert aufnimmt und als Signal zum Hochfahren der Elektrode (1) und/oder zum Abschalten des Ofens benutzt.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber ein von der Zugstange (21) betätigbarer Endschalter (41) ist.

3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endschalter (41) an der Innenseite des hülsenförmigen metallischen Abschnitts (11) der Elektrode im Bereich des dem Abschnitt (12) abgewandten Endes angeordnet ist.

4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber ein hydraulischer Signalgeber in Form eines Druckaufnehmers (42) ist.

5. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber ein hydraulischer Signalgeber in Form eines Mengenaufnehmers (43) ist.

6. Elektrode nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Signalgeber (42 oder 43) in der Druckmittel­ leitung (24) im Bereich der Druckstation (25) vorgesehen ist.

7. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (42) Elemente besitzt, die beim Spannvorgang abschaltbar sind und mit Steuerelementen der Druckstation (25) in Verbindung stehen.

8. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenaufnehmer (43) Elemente besitzt, die zur Notfahrt des Ofens nur ansprechbar sind bei einer Strömungsrichtung des Druck­ mediums in Richtung der Druckstation (25) nach vorherigem drucklosen Zustand.

9. Elektrode nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Signalgeber (42 oder 43) Elemente besitzt, die die Steuersignale zur Druckstation (25) hydraulisch übermitteln.