DE2430817A1

DE2430817A1 - Elektrode fuer lichtbogenoefen

Info

Publication number: DE2430817A1
Application number: DE2430817A
Authority: DE
Inventors: Peter Mueller
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1974-06-27
Filing date: 1974-06-27
Publication date: 1976-01-15
Also published as: DE2430817B2

Description

Elektrode für Lichtbogenöfen Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Lichtbogen öfen, bestehend aus mehreren miteinander verschraubten Elektrodenabschnitten, bei der der insbesondere an der Spitze der Elektrode entstehende Abbrand durch Anstückeln neuer Elektrodenabschnitte ersetzt wird und die Elektrode durch gleichzeitig als Hochstromverbindung dienende lösbare -Klemmbacken gehalten ist.
Die in Lichtbogenöfen zur Erzeugung von Metallen oder Legierungen, wie z.B. Stählen, verwendeten aus einer Vielzahl zylindrischer, an den Kopfflächen mit Gewindebohrungen versehenen und mit Gewindenippeln verschraubten Elektrodenabschnitten bestehenden Graphitelektroden sind oberhalb des Ofendeckels durch mit Klemmbacken versehenen Elektrodenhaltern gehalten, die gleichzeitig den Elektroden die zur Beheizung des Ofens erforderlichen hohen Ströme zuführen. Die Kontaktflächen der im allgemeinen aus Kupfer oder auch Gußeisen ausgeführten wassergekühlten Klemmbacken stellen einen Teil der Mantelfläche eines Zylinders dar, dessen Radius gleich dem Radius der Graphitelektrode ist. Durch Absenkung des Elektrodenhalters wird der Spitzenabbrand der Elektrode bis zu einem bestimmten Betrag ausgeglichen, übersteigt der Abbrand den Regelbereich, so wird -ein neuer Elektrodenabschnitt auf die Elektrode geschraubt und der Elektrodenhalter um diesen Betrag nach oben versetzt.
Infolge der hohen durch den Spannungsabfall im Kontakt sowie durch die Strahlungswärme des Ofens entstehenden Temperatur sowie der aus dem Ofen strömenden, heißen korrosiven Gase werden die bekannten Kupferkontaktbacken trotz Wasserkühlung nach verhältnismäßig kurzer Zeit unbrauchbar. Bei der Verwendung von zur Vermeidung oder Verkleinerung des Abbrandes an der Mantelfläche mit oxidationshemmenden Beschichtungen, wie z.B. Metall- oder Metallegierungsschichten versehenen Graphitelektroden sind zudem in der Kontaktfläche partielle, die Oberfläche der Klemmbacke aufrauchende Verschweißungen nicht auszuschließen, wodurch die Güte des Kontakts verschlechtert und die Bildung von Lichtbögen zwischen Klemmbacken und Elektroden gefördert werden. Die geschilderten Fehler führen zu einer noch schnelleren Zerstörung der Klemmbacken.
Lichtbögen entstehen ebenfalls bei unregelmäßig ausgebildeter Mantelfläche der Elektrode, so daß die herstellungsbedingt oberflächlich rauhen und verhältnismäßig große Durchmessertoleranzen aufweisenden Elektrodenabschnitte auf dem Radius der Klemmbacken abgedreht werden müssen.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist vorgeschlagen worden, die Klemmbacken als Ganzes oder zu einem Teil aus Graphitsegmenten oder aus hitzebeständigen Wolfram-Kupfer-Legierungen auszuführen, wobei insbesondere die nichtverschweißbaren Klemmbacken aus Graphit bei der Verwendung beschichteter Graphitelektroden von Vorteil sind. Die Standzeit von Graphitbacken ist jedoch aufgrund der Sprödigkeit und der geringen Abriebbeständigkeit dieses Werkstoffs verhältnismäßig gering, zumal wenn die Radien von Elektrode und Klemmbacken nicht übereinstimmen. Das Abdrehen der Elektrodenabschnitte auf den Radius der Backen ist demgemäß auch bei Verwendung von Klemmbacken aus thermisch stabileren Werkstoffen unerläßlich und der erhebliche Bearbeitungsaufwand sowie die Materialverluste können nicht vermieden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine Elektrode bereitzustellen, welche die Standzeit der Klemmbacken nicht beeinträchtigt und für die eine Bearbeitung der Mantelflächen nicht erforderlich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Elektrode der eingangs genannten Art gelöst, die aus einem oberen relativ zur Klemmbacke ortsfesten mindestens einen Elektrodenabschnitt enthaltenden Teil aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und einem unteren Teil aus mehreren Elektrodenabschnitten aus Graphit besteht, wobei die zum Ersatz des Elektrodenabbrands dienenden neuen Elektrodenabschnitte zwischen dem oberen und unteren Elektrodenteil geschraubt sind.
Der obere, relativ zu den Klemmbacken ortsfeste Elektrodenteil verbleibt beim Ofenbetrieb außerhalb des Ofens und ist entsprechend keinen Abbrandreaktionen unterworfen.
Es ist daher zweckmäßig, den oberen Elektrodenteil aus einem Werkstoff auszuführen, der eine hohe elektrische Leitfähigkeit und einen kleinen Kontaktwiderstand aufweist, z e B. einem Metall oder einem mehrfach imprägnierten Graphitabschnitt mit kleinem elektrischen Widerstand.
Geeignete Metalle sind beispielsweise Kupfer oder Chrom-Nickelstähle mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Derartige Werkstoffe sind für bekannte Elektrodenausführungen nicht geeignet, z.B. wegen unzureichender thermischer Beständigkeit, unzulässiger Verunreinigung der Schmelze oder aber infolge ihres hohen Preises. Zur Verkleinerung des Kontaktwiderstandes ist es weiterhin von Vorteil, die Mantelfläche des oberen Elektrodenteils, dessen Radius möglichst genau dem Radius des durch die Klemmbacken gegebenen Zylinders entspricht, zu schleifen oder zu polieren. Da diese Bearbeitung nur ein einziges Mal auszuführen ist, stellt sie keinen ins Gewicht fallenden Aufwand dar.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der obere Elektrodenteil zur Senkung der Kontakttemperatur mit Einrichtungen zur Kühlung versehen, wie beispielsweise Kühlkanäle, die zweckmäßigerweise z.B. an das Kühlsystem der Klemmbacken angeschlossen sind. Zur Einsparung von Werkstoff ist in einer weiteren Ausführungsform der obere Elektrodenteil wenigstens zu einem Teil hohlzylindrisch ausgebildet, wobei die Zylinderwände vorzugsweise ebenfalls mit Kühlkanälen versehen sind. Der untere Elektrodenteil enthält vorzugsweise Elektrodenabschnitte aus Graphit, deren Mantelfläche nicht bearbeitet ist und die gegebenenfalls mit Schichten aus einem oder mehreren oxidationshemmenden Metallen oder Metallegierungen versehen sind.
Die Verbindung der Elektrodteile erfolgt zweckmäßig durch eine Nippelverbindung, wobei ein Schraubnippel in Ausnehmungen der beiden Kopfstücke geschraubt ist. Der Nippel kann aus dem gleichen Material wie der obere Elektrodenabschnitt ausgeführt sein, z.B. einem legierten Stahl mit kleinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, oder aus Graphit bestehen, dessen Festigkeit beispielsweise durch Imprägnierungen mit einem Teerpech und anschließender Carbonisierung des Imprägniermittels erhöht wurde. Durch einen oder mehrere Sicherungsstifte ist die Verbindung zweckmäßigerweise gegen Lockern gesichert.
Jeweils nachdem die Elektrode um die Länge eines Elektrodenabschnitts abgebrannt ist, wird sie aus dem Ofen gezogen, der obere Elektrodenteil abgeschraubt und ein neuer Elektrodenabschnitt auf das Kopfstück des Unterteils geschraubt. Nach Befestigung des oberen Elektrodenteils wird die Elektrode dann wieder in den Ofen eingesetzt. Die Vorteile erfindungsgemäßer Elektroden bestehen im wesentlichen in der beträchtlichen Verlängerung der Standzeit der Klemmbacken des Elektro-, denhalters und in der Möglichkeit, unbearbeitete Elektrodenäbschnitte aus Graphit zu verwenden, ohne die Kontakteigenschaften zu verschlechtern. Die verlängerte Standzeit der Klemmbacken wird im wesentlichen durch die Senkung der Kontakttemperatur aufgrund des kleineren Kontaktwiderstandes, der durch günstigere Werkstoffe für den oberen Elektrodenteil sowie durch die genaue Abstimmung der Oberflächengeometrien der Kontaktflächen erreicht wird, und der verbesserten Kühlung des Kontakts erzielt. Die unterhalb der Klemmbacken an den oberen Elektrodenteil geschraubten Elektrodenabschnitte des unteren Elektrodenteils stehen mit den Klemmbacken nicht in Kontakt und können entsprechend mit beliebigem Durchmesser, Form und Beschichtung verwendet werden. Damit entfällt die aufwendige Bearbeitung der Mantelflächen und' es entstehen keine Bearbeitungsverluste, die bei den bekannten Elektroden etwa 10 % betragen.
Die Verwendung von Elektrodenabschnitten, deren dichte, durch Pyrolyse des aus der Elektrode während des Carbonisierens austretenden Bindemittels gebildete als Preßhaut bezeichneten Oberflächenschicht nicht durch Abdrehen und dergleichen entfernt wurde, ist darüber hinaus wegen der größeren Beständigkeit gegen Oxidationsmittel, wie z.B. Luft, und die geringe Bruchanfälligkeit von Vorteil.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren beispielhaft erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Elektrode mit Elektrodenhalter, Klemmbacken und einem Teil des Ofendeckels, Fig. 2 den oberen mit Kühlkanälen versehenen Teil einer Elektrode, Fig. 3 den oberen Teil einer hohlzylindrisch ausgebildeten Elektrode mit angedrehtem Nippel, Fig. 4 einen hohlzylindrischen Elektrodenteil mit angedrehtem Nippel und Kühlkanälen Fig. 5 einen rohrförmig ausgebildeten oberen Elektrodenteil.
In Fig. 1 ist 1 der obere aus einem Chromnickelstahl mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellte Teil einer erfindungsgemäßen Elektrode, deren Oberfläche geschliffen und poliert ist. Der untere aus den Elektrodenabschnitten 2 a und 2 b zusammengesetzte Elektrodenteil 2 ist durch eine zeichnerisch nicht dargestellte Nippelschraubverbindung mit dem oberen Elektrodenteil 1 verbunden. Die Mantelflächender aus Graphit bestehenden Elektrodenabschnitte sind unbearbeitet. Alternativ können die Elektrodenabschnitte 2 a und 2 b mit einer oxidationshemmenden Schutzschicht versehen sein, wodurch insbesondere die Einschnürung des Abschnitts 2 a verkleinert wird. Zur leichteren Handhabung der Elektrode ist auf dem Kopf des Elektrodenteils 1 die Zugöse 3 angeschweißt.
Die Elektrode ist durch den schellenartig ausgeführten, den oberen Elektrodenteil 1 umschließenden Elektrodenhalter 4 gehalten, der segmentartige, die Stromzuführung auf die Elektrode bewirkende Klemmbacken 5 enthält. Der Elektrodenhalter ist Teil des Tragarms 6. Die Klemmbacken bestehen vorzugsweise aus Kupfer oder auch aus anderen Metallen oder Legierungen mit günstigen Kontakteigenschaften.
Die Elektrode ist durch die von dem Kühlring 9 umschlossene Öffnung 7 des Ofendeckels 8 in den Ofen eingeführt. Durch eine dem Spitzenabbrand proportionale Absenkung der Elektrode wird der Abbrandverlust in bekannter Weise ausgeglichen, wobei die Elektrode etwa soweit abgesenkt wird, bis die Trennfläche zwischen den Elektrodenteilen 1 und 2 sich in Höhe des Kühlrings 9 befindet. Die Elektrode wird dann aus dem Ofen gezogen und nach Abschrauben des oberen Elektrodenteils 1 vom unteren Elektrodenteil 2 wird auf den Elektrodenabschnitt 2 b ein neuer Elektrodenabschnitt 2 c und auf diesen der obere Elektrodenteil 1 geschraubt.
Die Elektrode wird dann erneut in den Ofen eingesetzt.
Der in Fig. 2-dargestellte obere Elektrodenteil 1 enthält zur Verminderung der Temperatur im Kontakt Kühlkanäle 10, die an die Kühlvorrichtung der Kontaktbacken oder an ein eigenes Kühlsystem angeschlossen sind. Die Verbindung des Teils 1 mit dem unteren Elektrodenteil 2 erfolgt durch den Schraubnippel 11, der durch den Sicherungsstift 12 gegen Lockern gesichert ist. Der Nippel ist aus einem Material mit kleinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgeführt, z.B. aus einem Chromnickelstahl oder aus Graphit.
Der in Fig. 4 dargestellte obere Elektrodenteil 1 ist zur Gewichtseinsparung hohlzylindrisch ausgebildet 13 und der Verbindungsnippel 11 aus dem Elektrodenteil 1 herausgedreht. Der Mantel des Hohlzylinders ist zweckmäßig mit sich in den Nippel 11 erstreckenden Kühlkanälen 10 versehen, die eine intensive Kühlung des oberen Elektrodenteils einschließlich der Nippelverbindung ermöglichen.
In Fig. 5 ist schließlich ein rohrförmig ausgebildeter Elektrodenteil 1 mit verschraubtem und gesichertem Nippel dargestellt.
6 Patentansprüche 5 Figuren

Claims

Patentansprüche Elektrode für Lichtbogenöfen, bestehend aus mehreren miteinander verschraubten Elektrodenabschnitten, bei der der insbesondere an der Spitze der Elektrode entstehende Abbrand durch Anstückeln neuer Elektrodenabschnitte ersetzt wird und die Elektrode durch gleichzeitig als Hochstromverbindung dienende lösbare Klemmbacken gehalten ist, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Elektrode aus einem oberen relativ zu den Klemmbacken ortsfesten mindestens einen Elektrodenabschnitt enthaltenden Teil aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und einem unteren Teil aus mehreren Elektrodenabschnitten aus Graphit besteht, wobei die zum Ersatz des Elektrodenabbrandes dienenden neuen Elektrodenabschnitte zwischen den oberen und unteren Elektrodenteil geschraubt sind.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der obere Elektrodenteil mit Kühlkanälen versehen ist.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der obere Elektrodenteil aus einem Metall besteht.
4. Elektrode nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der obere Elektrodenteil wenigstens teilweise hohlzylindrisch ausgeführt ist.
5. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der untere Elektrodenteil Elektrodenabschnitte aus Graphit mit unbearbeiteter Mantelfläche enthält.
6. Elektrode nach einem oder mehreren der vorgehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Schraubnippel zwischen oberem und unterem Elektrodenteil aus einem legierten Stahl mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist.

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