DE2637632A1 - Bottom electrode for plasma arc melting furnace - where pressurised gas zone indicates electrode wear, and acts as safety device - Google Patents

Abstract

Electrode fitted in the base of a melting furnace, and consisting of a Cu bar with its top surface in contact with the melt or charge materials; inside the bar is a channel for the circulation of cooling water. The bar also contains several radial holes in at least one plane located at 90 degrees to the bar axis; and gas at a press. above the static press. in the furnace is fed into the holes to form a gas curtain round the bar. Gauges are fitted to indicate and control the gas press., which drops as electrode wear occurs due e.g. to micro-arcing. Used esp., in plasma arc furnaces used for melting steels or alloys with high m.pt. Acts as a safety device, which indicates electrode wear before the molten metal can reach the water cooling channel in the electrode and cause an explosion.

Description

1. Nikolaj Semenovitsch Schelepov1. Nikolaj Semenovich Schelepov

2. Valerij Alekseevitsch Kildjuschev 3. Evgenij Mitrofanovitsch Kitaev 4. Vissarion Makarovitsch Dubodin 5. Vladimir Alekseevitsch Kotschetkov Gorkij /UdSSR BODENELEKTRODE FÜR SCHMELZÖFEN Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die EleXtrometallurgie, insbeson4eruf Plasma-Lichtbogenöfen und be- trifft die Ausführung deren Bodeneleatroden.2. Valerij Alekseevitsch Kildjuschev 3. Evgenij Mitrofanovitsch Kitaev 4. Vissarion Makarovitsch Dubodin 5. Vladimir Alekseevitsch Kotschetkov Gorkij / USSR FLOOR ELECTRODE FOR MELTING FURNACES The present invention relates to electrometallurgy and especially plasma arc furnaces the execution affects their bottom electrodes.

Die Erfindung kann besonders in Öfen für das Schmelzen von Stählen und Legierungen mit hohem Schmelzpunkt verwendet werden.The invention can be particularly used in furnaces for melting steels and alloys with a high melting point.

Es ist gegenwärtig eine Bodenelektrode bekannt, die eine wassergekühlte Kupferbüchse darstellt, deren Boden sich mit dem Einsatz oder der Schmelze in Kontakt befinden soll (siehe "Plasmaschmelzen" von Parnassow G.A., "Metallurgie", 1968). It is currently known a bottom electrode that is water-cooled Representing a copper can, the bottom of which is in contact with the insert or the melt should be located (see "Plasma Melting" by Parnassow G.A., "Metallurgie", 1968).

Betriebserfahrungen mit solchen Bodenelektroden zeigten, daß zu Beginn des Schmelzens zwischen dem Einsatz und der Bodenelektrode Mikrolichtbögen entstehen können und in dem Boden der Elektrode sich lokale Ausschmelzstellen bilden, was zum Eindringen von Wasser aus dem wassergekühlten Hohlraum der Bodenelektrode in das flüssige Metall des Ofenbades und damit zu einer Ofenexplosion führen ksnn. Die lokalen Ausschmelzstellen in der Llektrode können auch bei einer großen Uberhitzung des Metalls im Ofen und beim Vorhandensein von örtlitzen Fehlern im Boden der Bodenelektrode entstehen. Zur Sicherung einer höheren Zuverlässigkeit wird der Elektrodenboden mit einer Stahlplatte versehen, die mit dem Boden dicht verbunden ist. Diese Massnahme verzögert zwar die Bildung von Ausschmelzstellen schließt sie aber nicht aus. Operating experience with such bottom electrodes showed that at the beginning The melting between the insert and the bottom electrode creates micro arcs and local melt-outs can form in the bottom of the electrode, what for the penetration of water from the water-cooled cavity of the Bottom electrode ksnn into the liquid metal of the furnace bath and thus lead to a furnace explosion. The local melt-out points in the electrode can also be subjected to excessive overheating of the metal in the furnace and in the presence of localized flaws in the bottom of the bottom electrode develop. The electrode bottom is used to ensure higher reliability provided with a steel plate that is tightly connected to the floor. This measure delays the formation of melt-outs but does not exclude them.

Die Kontrolle über lokale Ausschmelzstellen im Boden der Elektrode kann man nach dem Temperaturgefälle des K;hlwassers durchführen, das dem Elektrodenhohlraum zugeführt und daraus abgeführt wird. Da aber das TemperatuIgefälle des Kühlwassers unbedeutend ist, ist ao eine Kontrolle über lokale Ausschmelzstellen nicht sicher genug. Control over local melt-outs in the bottom of the electrode can be carried out according to the temperature gradient of the cooling water that enters the electrode cavity is supplied and discharged from it. But since the temperature gradient of the cooling water is insignificant, ao control over local melt-outs is not certain enough.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bodenelektrode in einer Ausführung zu schaffen, die es gestattet , den Notzustand der Bodenelektrode bei der Bildung von lokalen Ausschmelzstellen in ihrem Boden festzustellen. The invention is based on the object of providing a bottom electrode in to create a design that allows the emergency state of the bottom electrode to be found in the formation of local melt-outs in their soil.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, deß eine Bodenelektrode flir Schmelzöfen, die eine Kupferbüchse darstellt, deren Boden mit seiner Außenstirnfläche sich in Kontakt mit dem Einsatz oder mit der Schmelze befindet . und deren innerer Hohlraum für die Zuführung von Kühlwasser bestimmt ist, erfindungsgemäß mit einem Mittel zum Aufdecken von lockalen Ausschmelzstellen im Boden versehen ist, das aus einem System von radialen Kanälen besteht, die über dem gesamten Querscnnitt der Elektrodc gleichmässig angeordnet sind und mindenstens in einer quer liegenden Ebene des Bodens zwischen seiner Außenstirnfläche und dem innerem Elektrodenhohlraum verlaufen, wobei diese Kanäle mit einem Gas unter einem Druck gefüllt sind, der den statischen Druck im Schmelzofen übersteigt, und mit einem Geber zur Kontrolle von diesem Druck verbunden sind. This object is achieved in that a bottom electrode for melting furnaces, which represents a copper can, the bottom of which with its outer face is in Contact with the insert or with the melt. and its inner cavity is intended for the supply of cooling water, according to the invention with a means is provided for uncovering curly melt-out points in the ground, which consists of a system consists of radial channels which extend over the entire cross section the electrodes are evenly arranged and at least in a transverse position Plane of the ground between its outer face and the inner electrode cavity run, these channels being filled with a gas under a pressure that exceeds the static pressure in the furnace, and with a transducer for control connected by this pressure.

Eine derartige Ausführung der Bodenelektrode gestattet es, den Notzustand der Bodenelektrode bei der Bildung von Ausschmelz stellen in ihrem moden bis zu den gasgefüllten Kanälen festzustellen und folglich einer eventuellen explosion im Ofen vorzubeugen.Such a design of the bottom electrode allows the emergency state the bottom electrode in the formation of melted out places in their modes up to determine the gas-filled channels and consequently a possible explosion to prevent in the oven.

Zur besseren Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der erfindung mit Bezug~ nahme auf die Zeichnungen angeführt, es zeigt: Fig. 1 die erfindungsgemäae Bodenelektrode für Schmelzöfen mit teilweisem Längsschnitt; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1. In order to better explain the invention, an exemplary embodiment is given below of the invention with reference to the drawings, it shows: Fig. 1 the Bottom electrode according to the invention for melting furnaces with partial longitudinal section; Fig. 2 shows a section along line 11-11 of FIG. 1.

Die Bodenelektrode für Schmelzöfen stellt die Kupferbüchse 1 (Fig. 1) dar, deren Boden 2 eine Außenstirnfläche 3 aufweist, die sich iri Kontakt mit dem Einsatz 4 oder der Schmelze befinden soll. Der Oberteil des Bodens 2 besteht zwecks Erhöhung der Sicherheit aus einer Stahlplatte 5. In den inneren Hohlraum 6 der Elektrode ist ein Rohr 7 eingesetzt, das mit einem Stutzen 8 zur Zufuhr vorn IUhlwasser und mit einem Stutzen 9 zu dessen Abfuhr verbunden ist. Die Bodenelektrode ist mit einem Mittel zum Aufdecken von lokalen Durchschmelzen des Bodens 2 versehen, das aus einem System von radialen Kanälen 10 und 11 besteht, die über dem gesamten Querschnitt der Elektrode gleichmässig verteilt sind. Die Kanäle 10 und 11 liegen in zwei quer verlaufenden Ebenen des Bodens 2 zwischen seiner Außenstirnfläche 3 (Fig. 1) und dem inneren Hohlraum 6, wobei die Kanäle 11 zur Erhöhung der Sicherheit des Mittels zum Aufdecken von lokalen Ausschmelzen in der quer verlaufenden Ebene in bezug auf die Kanäle 10 versetzt sind, wie Fig. 2 zeigt. Die Kanäle 10 und 11 sind mit einem Gas unter einem Druck gefüllt, der den statischen Druck im Schmelzofen übersteigt, in dessen Herd 12 (Fig. 1) die Bodenelektrode eingemauert ist. Das System der Kanäle 10 ist mit einem Geber en en 15 zur Druckkontrolle über ein kanal 13 und ein Stutzen 14 abgeschlossen verbunden und durch ein Ventil 16 und das System der Kanäle 11 ist ebenfalls mit einem Geber 19 zur Druckkontrolle en en über ein Kanal 17 und ein Stutzen 18 verbunden und durch ein Ventil 20 abgeschlossen. The bottom electrode for melting furnaces is the copper can 1 (Fig. 1), the bottom 2 of which has an outer face 3 which is in contact with the insert 4 or the melt should be located. The upper part of the bottom 2 consists to increase security from a steel plate 5. In the inner cavity 6 of the electrode, a tube 7 is inserted, which is provided with a connector 8 for the feed at the front IUhlwasser and is connected to a nozzle 9 for its discharge. The bottom electrode is provided with a means for uncovering local meltdowns of the soil 2, which consists of a system of radial channels 10 and 11, which over the entire Cross-section of the electrode are evenly distributed. Channels 10 and 11 are located in two transverse planes of the base 2 between its outer end face 3 (Fig. 1) and the inner cavity 6, the channels 11 to increase security of the means for uncovering local melt-outs in the transverse plane are offset with respect to the channels 10, as shown in FIG. Channels 10 and 11 are filled with a gas at a pressure that corresponds to the static pressure in the melting furnace exceeds, in the hearth 12 (Fig. 1) the bottom electrode is walled in. The system The channel 10 is equipped with a transmitter 15 for pressure control via a channel 13 and a port 14 closed and connected by a valve 16 and the system the channels 11 is also with a transmitter 19 for pressure control en via a Channel 17 and a connecting piece 18 are connected and closed by a valve 20.

Die Gasfüllung der Kanäle 10 und 11 unter einem Druck, der den statischen Druck im Schmelsofen übersteigt, erfolgt vor dem Einschalten des Ofens, wonach die Ventile 16 und 20 geschlossen werden und das Gas steht in den Kanälen 10 und 11 während des ganzen Betriebes des Ofens unter einem konstanten statischen Druck, der von den Gebern i5 und 19 kontrolliert wird. The gas filling of the channels 10 and 11 under a pressure that the static Pressure in the smelting furnace exceeds, takes place before switching on the furnace, after which the Valves 16 and 20 are closed and the gas is in channels 10 and 11 during the entire operation of the furnace under a constant static pressure, which is controlled by encoders i5 and 19.

Beim Ofenbetrieb strömt das Kühlwasser mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit über den Stutzen 8 in den Hohlraum 6 der Elektrode und wiid über den Stutzen 9 abgeführt, wobei es die Wärme vom Boden 2 wirksam ableitet. When the furnace is in operation, the cooling water flows at a specified speed via the connecting piece 8 into the cavity 6 the electrode and wiid over the nozzle 9 dissipated, whereby it dissipates the heat from the bottom 2 effectively.

Bei der Bildung von Mikrolichtbögen zwischen dem kinsatz 4 und dem Boden 2, bei großer Uberhitzung ds Metalls im Ofen oder bei örtlichen Fehlern im Boden 2 der Bodenelek trode entstehen lokale Ausschmelzstellen im Boden 2. Beim lokalen Ausschmelzen des Bodens 2 der Bodenelektrode bis zum System der radialen Kanäle 11 hinein, die über den gesamten Querschnitt der elektrode gleichmässig angeordnet sind, wird des Systems von Kanälen 11 undicht, der Druck darin sinkt stark und der Geber 19 zur Druckkontrolle gibt ein Warnsignal über den Notzustand der Bodenelektrode. Beim Vorhandensein eines Systems von radialen Kanälen 11 wird der Ofen abgeschaltet und das Metall aus dem Ofen abgestochen. When micro arcs form between the kinsatz 4 and the Floor 2, if the metal in the furnace has overheated or if there are local defects in the Bottom 2 of the bottom electrode result in local melt-outs in the bottom 2. When local melting of the bottom 2 of the bottom electrode up to the system of the radial Channels 11 into it, which are arranged evenly over the entire cross section of the electrode are, the system of ducts 11 is leaking, the pressure in them drops sharply and the Sensor 19 for pressure control gives a warning signal about the emergency state of the bottom electrode. In the presence of a system of radial channels 11, the furnace is switched off and tapped the metal from the furnace.

eines Beim Vorhandensein zuleiten Systems von radialen Kanälen 10 wird die Leistung des Ofens herabgesetzt und der Schmelzvorgang wird zu Ende geführt. Im Falle des Ausschmelzens des Bodens 2 bis zum zweiten System von radialen Kanälen 10 wird auch ein Warnsignal gegeben und das Metall wird aus dem Ofen unverzüglich abgestochen. a system of radial ducts 10 that feed in when present the performance of the furnace is reduced and the melting process is completed. In the case of the melting of the bottom 2 up to the second system of radial channels 10 a warning signal is also given and the metal is removed from the furnace immediately cut off.

einem Auf solche Weise wird . lokalen Ausschmelzen des Bodens 2 bis zu seinem wassergefüllten Hohlraum 6 hinein, das Eindringen von Wasser aus dem Hohlraum 6 in den Ofen fuhren kann, und somit : Elxplosion des Ofens vorgebeugt. one in such a way becomes. local melting of the soil 2 bis into its water-filled cavity 6, the penetration of water from the cavity 6 can go into the furnace, thus preventing an explosion in the furnace.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Bodenelektrode flir SchmelzUfen, die eine Kupferbüchse darstellt, deren Boden eine Außenstirnfläche aufweist, die sich in Kontakt mit dem Einsatz oder mit der Schmelze befindet und deren Innenhohlraum zur Zufuhr von Eühlwasser vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß sie mit einem Mittel zum Aufdecken von lokalen Ausschmelzstellen im Boden (2) versehen ist, das aus einem System von radialen Kanälen (10 und 11) besteht, die über den gesamten Querschnitt der Elektrode gleichmässig angeordnet sind und in mindestens einer quer verlaufenden Ebene des Bodens (2) zwischen seiner Außenstirnfläche (3) und dem Innenhohlraum (6) der Elektrode liegen, wobei dies Kanäle (10 und 11) mit einem Gas unter einem Druck, der den statischen Druck im Schmelzofen Ubersteigt, gefüllt und mit Gebern (15 und 19) zur Kontrolle dieses Drucks verbunden sind. PATENT CLAIM: Bottom electrode for melting furnaces with a copper can represents, the bottom of which has an outer end face that is in contact with the Insert or located with the melt and its inner cavity for the supply of Eühlwasser it is intended that they be with a means is provided for uncovering local melt-out points in the ground (2), which consists of a System of radial channels (10 and 11) exists over the entire cross-section of the electrode are arranged evenly and in at least one transverse Level of the bottom (2) between its outer end face (3) and the inner cavity (6) of the electrode, this being channels (10 and 11) with a gas under one Pressure that exceeds the static pressure in the furnace, filled and with sensors (15 and 19) are connected to control this pressure.