DE2707441B2

DE2707441B2 - FlüssigkeitsgekühJter Deckel für Lichtbogenöfen

Info

Publication number: DE2707441B2
Application number: DE2707441A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7601 Willstaett Fuchs; Rudolf 6100 Darmstadt Kasper
Original assignee: KORF-STAHL AG 7570 BADEN-BADEN
Current assignee: KORF-STAHL AG 7570 BADEN-BADEN
Priority date: 1977-02-21
Filing date: 1977-02-21
Publication date: 1980-09-18
Also published as: MX145062A; DE2707441A1; US4197422A

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten

Deckel für Lichtbogenöfen mit mehreren Elektroden, bestehend aus einem die Elektroden umfassenden, gegen sie elektrisch isolierten inneren Deckelteil und einem den inneren Deckelteil ringförmig umgebenden, von Kühlwasser durchflossenen äußeren Deckelteil, der als Kühlkasten bzw. Kühlrohrbereich ausgebildet oder aus mehreren Kühlkasten bzw. Kühlrohrbereichen zusammengesetzt ist

Der Deckel eines Lichtbogenofens, der betriebsnotwendige öffnungen z. B. zur Durchführung der Elektroden, zur Zuführung von Einsatzstoffen und zur Entfernung von Abgasen und Staub enthält ist bekanntlich extremen thermischen Belastungen ausgesetzt Um diesen Belastungen standhalten zu können, wird der Ofendeckel üblicherweise als Gewölbe aus feuerfesten Steinen gemauert '/mx Aufnahme des

Gewölbedruckes wird gewöhnlich ein schmaler Ring

aus Stahl vorgesehen. Dieser thermisch im allgemeinen weniger belastete Ring wird häufig mit Wasser gekühlt

Da gemauerte Deckel wegen des hohen Personal-

und Materialaufwandes in der Herstellung sehr teuer sind und jede Reparatur bzw. Neuzustellung einen Stillstand des Lichtbogenofens verursacht, hat man versucht, die Haltbarkeit der Zustellung durch geeignete Wahl von Steinen oder Feuerfestmasse und durch eine Kühlung zu erhöhen. So wird beispielsweise bei dem durch die Zeitschrift »Neue Hütte«, 9. Jahrgang, Heft 2, Seiten 118/119, bekannt gewordenen wassergekühlten Deckel für Lichtbogenöfen die übliche Zustellung mit Silikasteinen durch eine wassergekühlte Zustellung aus basischer Stampfmasse ersetzt und hierdurch eine wesentliche Erhöhung der Gewölbehaltbarkeit erzielt Aus der DE-PS 8 24 813 ist allgemein bekannt, für einen elektrischen Reduktionsofen eine Wasserkühlung vorzusehen; außerdem soll dort die Ofendecke sowohl gegenüber den Elektroden und der Aufhängung als auch gegenüber dem Ofenkörper elektrisch isoliert sein, ohne daß dort nähere konstruktive Ausführungen angegeben sind, mit denen Lichtbogenüberschläge zwischen Elektroden und dem Deckel

h5 vermieden werden können. Der US-PS 19 22 312 ist eine mit Sektoren versehene und als Kühlkasten bzw. Kühlrohrbereich ausgebildete Ofendecke zu entnehmen, wobei jedoch nähere Angaben zur erforderlichen

Isolation der Elektroden gegenüber den Sektoren fehlen. Aus der US-PS »9 92 465 ist schließlich ein Lichtbogenofen mit einem Deckel der eingangs genannten Art bekannt Auch dieser Patentschrift sind keinerlei Maßnahmen entnehmbar, um der Gefahr von unkontrollierten stromstarken Lichtbogenüberschlägen zwischen Elektroden und Deckel wirkungsvoll zu begegnen.

Die unkontrollierbaren Oberschläge können beispielsweise durch die bei den Abrissen des Arbeits-Lichtbogens auftretenden Oberspannungen ausgelöst werden. Sie sind extrem gefährlich, da die mit ihnen verbundenen Potentialverschleppungen eine unmittelbare Lebensgefahr für das Bedienungspersonal darstellen. Mittelbar können die starken Ströme die Armaturen und den Deckel selbst so schwer beschädigen, daß der Ofenbetrieb unmöglich wird. So kann der Kahlmittelumlauf unterbrochen werden, was die baldige Zerstörung des- Deckels zur Folge hat Dringt aufgrund einer solchen Beschädigung gar Kühlmittel in den Ofen ein, dann kann es zu einer Explosion kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem flüssigkeitsgekühlten Deckel der einleitend genannten Art Lichtbogenüberschiäge zwischen den Elektroden und dem Deckel und die hieraus resultierenden gefährlichen Folgen zu verhindern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der innere Deckelteil aus mehreren, jeweils mit einer Durchtrittsöffnung für eine Elektrode versehenen, gegeneinander und gegen den äußeren Deckelteil elektrisch isolierten Kühlkästen bzw. Kühlrohrbereichen zusammengesetzt ist

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die Erfindung wird bei einem flüssigkeitsgekühlten Deckel der einleitend genannten Art sichergestellt daß etwaige Fehlerströme ungefährlich bleiben. Die Probleme, die sich bei der gegenseitigen Isolierung der Kühlkästen bzw. der Hohlkörper ergeben — die Isolation muß in der Lage sein, erhebliche mechanische Kräfte bei gleichzeitiger hoher thermischer Belastung zu übertragen, ohne daß die Isolationsfestigkeit verloren geht — sind bei dem erfindungsgemäßen Deckel dadurch in besonders vorteilhafter Weise gelöst, daß einerseits der Außenrand des inneren Kühlkastens bzw. der Hohlkörper auf den Innenrand der Randzone des Deckels aufgesetzt ist und andererseits die mechanische Verbindung zwischen diesen Teilen über elektrisch isolierte Rohrstücke erfolgt, die zugleich der Zuleitung des Kühlmittels dienen.

Die Erfindung wird «.lurch ein Ausführungsbeispiel anhand von 4 Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 b schematischei Darstellung einen Längsschnitt durch einen Lichtbogenofen mit drei Elektroden, wobei der Schnitt der Schnittlinie H-II der Fig.3 entspricht;

F i g. 2 und 3 den Längsschnitt IMI der F i g. 3 und die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Deckels für einen Lichtbogenofen mit drei Elektroden;

F i g. 4 den Ausschnitt IV der F i g. 2 in vergrößerter Darstellung.

Die schematische Schnittansicht nach Fig. I dient dazu, bei einem Lichtbogenofen, dessen Deckel im wesentlichen aus einem metallischen Kühlkasten besteht die grundsätzlich möglichen Fehlerstrompfade aufzuzeigen. In Fi g. 1 ist mit 1 das Ofengefäß, mit 2 die Schmelze, mit 3 ein Kühlmittel führender metallischer Kühlkasten, mit 4 und b J; eine von drei Elektroden und mit 6 und 7 je ein Isolierring aus Feuerfestmasse bezeichnet Ausgelöst, beispielsweise durch die bei den Abrissen des Arbeitslichtbogens auftretenden Übsrspannungen, können sich grundsätzlich zwischen zwei Elektroden, für die stellvertretend in Fig. 1 die beiden Elektroden 4 und S stehen, die Fehlerstrompfade 8 und 9 ausbilden. Ein Lichtbogenüberschlag zwischen Elektroden und Deckel führt dann zu einem großen Strom, wenn eine Isolationsstrecke durch einen Defekt

ίο elektrisch leitend geworden ist. Dies kann beispielsweise durch Materialdiffusion im Isolationsmaterial oder durch auf den Deckel fallendes Material, wie leitenden Staub, Chargiermaterial etc. geschehen. Dei dem Beispiel nach Fig. 1 ist, wenn man unterstellt daß die Wand des Ofengefäßes, sei es durch die Tragkonstruktion oder durch Materialdiffusion in der Ausmauerung, elektrisch leitend ist im Strompfad 8 nur die durch den Isolierring 6 gebildete Isolierstelle vorhanden, und es kommt bei einem Defekt dieses Isolierringes im Falle eines Lichtbogenüberschlages zu einem stromstarken Fehlerstrom, der sich über die Oberfläche des Deckels verbreitet und hier zu gefährlichen ^potentialverschiebungen führen kann.

Ein Fehlerstrom längs des Pfades 9 tritt bei Defekten

im Isolierring 6 und im Isolierring 7 auf.

Lichtbogenüberschläge mit ihren gefährlichen Folgen können dadurch wirksam verhindert werden, daß der Kühlkasten 3 nach Fig. 1 entsprechend der im Anspruch 1 gegebenen Anweisung unterteilt wird.

Dadurch ergibt sich, daß sämtliche Fehlerstrompfade wenigstens zwei Isolierstellen enthalten. Hierdurch wird sichergestellt daß bei Beschädigung einer Isolierstelle immer noch eine weitere Isolierstelle zur Verfügung steht die den Fehlerstrom auf ein zulässiges Maß begrenzt Eine besonders vorteilhafte Verwirklichung dieses Prinzips ist in den F i g. 2 bis 4 dargestellt

Bei dem in den Fi g. 2 und 3 im Längsschnitt H-II und in einer Draufsicht dargestellten Deckel sind ein die Elektroden 11, 12 und 13 umfassender innerer Kühlkasten 14 sowie ein äußerer ringförmiger Kühlkasten 15 im Randabschnitt des Deckels vorgesehen. Der innere Kühlkasten ist gegenüber dem äußeren ringförmigen Kühlkasten elektrisch isoliert. Hierdurch wird in den möglichen Fehlerstrompfad 8 die in F i g. 1 gestrichelt angedeutete Isolierstelle 16 eingefügt Ferner ist bei dem gewählten Ausführuiigsbeispiel der innere Kühlkasten 14 in drei sektorförmige elektrisch gegenseitig isolierte Hohlkörper 17,18 und 19 unterteilt, die jeweils eine Durchtrittsöffnung für die betreffende Elektrode enthalten. Durch diese Unterteilung wird die in F i g. 1 gestrichelt dargestellte Isolierstelle 20 in den möglichen Fehlersirompfad 9 eingefügt Die Fugen zwischen dem inneren Kühlkasten 8 und dem äußertn ringförmigen Kühlkasten 15 sowie zwischen den Hohlkörpern des inneren Kühlkastens 8 sind bei diesem Beispiel jeweils mit elektrisch isolierende* Feuerfestmasse ausgefüttert In F i g. 3 ist im äußeren ringförmigen Kühlkasten noch eine öffnung 10 zur Entfernung von Abgasen und Staub und es sind ferner die Versorgungsleitungen für das Zu- und Abführen der Kühlflüssigkeit zu den Hohlkörpern 17 bis 19 dargestellt. So wird beispielsweise dem Hohlkörper 18 das Kühlmittel über eine Leitung 21 zugeführt, gelangt von hier in den Hohlraum 22 am Innenrand des äußeren

πι ringförmigen Kühlkastens 15 (vergl. F i g. 2) tritt an der Stelle 23 aus und .drd über die Leitung 24 in den Hohlkörper 18 eingeleitet, in dem es die Elektrode !2 umfließt und über die Leitung 25 den Hohlkörper 18

wieder verläßt. Die Leitung 25 mündet an der Stelle 26 in einen weiteren, dem Hohlraum 22 entsprechenden, aber diesem gegenüber abgegrenzten Hohlraum des äußeren ringförmigen Kühlkastens 15 und verläßt schließlich diesen Hohlraum über die Leitung 27. Die Flüssigkeitsversorgung der übrigen Hohlkörper erfolgt in analoger Weise.

Der Außenrand des inneren Kühlkastens 14 bzw. der Hohlkörper 17,18 und 19 ist als sich auf den Innenrand des ringförmigen Kühlkastens 15 abstützender Flansch 28, 29 bzw. 30 ausgebildet Dieser Flansch ist ferner durch elektrisch isolierte Rohrstücke 31, die zugleich der Zuleitung des Kühlmittels dienen, auf dem Innenrand des äußeren ringförmigen Kühlkastens 15 befestigt. Diese Art der Befestigung,die wie aus F i g. 3 ersichtlich, für jeden Hohlkörper an vier Stellen vorgesehen ist und die zur vollständigen Befestigung der Hohlkörper ausreicht, ist in vergrößertem Maßstab in Fig.4 ausbi_illiiübwciSc uaigcsicüi.

F i g. 4 läßt erkennen, daß eine solche zugleich der Zu- bzw. Ableitung des Kühlmittels dienende Befestigungsstelle ein am inneren Rand des ringförmigen Kühlkastens 15 befestigtes Rohrstück 32 enthält, das einen zwischen zwei Isolierringen 33 und 34 eingespannten, nach außen gezogenen Ringflansch 35 aufweist, der von einer an einem oberen Rohrstück 36 angebrachten Manschette 37 übergriffen wird, die ihrerseits einen sich auf einen dritten Isolierring 38 abstützenden, nach innen gezogenen Ringflansch 39 aufweist. Der Ringflansch 39 wird beim Zusammenbau an der Manschette 37 angeschweißt oder anderweitig befestigt, nachdem die beiden Rohrslücke 32 und 36 in die dargestellte Stellung gebracht worden sind. Auf der Manschette 37 stützt sich der ringförmige Flansch 29 des Hohlkörpers 18 ab und wird durch eine nur in F i g. 2 dargestellte Mutter in seiner Position festgehalten. Auf das obere Rohrstück 36 wird die Leitung für das Kühlmittel aufgeschraubt, das dann über eine öffnung 40 im unteren Rohrstück 32 eine Verbindung zum Hohlraum 22 oder einen diesem Hohlraum entsprechenden Hohlraum in einem anderen Bereich des Innenrandes des äußeren Kühlkastens 15 hat.

Vorzugsweise ist wenigstens ein Teil der Außenfläche der Kühlkasten bzw. der Kühlrohre durch eine thermische ,Schutzschicht bedeckt. Eine solche Schutzschicht 41 bzw. 42 ist in Fig.4 an der Unterseite des Hohlkörpers 18 bzw. des Kühlkastens 15 dargestellt. Die Schicht soll fest haftend angebracht sein. Zu diesem Zweck sind an der Unterseite des Hohlkörpers 18 bzw. des Kühlkastens 15 Vorsprünge vorgesehen, die diese thermische Schutzschicht aus Feuerfestmasse festhalten und gleichzeitig kühlen. Durch die thermische und > zugleich elektrisch isolierende Schutzschicht wird verhindert, daß die Isolierstellen 16 bzw. 20 durch einen Nebenschluß über hochstehende Metallstücke des Ofeneinsatzes wirkungslos gemacht werden, wenn beispielsweise die Unterseite des Deckels beim

ι» Aufsetzen auf einen voll chargierten Ofen mit diesen Metallstücken in Berührung kommt.

Der in den F i g. 2 bis 4 dargestellte Deckel weist eine weitere Besonderheit auf, die im folgenden anhai d von F i g. 2 näher beschrieben wird.

ι '> Der äußere Randbereich 43 des im Randabschnitt des Deckels vorgesehenen äußeren Kühlkastens 15 hat eine größere Höhe als der übrige Bereich dieses Kühlkastens und ist in radialer Richtung in zwei getrennte ι iOiiiraüiTiC 44 und 45 ·\ιτ d;c lm czw. d:c AD:c:iüng der

2i) Kühlflüssigkeit unterteilt. Diese Hohlräume bilden Ringleitungen für die Kühlflüssigkeit, die der gesamten Kühlmittelversorgung des Deckels dienen. In diese Ringleitungen bzw. Hohlräume 44 und 45 münden Rohre 46 bzw. Öffnungen 47 für die Zufuhr der

r> Kühlflüssigkeit zu den einzelnen Kühlkästen bzw Hohlkörpern oder unterteilte Abschnitte der Kühlkasten. Die Besonderheit liegt darin, daß die Rohre 46, von denen r jr eines stellvertretend für eine Vielzahl vor Rohren dargestellt ist, durch die Erhöhung des

i» Randbereiches 43 im Deckel selbst untergebracht und durch eine Abdeckung 48, die in den F i g. 2 und 3 nur im Ausschnitt dargestellt ist, vor einer Verschmutzung und damit vor der Gefahr von elektrischen Nebenschlüsser geschützt werden können. Die Abdeckung 48 liegt

r> außen auf dem Rand 43 auf und innen auf einem ringförmigen Steg 49. Damit wird eine kompakte Form des Deckels ermöglicht, der geschützt vor die Isolation beeinträchtigenden Einflüssen einen wesentlichen Tei seiner installation im Deckel selbst enthält Es sei noch

4i) darauf hingewiesen, daß bei dem gewählten Beispiel dei äußere Kühlkasten 15, welcher in Fig.3 in Form eine« geschlossenen Ringes dargestellt ist. sowohl in Um fangsrichtung als auch in radialer Richtung in einzelne getrennt mit Kühlflüssigkeit versorgte Abschnitte

■»5 unterteilt und mit Zwangsführungen für die Kühlflüssigkeit versehen ist, die eine optimale Kühlung des Deckel; gewährleisten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssjglceitsgekühlter Deckel für Lichtbogenöfen mit mehreren Elektroden, bestehend aus einem die Elektroden umfassenden, gegen sie elektrisch isolierten inneren Deckelteil und einem den inneren Deckelteil ringförmig umgebenden, von Kühlwasser durchflossenen äußeren Deckelteil, der als Kühlkasten bzw. Kühlrohrbereich ausgebildet oder aus mehreren Kühlkästen bzw. Kühlrohrbereichen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Deckelteil (14) aus mehreren jeweils mit einer Durchtrittsöffnung für eine Elektrode (11) versehenen, gegeneinander und gegen den äußeren Deckelteil (15) elektrisch isolierten Kühlkasten bzw. Kühlrohrbereichen (17, 18,19) zusammengesetzt ist

2. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Lichtbogenofen mit drei entsprechend den Ecken sines gleichseitigen Dreiecks angeordneten Elektroden (11,12, 13>tne Hohlkörper (17,18,19) sektorförmig mit jeweils einer Durchtrittsöffnung für die betreffende Elektrode ausgebildet sind.

3. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ringförmigen Kühlkasten (15) im Randabschnitt des Deckels und einem inneren Kühlkasten (14) im Bereich der Elektroden (U, 12,13) der Außenrand des inneren Kühlkastens (14) bzw. der Hohlkörper (17,18,19) dieses Kühlkastens elektrisch isoliert auf dem Innenrand des ringförmigen Kühlkastens (15) aufliegt.

4. Flüssigkeitsgekühher De-.kel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrand des inneren Kühlkastens (14) bzw. ν sr Hohlkörper (17, 18,19) dieses Kühlkastens und/oder der Innenrand des ringförmigen Kühlkastens (15) als Flansch (28, 29,30) ausgebildet ist

5. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Flansch am Innenrand des ringförmigen Kühlkastens (15) als flüssigkeitsgekühlter Flansch ausgebildet ist

6. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, ds S die mechanische Verbindung zwischen wenigstens zwei benachbarten Kühlkästen (14,15) bzw. Hohlkörpern über gegenseitig elektrisch isolierte Rohrstücke (32, 36) erfolgt, die zugleich der Zuleitung des Kühlmittels dienen.

7. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Rohrstück (32) an dem einen Kühlkasten (15) bzw. dem einen Hohlkörper befestigt ist und einen zwischen zwei Isolierringen (33, 34) eingespannten nach außen gezogenen Ringflansch (35) aufweist, der von einer am anderen Rohrstück (36) angebrachten Manschette (37) Übergriffen wird, die ihrerseits einen sich auf einem dritten Isolierring (38) abstützenden nach innen gezogenen Ringflansch (39) aufweist, und daß sich auf der Manschette (37) der Außenrand bzw. der ringförmige Flansch (29) des anderen Kühlkastens bzw. des anderen Hohlkörpers abstützt.

8. Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel einen besonders geringen elektrischen Leitwert aufweist.

9, Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Außenfläche der Kühlkasten (14,15) bzw, der Kühlrohre durch eine thermische Schutzschicht (42) bedeckt ist

10, Flüssigkeitsgekühlter Deckel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Randbereich des im Randabschnitt (43) des Deckels vorgesehenen äußeren Kühlkastens (15) eine größere Höhe als der übrige Bereich dieses Kühlkastens aufweist und in radialer Richtung in zwei getrennte Hohlräume (44,45) für die Zu- bzw. die Ableitung der Kühlflüssigkeit unterteilt ist, über die durch Rohre (46) bzw. öffnungen (47) die Versorgung der Kühlkästen (15) bzw. der Hohlkörper mit Flüssigkeit erfolgt, und daß die Rohre durch eine auf den äußeren Kühlkasten aufgebrachte Abdeckung (48) vor einer Verschmutzung geschützt sind.