EP0050683A1 - Elektrode für Lichtbogenöfen - Google Patents
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- H05B7/10—Mountings, supports, terminals or arrangements for feeding or guiding electrodes
- H05B7/101—Mountings, supports or terminals at head of electrode, i.e. at the end remote from the arc
Definitions
- the invention relates to an electrode for arc furnaces made of a separable upper section made of metal and a replaceable lower section made of consumable or only slowly consumed material, which have a substantially cylindrical shape and by a screw nipple or the g l. are connected to one another, the upper section having a liquid cooling device with a flow channel and a return channel.
- Electrodes of this type as are known for example from DE-AS 27 39 483, have the advantage over conventional carbon electrodes that only the tip of the electrode can be used up and must be replaced. In contrast, the remaining electrode part, namely the liquid-cooled electrode holder, can be used over a longer period of time.
- Electrodes of this type are subjected to considerable stress when used in an arc furnace, in particular one in which scrap is melted down. Damage to the electrode, for example in the area of the high-temperature-resistant coating or in the liquid-cooled upper part of the electrode, can already occur when the electrode is moved into the oven. There is also a risk of arcing between the upper metal shaft, which conducts the electrical current, in which the coolant is guided and the metallic insert of the arc furnace. In addition, the slipping of shot parts into the melt results in mechanical stresses, and such and other faults can lead to electrode failure, water ingress into the arc furnace due to leakage of the coolant and explosions.
- Electrodes of this type have become known, for example, from DE-OS 1 565 208 and US Pat. No. 3,689,740, the arc being conducted over the electrode tip at sufficient speed by means of magnetic fields. Such electrodes have so far not been able to assert themselves in arc furnaces in which scrap is melted due to the risk of short-circuiting when the electrodes are retracted or the tendency to damage when the batch is melted down.
- European patent application 79302809.3 describes a likewise ceramic-protected electrode, in which the liquid cooling is central in the metal shaft runs. For additional security, graphite rods are inserted in it, the breakage or erosion of which can be controlled by the pressure of gas flowing around these rods. Although such a design of the metal shaft makes it easier to check mechanical damage, the overall design of the electrode is relatively complex and mechanical damage to the metal shaft that actually occurs can only be remedied with considerable effort after the entire electrode has been removed.
- DE-AS 27 39 483 also describes an electrode of the type mentioned at the outset, in which the liquid cooling, among other things.
- ring channels directly on the outer wall ensure that the liquid return is directly adjacent to the outer surface line of the metal shaft, so that the outer wall of the metal shaft simultaneously represents the inner wall of the return channel.
- the invention has for its object to provide a safe working, maintenance-friendly and less prone to failure electrode.
- it should be easy to assemble or disassemble for inspection.
- the cooling liquid should be prevented from escaping and rapid, simple repairs should be possible while minimizing downtimes.
- an electrode of the type mentioned at the outset which is characterized in that an inner part and an outer part of the upper section are designed to be detachable from one another in such a way that the inner part contains the liquid guiding chamber with flow and return channels, and the outer Part of the inner part may only be covered in a partial section.
- the outer part represents the connection electrode and can consist of the same metal or metal alloy as the inner part. Cooling bores or the like can be made in the outer part. Furthermore, it is also possible to drill holes in the outer part, e.g. for guiding and storing insulating protective layers underneath.
- the inner part is encased by the outer part only in a partial area, so that the metal shaft as a whole can be formed from an upper area of larger diameter and a lower area of smaller diameter.
- the inner part can be caused by a high temperature be resistant insulating layer which, for example, advantageously adjoins the outer part downwards and extends up to the vicinity of the screw nipple or the like or beyond to a generally small partial coverage of the consumable part.
- the high-temperature-resistant insulating layer can consist of ceramic material, but also of graphite coated with ceramic material.
- the insulating layer can consist of a solid molded part, for example a coated graphite single tube or a series of sub-segments, which can hold themselves independently in a counter bearing, for example according to the tongue and groove system, and are movable in the direction of the electrode axis.
- the electrode in which the inner part is encased in an upper part region, in particular in the region of the side power supply, it is generally not necessary to additionally coat the outer part with a ceramic, insulating coating.
- this will depend on the respective dimensioning of the height of the outer part in relation to the inner part and can be determined accordingly depending on the use and purpose of the electrode.
- the inner part of the electrode is led into the nipple connection with which the upper section of metal and the consumable lower section are connected.
- the liquid cooling device of the inner part which runs axially in the latter, is advantageously inserted into the screw nipple itself, since this is more special, depending on the material used May be exposed to heat.
- connection between the inner and outer part can be done in several ways.
- the connecting line is usually parallel to the electrode axis.
- the detachable connection can be made by means of a thread or by correspondingly fitting the parts. It is particularly preferred when the inner part is constructed as a adapter piece in conical or cone shape!, 'Wherein the outer and inner member optionally can additionally comprise a thread in a partial area.
- Connection jaws e.g. be attached via pockets or holders with which the power supply for the electrode is connected.
- pockets are fastened to the outer part, in which graphite plates or segments are introduced for power supply.
- a number of advantages are achieved by designing the electrode according to the invention. Due to the water routing in the inner part, it remains intact even if the outer part is mechanically damaged. In the event of damage to the outer area of the upper section, it is therefore not necessary to stop the supply of coolant, to empty the electrode, etc. Because of the simple detachability of the outer section, it can be easily replaced in the event of damage as a component, while the conventional constructions are complete Repair or replace the metal shaft. Due to the lateral power supply, for example via graphite contact jaws or segments, which are attached, for example, in holding pockets, it is in the event of malfunctions in the Area of the internal fluid guide is not necessary to carry out the electrode as a whole from the contact rail, since only the inner part can be triggered.
- the high-temperature-resistant, insulating protective layer can be connected in a particularly compact and expedient form, it not being necessary, for example, for the outer part if this is in the area of the power supply is limited to provide additional insulation.
- connection options of inner part 16 and outer part 17 can be seen as a fitting piece, optionally also with a partial thread.
- Pins 9 or the like can be guided over bores 8, which hold the insulating coating 4 on a counter bearing 7 via the spring 10.
- the insulating part can additionally be fastened by brackets 14. Cooling holes 15 are shown in the outer part, while connecting jaws 18, e.g. are shown from graphite. These can be held in brackets or pockets 19 which are attached to the outer edge of the metal shaft.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Lichtbogenöfen aus einem auftrennbaren oberen Abschnitt aus Metall und einem ersetzbaren unteren Abschnitt aus sich verbrauchendem bzw. nur langsam sich verbrauchendem Material, die eine im wesentlichen zylindrische Form aufweisen und durch einen Schraubnippel oder dergl. miteinander verbunden sind, wobei der obere Abschnitt eine Flüssigkeits-Kühleinrichtung mit einem Vorlaufkanal und einem Rücklaufkanal aufweist.
- Elektroden dieser Art, wie sie beispielsweise durch die DE-AS 27 39 483 bekannt sind, besitzen gegenüber üblichen Kohleelektroden den Vorzug, daß nur die Elektrodenspitze verbrauchbar ist und ausgewechselt werden muß. Dagegen kann der verbleibende Elektrodenteil, nämlich die flüssigkeitsgekühlte Elektrodenhalterung über einen längeren Zeitraum verwendet werden.
- Elektroden diesen Typs sind bei ihrem Einsatz in einem Lichtbogenofen, insbesondere einem, bei dem Schrott eingeschmolzen wird, erheblichen Beanspruchungen ausgesetzt. Bereits beim Einfahren der Elektrode in den Ofen können sich Beschädigungen der Elektrode, z.B. im Bereich der hochtemperaturbeständigen Beschichtung oder im flüssigkeitsgekühlten oberen Teil der Elektrode ergeben. Darüber hinaus besteht die Gefahr von Lichtbogenüberschlägen zwischen dem den elektrischen Strom leitenden oberen Metallschaft, in dem die Kühlflüssigkeit geführt ist und dem metallischen Einsatz des Lichtbogenofens. Darüber hinaus ergeben sich durch das Einrutschen von Schrotteilen in die Schmelze mechanische Beanspruchungen, wobei solche und andere Störungen zum Elektrodenausfall, zu Wassereinbrüchen in den Lichtbogenofen durch Austritt der Kühlflüssigkeit und Explosionen führen können.
- Diesen Gefahren sind im besonderen Ausmaß solche flüssigkeitsgekühlten Lichtbogenelektroden ausgesetzt, bei denen auch die Elektrodenspitze aus nicht-verbrauchbarem Material, sondern aus flüssigkeitsgekühltem Metall ausgebildet ist. Elektroden dieses Typs sind beispielsweise aus der DE-OS 1 565 208 und der US-PS 3 689 740 bekannt geworden, wobei der Lichtbogen mittels Magnetfeldern mit ausreichender Geschwindigkeit über die Elektrodenspitze geführt wird. Solche Elektroden konnten sich durch die Kurzschlußgefahr beim Einfahren der Elektroden oder durch die Neigung zu Beschädigungen beim Einschmelzen der Charge bislang nicht in Lichtbogenöfen, in denen Schrott miteingeschmolzen wird, durchsetzen.
- Es ist daher z.B. in der GB-PS 1 223 162 der Einsatz von flüssigkeitsgekühlten Metallschäften mit Verbrauchsteil vorgeschlagen worden, wobei der Metallschaft mit einem keramischen Schutzüberzug versehen ist. Auch in der BE-PS 867 876 ist eine solche Elektrode beschrieben, bei der die Wasserführungsrohre in einer Masse aus feuerfestem Material eingebettet sind.
- In der europäischen Patentanmeldung 79302809.3ist eine ebenfalls keramisch geschützte Elektrode beschrieben, bei der die Flüssigkeitskühlung zentral im Metallschaft verläuft. In diesem sind zur zusätzlichen Sicherung Graphitstäbe eingeschoben, deren Bruch oder Erosion durch den Druck von Gas kontrolliert werden kann, das diese Stäbe umströmt. Wenngleich durch solche Ausbildung des Metallschaftes die Kontrolle mechanischer Beschädigungen erleichtert ist, ist die Elektrode konstruktiv insgesamt relativ aufwendig und tatsächlich auftretende mechanische Beschädigungen des Metallschaftes können nur unter erheblichem Aufwand nach Herausnahme der gesamten Elektrode behoben werden.
- In der DE-AS 27 39 483 ist ebenfalls eine Elektrode des eingangs genannten Typs beschrieben, bei der die Flüssigkeitskühlung u.a. durch direkt an der Außenwandung geführte Ringkanäle sichergestellt ist.Dabei ist Wert darauf gelegt, daß der Flüssigkeitsrücklauf unmittelbar an der äußeren Mantellinie des Metallschaftes angrenzt, so daß die Außenwandung des Metallschaftes gleichzeitig die Innenwandung des Rücklaufkanals darstellt. Zur Erleichterung von Wartungsarbeiten und Überprüfungen ist es schließlich möglich, den gesamten inneren Teil aus dem äußeren Teil des oberen Abschnittes herauszunehmen. Hierzu ist es erforderlich, die Schraubbolzen eines Ringflansches zu lösen und nach Beendigung der Flüssigkeitszuführung und Entleerung des Kühlungssystemes die innere Struktur auszuheben. Die Elektrode erlaubt jedoch im Falle auftretender Beschädigungen im Bereich des oberen Abschnittes noch keine schnelle, relativ einfache Reparaturmöglichkeit.Auch führt eine mechanische Beschädigung des oberen Abschnittes oder auch durch Kurzschluß aufgrund der außenliegenden Ringkanäle sowie Rückführleitungen direkt zu Wassereinbrüchen und gegebenenfalls den hiermit verbundenen Explosionen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sicher arbeitende, wartungsfreundliche und weniger störanfällige Elektrode zu schaffen. Sie soll insbesondere leicht montierbar oder zur Überprüfung demontierbar sein. Im Falle auftretender mechanischer Beschädigungen der Elektrode soll ein Austritt der Kühlungsflüssigkeit vermieden und eine rasche, einfache Reparatur unter Minimierung der Stillstandszeiten möglich sein.
- Diese Aufgabe wird durch eine Elektrode des eingangs genannten Typs gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein innerer Teil und ein äußerer Teil des oberen Abschnitts voneinander derart lösbar ausgebildet sind, daß der innere Teil die Flüssigkeitsführungskammer mit Vorlauf- und Rücklaufkanal enthält, und der äußere Teil den inneren Teil gegebenenfalls nur in einem Teilabschnitt ummantelt.
- Der äußere Teil stellt die Anschlußelektrode dar und kann aus dem gleichen Metall bzw. Metallegierung bestehen wie der innere Teil. In dem äußeren Teil können Kühlbohrungen oder dergleichen eingebracht sein. Desweiteren ist es auch möglich, im äußeren Teil Halterungsbohrungen, z.B. zur Führung und Lagerung von darunter liegenden isolierenden Schutzschichten, vorzusehen.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist der innere Teil lediglich in einem Teilbereich von dem äußeren Teil ummantelt, so daß der Metallschaft insgesamt aus einem oben liegenden Bereich größeren und einem unten liegenden Bereich geringeren Durchmessers gebildet sein kann. Bei einer derartigen Elektrode kann der innere Teil durch eine hochtemperaturbeständige Isolierschicht geschützt sein, die sich z.B. mit Vorteil an den äußeren Teil nach unten anschließt und sich bis in die Nähe des Schraubnippels oder dergleichen oder darüber hinaus bis zu einer, im Regelfall kleinen Teil- überdeckung des Verbrauchsteiles erstreckt. Die hochtemperaturbeständige Isolierschicht kann aus keramischem Material, aber auch aus mit keramischem Material gecoatetem Graphit bestehen. Mit besonderem Vorteil kann die Isolierschicht aus einem massiven Formteil, z.B. einem gecoateten Graphiteinzelrohr oder einer Serie von Teilsegmenten, die sich z.B. nach dem Feder-Nut-System in einem Gegenlager selbständig halten können und in Richtung der Elektrodenachse beweglich sind, bestehen.
- Bei der bevorzugten Elektrodenausführung, bei der der innere Teil in einem oberen Teilbereich, insbesondere im Bereich der seitlichen Stromzuführung, ummantelt ist, ist es im allgemeinen nicht erforderlich, den äußeren Teil zusätzlich mit einer keramischen, isolierenden Beschichtung zu überziehen. Dies wird allerdings von der jeweiligen Bemessung der Höhe des äußeren Teils in Relation zu dem inneren Teil abhängig sein und kann je nach Einsatz und Zweck der Elektrode entsprechend bestimmt werden.
- Der innere Teil der Elektrode ist bis in die Nippelverbindung geführt, mit der der
obere Abschnitt aus Metall und der verbrauchbare untere Abschnitt verbunden sind. Die Flüssigkeitskühleinrichtung des inneren Teils, die in diesem axial verläuft, wird mit Vorteil bis in den Schraubnippel selbst eingeführt, da dieser, je nach eingesetztem Material, besonderer Hitzebeanspruchung ausgesetzt sein kann. - Die Verbindung von innerem und äußerem Teil kann auf mehrfache Weise erfolgen. Dabei liegt die Verbindungslinie im Regelfall parallel zur Elektrodenachse. Beispielsweise kann die lösbare Verbindung durch ein Gewinde oder durch entsprechende Einpassung der Teile erfolgt sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn der innere Teil !als Einpaßstück in Kegel- oder Konusform ausgebildet ist, 'wobei der äußere und innere Teil gegebenenfalls in einem Teilbereich zusätzlich ein Gewinde aufweisen können.
- An den äußeren Teil können Anschlußbacken, z.B. über Taschen oder Halterungen befestigt sein, mit denen die Stromzuführung für die Elektrode in Verbindung steht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an dem äußeren Teil Taschen befestigt, in denen Graphitplatten oder -segmente zur Stromzuführung eingebracht sind.
- Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Elektrode werden eine Reihe von Vorteilen erzielt. Durch die im inneren Teil geführte Wasserführung bleibt diese auch bei mechanischer Beschädigung des äußeren Teiles intakt. Es ist deshalb bei einer Beschädigung des Außenbereiches des oberen Abschnittes nicht erforderlich, die Kühlflüssigkeitszufuhr zu stoppen, die Elektrode zu entleeren etc. Durch die einfache Ablösbarkeit des äußeren Abschnittes kann dieser im Falle einer Beschädigung als Bauteil leicht ausgewechselt werden, während die herkömmlichen Konstruktionen eine vollständige Reparatur des Metallschaftes bzw. dessen Austausch erfordern. Durch die seitliche Stromzuführung, z.B. über Graphitkontaktbacken bzw. -segmente, die z.B. in Haltetaschen angefügt sind, ist es bei Störungen im Bereich der innen liegenden Flüssigkeitsführung nicht erforderlich, die Elektrode als Ganzes aus der Kontaktschiene auszuführen, da lediglich der Innenteil ausgelöst werden kann. Durch die Ausbildung des oberen Bereiches in einen Abschnitt größeren und einen Abschnitt kleineren Durchmessers läßt sich die hochtemperaturbeständige, isolierende Schutzschicht in besonders kompakter und zweckmäßiger Form anschließen, wobei es dann z.B. nicht erforderlich sein muß, den äußeren Teil,wenn dieser auf den Bereich der Stromzuführung beschränkt ist, zusätzlich isolierend zu schützen.
- Die Erfindung wird weiter in den nachstehenden Figuren veranschaulicht, in denen für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Wenngleich die Figuren bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrode darstellen, ist diese nicht hierauf beschränkt. Es zeigen:
- Figur 1 einen Längschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode;
- Figur 2 einen Längsschnitt durch den oberen Teil einer Elektrode mit alternativem oberen Abschnitt, wobei die Elektrode im Bereich der Isolierung geschnitten ist;
- Figur 3 einen Längschnitt durch den oberen Teil einer Elektrode mit alternativem oberen Abschnitt, wobei die Elektrode im Bereich der Isolierung geschnitten ist, und
- Figur,4 einen Querschnitt durch den oberen Abschnitt der Elektrode.
- Aus Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau der Elektrode aus dem oberen Abschnitt 5 und unteren Abschnitt 6, die durch einen Schraubnippel 1 verbunden sind, ersichtlich. Die Zuführung des Kühlmittels erfolgt über einen zentralen Vorlaufkanal 2, wobei die Kühlflüssigkeit über die Rücklaufkanäle 3 wieder ausgeführt wird. Aus den Figuren ist gut ersichtlich, daß das Kühlsystem im inneren Teil 16 geführt ist, auf das der äußere Teil 17'aufgesetzt ist.
- Insbesondere aus den Figuren 2 und 3 sind einige der bevorzugten Verbindungsmöglichkeiten von innerem Teil 16 und äußerem Teil 17 als Einpaßstück., gegebenenfalls zusätzlich mit Teilgewinde,ersichtlich. Über Bohrungen 8 können Stifte 9 oder dergleichen geführt sein, die über die Feder 10 die isolierende Beschichtung 4 auf einem Gegenlager 7 halten. Das Isolierteil kann zusätzlich durch Halterungen 14 befestigt sein. Im äußeren Teil sind Kühlbohrungen 15 gezeigt, während außen Anschlußbacken18, z.B. aus Graphit gezeigt sind. Diese können in Halterungen oder Taschen 19, die am Außenrand des Metallschaftes befestigt sind, gehalten werden.
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