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PATENTANSPRÜCHE
1. Hohlelektrode für einen Lichtbogenofen zum Beschikken des Ofeninneren mit feinkörnigem oder staubförmigem Einsatzmaterial und/oder zur Einführung von Gasen in das Ofeninnere, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlelektrode zweiteilig ausgebildet ist und ein im wesentlichen aus Metall bestehendes, mit einer Durchgangsbohrung (9) versehenes Oberteil (2), das mit einem Kühlmedium gekühlt ist, und aus einem hohlzylindrischen Unterteil (5) aus Verbrauchsmaterial besteht, wobei Ober- und Unterteil lösbar miteinander verbunden sind.
2. Hohlelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Ober- und Unterteil der Hohlelektrode durch eine Schraubverbindung (4), die eine starke Konizität aufweist, lösbar miteinander verbunden sind.
3. Hohlelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (2) doppelwandig ausgebildet ist, und die voneinander distanzierten Wandungen gegenseitig abgestützt sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Wandungen als Kühlraum (3) dient.
4. Hohlelektrode nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere metallische Teil aussen mit einem elektrisch isolierenden Überzug (7) versehen ist.
5. Hohlelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch isolierende Überzug (7) aus einem keramischen Material besteht.
6. Hohlelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Füllkanal (9) des oberen Teils (2) bildende Bohrung (9) mit einem abriebfesten Überzug (10) versehen ist.
7. Hohlelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der abriebfeste Überzug aus Siliziumkarbid besteht.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hohlelektrode für einen Lichtbogenofen zum Beschicken des Ofeninneren mit feinkörnigem oder staubförmigem Einsatzmaterial und/oder zur Einführung von Gasen in das Ofeninnere.
Zur Stabilisierung des an der Elektrodenspitze unruhig brennenden Lichtbogens werden inerte Gase, z.B. Argon, durch die Hohlelektrode in das Lichtbogen-Plasma geleitet.
Ein anderer Verwendungszweck, der immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist, feinkörniges und/oder staubförmiges Ein satzmaterial durch die Hohlelektrode hindurch in den Ofenraum zu fördern.
Diese Schmelzmethode ist z.B. beschrieben in der Zeitschrift iron and steel engineer , März 1980; Seiten 4345 unter dem Titel ELRED-A new process for the less expensive production of liquid iron .
Hierbei wird vorreduziertes Eisenerz in einen Gleichstromlichtbogenofen chargiert und in diesem im Reduktionsverfahren zu Eisen reduziert.
Die bei diesem Schmelz- bzw. Reduktionsverfahren verwendeten Hohlelektroden sind erheblichen mechanischen und thermischen Verschleissvorgängen unterworfen. Die wesentlichsten Verschleissursachen sind der stromabhängige Spitzenabbrand, der bei Hohlelektroden ungefähr demjenigen von Vollelektroden entspricht, die seitliche Elektrodenwandoxidation sowie Elektrodenbrüche. Weiterhin unterliegen die Wände des Füllkanals, da Graphit ein relativ wenig abriebfestes Material ist, beim Chargiervorgang einem beständigen mechanischen Abrieb. Die Folge davon ist eine Verringerung der Wanddicke der Hohlelektrode und ein daraus resultierender verstärkter Spitzenabbrand sowie verringerte Festigkeit.
Würde man diesem mechanischen Verschleissvorgang durch beispielsweise Verminderung des Durchmessers des Füllkanals und/oder grössere Wanddicken begegnen, so würde diese Massnahme mit einerseits geringerer Schmelzleistung bzw. mit höheren Kosten verbunden sein.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie im unabhängigen Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Hohlelektrode zu schaffen, deren Lebensdauer wesentlich gesteigert wird und die ein einfaches Chargieren von feinkörnigem Einsatzmaterial ermöglicht.
Dabei ist die Hohlelektrode zweiteilig ausgebildet und weist ein im wesentlichen aus Metall bestehendes mit einer Durchgangsbohrung versehenes Oberteil auf, das mit einem Kühlmedium gekühlt ist, und besteht aus einem hohlzylindrischen Unterteil aus Verbrauchsmaterial, wobei Ober- und Unterteil lösbar miteinander verbunden sind.
Der Vorteil dieser zweiteiligen Hohlelektrode ist darin zu sehen, dass z.B. vorreduziertes Eisenerz mit hohen Staubanteilen direkt in die Wärmequelle gefördert werden kann, wo es mit relativ geringem Energieverbrauch geschmolzen bzw.
reduziert wird. Ausserdem sind die Materialverluste, hervorgerufen durch Abbrand- bzw. Absaugung, ebenfalls gering.
Würde das staubförmige Einsatzmaterial z.B. durch den Ofendeckel in das Ofeninnere chargiert, müsste es vorher pelletisiert werden. Dieser zusätzliche Arbeitsaufwand wäre wiederum mit einer Verteuerung des Einsatzmaterials verbunden.
Gemäss Anspruch 2 sind Ober- und Unterteil der Hohlelektrode durch eine Schraubverbindung lösbar miteinander verbunden. Die Schraubverbindung weist eine starke Konizität auf und erlaubt eine einfache Handhabung beim Ersetzen des verbrauchten Unterteil es durch ein neues. Zu diesem Zweck wird die ganze Elektrode mit einem Kran aus der Elektrodenhaltevorrichtung gezogen und ausserhalb des Ofens das verbrauchte Elektrodenteil ausgewechselt.
Nach Anspruch 3 ist der obere Teil der Hohlelektrode doppelwandig ausgebildet, und die voneinander distanzierten Wandungen sind gegenseitig abgestützt, wobei der Zwischenraum zwischen den Wandungen als Kühlraum dient.'
Damit keine Kurzschlüsse mit anderen im Ofengefäss befindlichen Materialien auftreten können, ist entsprechend Anspruch 4 der Oberteil der Hohlelektrode mit einem elektrisch isolierenden Überzug versehen. Somit kann der Lichtbogen nur zwischen dem aus Verbrauchsmaterial bestehenden Unterteil und dem im Ofengefäss befindlichen Einsatzmaterial brennen.
Entsprechend Anspruch 5 besteht der elektrisch isolierende Überzug an der metallischen Aussenwand des Oberteils der Hohlelektrode aus einem thermisch beständigen keramischen Material mit hohem elektrischem Widerstand.
Nach Anspruch 6 ist die den Füllkanal bildende des oberen Teils der Hohlelektrode bildende Bohrung mit einem abriebfesten Überzug versehen. Dadurch ist gewährleistet, dass das aus Metall bestehende Oberteil der Hohlelektrode gegen mechanischen Verschleiss geschützt ist.
Gemäss Anspruch 7 besteht der abriebfeste Überzug an der Wandung des Füllkanals beispielsweise aus Siliziumkarbid.
Elektroden, die aus einem Ober- und aus einem Unterteil bestehen, sind z.B. aus der DE-AS 27 39 483 bekannt. Hierbei ist jedoch der untere aus Verbrauchsmaterial bestehende Teil der Elektrode als Vollelektrode ausgebildet. Dieser untere Teil ist mit einem Schraubnippel mit dem oberen Teil verbunden, und dieser befindet sich in der Elektrodenachse, so dass eine durchgehende Bohrung von Ober- und Unterteil nicht realisiert werden kann und somit eine Beschickungsmöglichkeit durch die Elektrode hindurch mit dieser technischen Lösung nicht gegeben ist.
Die Kombination des oberen metallischen Teils mit dem unteren Verbrauchsteil der Hohlelektrode wurde bisher nicht verwirklicht.
Einerseits befürchtet man, dass das mit einer Bohrung
versehene metallische Oberteil, das zusätzlich z.B. mit Wasser gekühlt ist, noch nicht den Stand an Betriebssicherheit erreicht hat, um es gefahrlos bei der Eisen- und Stahlerzeugung im Lichtbogenofen einzusetzen.
Andererseits bestanden Bedenken, ob die Verbindungsstelle zwischen Ober- und Unterteil der Hohlelektrode stark genug dimensioniert sei, um den insbesondere beim Einschmelzvorgang auftretenden Querkräften bei Berührung mit festen Materialien standzuhalten. Umfassende Versuche über einen längeren Zeitraum unter normalen Betriebsbedingungen mit der erfindungsgemässen Hohlelektrode haben jedoch alle Bedenken entkräftet und die technischen Vorteile nachweisen können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert:
Gemäss der beiliegenden Zeichnung ist in einer Elektrodenhaltevorrichtung 1 eine Hohlelektrode gehalten, die im wesentlichen aus dem oberen Teil 2 und dem unteren Teil 5 der Hohlelektrode besteht. In dem oberen Teil 2 der Hohlelektrode ist ein Kühlraum 3 ausgebildet, der in diesem Beispiel ringförmig ausgeführt ist, wobei für die Zirkulation des nicht dargestellten Kühlmediums, z.B. Wasser, Zu- und Abflusskanäle 8 dienen. Der obere Teil 2 der Hohlelektrode ist mit deren unteren Teil 5, das aus Graphit besteht, durch eine konische Schraubverbindung 4 verbunden. Die äussere Oberfläche des metallischen Oberteils 2 ist mit einem elektrisch isolierenden Überzug 7 geschützt.
Dieser elektrisch isolierende Überzug 7 besteht aus einem keramischen Material
Die Zuführung des elektrischen Stromes zum oberen metallischen Teil 2 der Hohlelektrode erfolgt über einen elektrischen Kontakt 6, der bei geschlossener Einklemmvorrrichtung gegen die Elektrode drückt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Einklemmvorrichtung, die einerseits den oberen Teil 2 der Hohlelektrode und die Elektrodenhaltevorrichtung 1, sowie andererseits den oberen Teil 2 der Hohlelektrode, den elektrischen Kontakt 6 und die Elektrodenhaltevorrichtung 1 verbindet, nicht dargestellt. Damit keine Kurzschlüsse mit andern im Ofengefäss befindlichen Materialien auftreten können, ist das metallische Oberteil 2 der Hohlelektrode an der äusseren Oberfläche mit einem elektrisch isolierenden Überzug 7 versehen, der aus einem keramischen Material besteht.
Die Wandung des Füllkanals 9 des oberen metallischen Teils 2 der Hohlelektrode unterliegt bei der Chargierung von z.B. grobem, scharfkantigem Einsatzmaterial einem starken mechanischen Verschleiss und ist deshalb zur Erhöhung der Lebensdauer der Hohlelektrode mit einem mechanisch abriebfesten Überzug 10 geschützt, der z.B. aus Siliziumkarbid bestehen kann. Darüber hinaus kann dieser abriebfeste Überzug 10 auch elektrisch isolierend sein, um den Anschluss von Einfüllvorrichtungen an die Hohlelektrode zu erleichtern.
Ist das als Verbrauchsmaterial ausgebildete Unterteil 5 der Hohlelektrode aufgebraucht, wird die ganze Hohlelektrode nach Lösen der Klemmvorrichtung - dies ist bei dem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt - mittels eines Kranes aus der Elektrodenhaltevorrichtung gezogen, und das verbrauchte Elektrodenteil 5 wird durch ein neues ersetzt.
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PATENT CLAIMS
1. Hollow electrode for an arc furnace for charging the interior of the furnace with fine-grained or dust-shaped feed material and / or for introducing gases into the interior of the furnace, characterized in that the hollow electrode is formed in two parts and is essentially made of metal and has a through-bore (9) Upper part (2), which is cooled with a cooling medium, and consists of a hollow cylindrical lower part (5) made of consumables, the upper and lower part being releasably connected to one another.
2. Hollow electrode according to claim 1, characterized in that the upper and lower part of the hollow electrode are detachably connected to one another by a screw connection (4) which has a strong conicity.
3. Hollow electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the upper part (2) is double-walled, and the spaced-apart walls are mutually supported, the space between the walls serving as a cooling space (3).
4. Hollow electrode according to claim 1 or 3, characterized in that the upper metallic part is provided on the outside with an electrically insulating coating (7).
5. Hollow electrode according to claim 4, characterized in that the electrically insulating coating (7) consists of a ceramic material.
6. Hollow electrode according to one of claims 1 to 5, characterized in that the filling channel (9) of the upper part (2) forming the bore (9) is provided with an abrasion-resistant coating (10).
7. Hollow electrode according to claim 6, characterized in that the wear-resistant coating consists of silicon carbide.
The invention relates to a hollow electrode for an electric arc furnace for charging the interior of the furnace with fine-grained or dust-like feed material and / or for introducing gases into the interior of the furnace.
In order to stabilize the arcing burning at the electrode tip, inert gases, e.g. Argon, passed through the hollow electrode into the arc plasma.
Another use, which is becoming increasingly important, is to promote fine-grained and / or dusty insert material through the hollow electrode into the furnace space.
This melting method is e.g. described in the magazine iron and steel engineer, March 1980; Pages 4345 under the title ELRED-A new process for the less expensive production of liquid iron.
Here, pre-reduced iron ore is charged into a direct-current arc furnace and reduced to iron in the reduction process.
The hollow electrodes used in this melting or reduction process are subject to considerable mechanical and thermal wear processes. The main causes of wear are the current-dependent tip burn-off, which corresponds approximately to that of solid electrodes for hollow electrodes, the lateral electrode wall oxidation and electrode breaks. Furthermore, since graphite is a relatively less abrasion-resistant material, the walls of the filling channel are subject to constant mechanical abrasion during the charging process. The consequence of this is a reduction in the wall thickness of the hollow electrode and a resulting increased tip erosion and reduced strength.
If this mechanical wear process were to be countered by, for example, reducing the diameter of the filling channel and / or greater wall thicknesses, this measure would be associated, on the one hand, with a lower melting capacity or with higher costs.
The invention seeks to remedy this. The invention, as characterized in independent claim 1, solves the problem of creating a hollow electrode, the service life of which is significantly increased and which enables simple charging of fine-grained feed material.
The hollow electrode is formed in two parts and has an essentially metal upper part which is provided with a through hole and is cooled with a cooling medium, and consists of a hollow cylindrical lower part made of consumables, the upper and lower part being detachably connected to one another.
The advantage of this two-part hollow electrode is that e.g. Pre-reduced iron ore with high dust content can be conveyed directly into the heat source, where it can be melted or consumed with relatively little energy.
is reduced. In addition, the material losses caused by combustion or suction are also low.
Would the dusty feedstock e.g. charged through the furnace lid into the furnace interior, it would have to be pelletized beforehand. This additional workload would in turn increase the cost of the input material.
According to claim 2, the upper and lower parts of the hollow electrode are detachably connected to one another by a screw connection. The screw connection has a strong taper and allows easy handling when replacing the used lower part with a new one. For this purpose, the entire electrode is pulled out of the electrode holding device with a crane and the used electrode part is exchanged outside the furnace.
According to claim 3, the upper part of the hollow electrode is double-walled, and the spaced walls are mutually supported, the space between the walls serving as a cooling space. '
So that no short circuits with other materials in the furnace vessel can occur, the upper part of the hollow electrode is provided with an electrically insulating coating. Thus, the arc can only burn between the lower part made of consumables and the feed material located in the furnace vessel.
According to claim 5, the electrically insulating coating on the metallic outer wall of the upper part of the hollow electrode consists of a thermally resistant ceramic material with high electrical resistance.
According to claim 6, the filling channel forming the upper part of the hollow electrode is provided with an abrasion-resistant coating. This ensures that the upper part of the hollow electrode, which is made of metal, is protected against mechanical wear.
According to claim 7, the abrasion-resistant coating on the wall of the filling channel consists for example of silicon carbide.
Electrodes consisting of an upper and a lower part are e.g. known from DE-AS 27 39 483. Here, however, the lower part of the electrode consisting of consumables is designed as a full electrode. This lower part is connected to the upper part by means of a screw nipple, and this is located in the electrode axis, so that a continuous drilling of the upper and lower part cannot be realized and thus there is no possibility of charging through the electrode with this technical solution .
The combination of the upper metallic part with the lower consumable part of the hollow electrode has not yet been realized.
On the one hand, there are fears that this will involve drilling
provided metallic upper part, which e.g. cooled with water has not yet reached the level of operational safety so that it can be used safely in iron and steel production in the electric arc furnace.
On the other hand, there were concerns as to whether the connection point between the upper and lower part of the hollow electrode was dimensioned to be strong enough to withstand the lateral forces that occur in particular during the melting process when it comes into contact with solid materials. Comprehensive tests over a longer period of time under normal operating conditions with the hollow electrode according to the invention have dispelled all concerns and have been able to demonstrate the technical advantages.
The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing:
According to the accompanying drawing, a hollow electrode is held in an electrode holding device 1, which essentially consists of the upper part 2 and the lower part 5 of the hollow electrode. In the upper part 2 of the hollow electrode, a cooling space 3 is formed, which in this example is designed in a ring shape, whereby Water, inlet and outlet channels 8 serve. The upper part 2 of the hollow electrode is connected to the lower part 5, which consists of graphite, by a conical screw connection 4. The outer surface of the metallic upper part 2 is protected with an electrically insulating coating 7.
This electrically insulating coating 7 consists of a ceramic material
The electrical current is supplied to the upper metallic part 2 of the hollow electrode via an electrical contact 6 which presses against the electrode when the clamping device is closed. In the illustrated embodiment, the clamping device, which on the one hand connects the upper part 2 of the hollow electrode and the electrode holding device 1, and on the other hand the upper part 2 of the hollow electrode, the electrical contact 6 and the electrode holding device 1, is not shown. So that no short circuits can occur with other materials in the furnace vessel, the metallic upper part 2 of the hollow electrode is provided on the outer surface with an electrically insulating coating 7, which consists of a ceramic material.
The wall of the filling channel 9 of the upper metallic part 2 of the hollow electrode is subject to the charging of e.g. coarse, sharp-edged insert, strong mechanical wear and is therefore protected to increase the life of the hollow electrode with a mechanically abrasion-resistant coating 10, which e.g. can consist of silicon carbide. In addition, this abrasion-resistant coating 10 can also be electrically insulating in order to facilitate the connection of filling devices to the hollow electrode.
If the lower part 5 of the hollow electrode designed as a consumable is used up, the entire hollow electrode is pulled out of the electrode holding device by means of a crane after loosening the clamping device - this is not shown in the exemplary embodiment, and the used electrode part 5 is replaced by a new one.