DD203805A5

DD203805A5 - Verfahren zur verhinderung des abbrands an einer stromleitenden elektrode fuer metallurgische oefen und elektrode

Info

Publication number: DD203805A5
Application number: DD82243986A
Authority: DD
Inventors: Emil Elsner; Dietfried Reiber; Josef Messmer; Peter Kaiser
Original assignee: Von Roll Ag
Priority date: 1981-10-15
Filing date: 1982-10-14
Publication date: 1983-11-02
Also published as: EP0077513B1; ES516265A0; DK456482A; EP0077513A1; BR8206010A; DE3266857D1; ATE16070T1; US4498185A; JPS5875791A; ZA826996B; ES8401140A1; CA1204807A

Abstract

Die Elektrode weist einen dauerhaften Oberteil (I, II) und eine verzehrbare Spitze (III) auf. Durch das Oberteil (I, II) erstrecken sich eine Anzahl Kupferrohre (6), auf deren Enden Muttern (7, 9) aufgeschraubt sind und ein Zusammenspannen des Oberteils (I, II) ermoeglichen. Die Verbindung mit d. verzehrbaren Spitze (III) erfolgt mittels einer Zwischenplatte (10) und eines Nippels (5), in welch letzterem Kanaele (22) zur Verbindung der Kupferrohre (6) gebohrt sind. Am oberen Ende der Elektrode werden die Kupferrohre (6) durch Rohrboegen (23) miteinander verbunden. Wird ein Kuehlmedium durch die Kupferrohre (6) geleitet, kann die Temperatur an der Umfangsflaeche des Oberteils zuverlaessig unter der kritischen Temperatur gehalten werden, bei der Abbrand auftreten wuerde.

Description

243986 7 ~^~ Berlin, den 20.1.1983

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Verfahren zur Verhinderung des Abbrands an einer stromleitenden Elektrode für metallurgische Öfen und Elektrode

Anwendungssebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung des Abbrands an Umfangsflächen einer stromleitenden Elektrode für metallurgische öfen, die sich aus einem dauerhaften Oberteil und einer verzehrbaren Spitze zusammensetzt und im Oberteil gekühlt wird, sowie eine stromleitende Elektrode zur Durchführung des Verfahrens.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zum Betrieb metallurgischer öfen, ζ. 3. Elektroofen zum Schmelzen von Stahlschrott, werden gewöhnlich Graphit- oder Kohleelektroden verwendet. Da diese während des Schmelzbetriebs einem dauernden Abbrand unterliegen, müssen sie periodisch mindestens teilweise erneuert werden» Die Rohstoffe zur Herstellung solcher Elektroden verknappen jedoch immer mehr und unterliegen zudem dauernden-Preissteigerungen, wodurch die anteiligen Kosten für die Elektoden bei den metallurgischen Prozessen entsprechend aunehmen.

Beim Lichtbogenofen setzt sich beispielsweise der Verbrauch an Graphitelektroden wie folgt zusammen: Vom Gesamtverbrauch sind etwa 50 ;a Abbrand der Slektrodenspitze, etwa 45 % seitlicher Slektrodenabbrand und etwa 5 % Verluste durch älektrodenbruch.

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Es sind verschiedene Anstrengungen unternommen worden, um den Verbrauch an Graphitelektroden zu senken« Da der Spitzenabbrand durch den Betrieb des Ofens gegeben ist, hat man die Bemühungen vor allem auf die Verringerung des seitlichen Äbbrandes gerichtet. Bekannt sind Elektroden, bei denen der obere 2eil nicht aus Graphit, sondern aus einem Metall besteht, beispielsweise aus einem Kupferrohr, das durch ein Kühlmedium gekühlt wird. An diesem Oberteil ist mittels eines Gewindenippels aus G_raphit oder Metall eine verzehrbare Spitze aus Graphit befestigt. Die aus Metall bestehenden Siektrodenteile des Oberteils weisen den liachteil auf, daß sie höheren Warmeverlusten unterliegen und die Gefahr des Durchbrennens bei Kontakt mit leitenden Teilen, z. B. Stahlschrott, besteht. Um den letzteren Nachteil zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, die Elektrodenteile aus Metall umfangseitig elektrisch zu isolieren. Die hierzu verwendeten bekannten Isoliermittel weisen jedoch keine genügende Haltbarkeit auf, 3in weiterer Nachteil besteht darin, daß solche Elektrodenteile aus Metall nur schwer in herkömmliche Elektrodenhalterungen eingespannt werden können und bei der Stromzuführung Schwierigkeiten auftreten.

Weiter ist es bekannt, zum Vermeiden des seitlichen Abbrand es die aus Graphit bestehenden Elektrodenteile zu beschichten oder zu imprägnieren. Beide Verfahren sind jedoch aekir aufwendig. Zudem können auch hier Schwierigkeiten bei der Stromzuführung in der Elektrodenhalterung auftreten.

Ziel der -£r find uns;

Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten liachteile zu vermeiden.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das "Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß eine wesentliche Verminderung des seitlichen Abbrandes mit vertretbarem Aufwand erreicht wird, ohne dabei die Elektrode in ihrer äußeren Porm zu ändern oder zusätzliche Maßnahmen vorzusehen«

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der dauerhafte Oberteil aus Graphit oder Kohle hergestellt und durch ein im Innern desselben geführtes Kühlmedium unter Abbrandtemperaturen gekühlt wird. Das Kühlmedium, z. B, Wasser, wird im Zwangsumlauf geführt.

Für die durchführung des. Verfahrens dient eine Elektrode, bei der der dauerhafte*'Oberteil mit. zwei oder mehr sich in Längsrichtung über die Gesamtlänge des Oberteils erstreckenden Metallrohren, z. 3. aus Kupfer, versehen ist, in denen das Kühlmedium zirkuliert.

Die Elektrode ist dadurch gekennzeichnet, daß der Oberteil am oberen Eiiäe eine Deckplatte und am unteren Ende eine Zwischenplatte aufweist, wobei sich die MetalIröhre durch dieserPlatten..erstrecken- und über Spannmittel, z. Bi auf die Rohrenden aufgesetzte Flanschenmuttern und Muttern, das Oberteil einspannen und verstärken.

An der Zwischenplatte ist ein Uippel zum Anschrauben der verzehrbaren Spitze, z. 3. durch Schraubenbolzen, befestigt, in dem Kanäle gebohrt sind, die an die in der Zwischenplatte mündenden Enden dsr Metallrohre anschließen,

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Zwischen dein Uippel und den Enden der Metallrohre sind Dichtungen angebracht, die aus gutleitenden Metallen bestehen· Zwischen der Zwischenplatte und den Enden der Metallrohre sind spannbare Dichtungsringe, z. B. Hingspannelemente, aus gutleitendem Metall angebracht. Die Dichtungsringe und die Dichtung bestehen aus einem der Metalle Weichkupfer oder Silber, Die Zwischenplatte und der liippel bestehen aus einem gutleitenden Material, z. B, Kupfer.

Die Spannmittel der Metallrohre .dienen zum Zusanimenspannen eines aus zwei oder mehr Teilstücken bestehenden Oberteils.

Die Metallrohre sind in Serie geschaltet und durch an der Deckplatte und in dem Nippel vorgesehene Verbindungskanäle verbunden« Die Verbindungskan-äle auf der Oberseite der Deckplatte sind Rohrbogen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und nachfolgend beschrieben. Ea zeigen:

Pig« T: eine Ansicht einer stromleitenden Elektrode,

Pig. 2; eine vergrößerte Darstellung der ülektrodenach Figo 1, teilweise im Schnitt, und

Pig. 3: eine Draufsicht der elektrode nach Pig. 2.

Die in Pig. 1 dargestellte stromleitende Elektrode setzt sich aus drei Elektrodenteilen I, II, III zusammen, von denen die 'Teile I, II den dauerhaften Oberteil und der

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ί_ a ο ζ> ν U / ₅₁

Teil III die verzehrbare Spitze der Elektrode bilden. Am oberen Bn.de ist die Elektrode durch eine Deckplatte 1 abgedeckt, die über den Querschnitt der Elektrode vorsteht, um ein Durchrutschen durch die Elektrodenhalterung zu vermeiden. Unter der Deckplatte 1 ist ein Teil der Elektrodenhalterung 2 erkennbar, die zur Aufnahme der Elektrode in nicht näher dargestellter Weise ausgebildet ist. An der Deckplatte 1 ist zudem ein Tragbügel 3 befestigt.

Die Blektrodenteile I, II, III sind durch im Zentrum des 31ektrodenquerschnitts angeordnete Gewindenippel 4, 5 fest verschraubt. Der Gewindenippel 4 kann ebenfalls aus Graphit oder aber aus Kupfer hergestellt sein, während der Gewindenippel 5, wie noch gezeigt wird, zweckmäßig aus Kupfer hergestellt ist. Anstelle des Nippels 4 kann eine Peder-liut-7erbindung- verwendet werden. Die Elektrode muß nicht aua den in S¹Ig. 1 dargestellten drei Teilen I, II, III zusammengesetzt sein. Der Oberteil kann entweder nur aus einem einzigen ALektrodenteil oder aber aus mehr als zwei Slektrodenteilen bestehen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Elektrode wird anhand von Fig. 2 und 3 näher erläutert. Der !lippel 4 ist hier nicht mehr vollständig gezeichnet, da er gegenüber bekannten Ausführungen unverändert bleibt. Durch die -Slektrodenteile I, II des dauerhaften Oberteils erstrecken sich mehrere, in das Elektrodenmaterial eingebettete Kupferrohre β, von denen eines in Pig. 2 dargestellt ist. Die Kupferrohre 6 sind an ihren Enden mit einem Außengewinde versehen, auf das am oberen Ende Muttern 7 mit einem Flansch und am unteren inde Muttern 3 aufgeschraubt sind.

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Am unteren Ende des Oberteils ist eine Zvvischenplatte angeordnet, durch, die sich die Kupferrohre 6 erstrecken und die von den Muttern 9 gehalten wird. In der Zwischenplatte 10 ist bei jeder Rohrmündung eine Ausnehmung 11 vorgesehen, in die zwei konische Singe 12, 13 aus ii"eichkupfer eingelegt sind und die durch die Mutter 9 zusammengepreßt werden, so daß ein gutleitender Kontakt zwischen dem Kupferrohr 6 und der Ssischenplatte 10 entsteht. 23 könnte auch nur ein konischer Ring verwendet werden, jedoch müßte dann die Ausnehmung 11 ebenfalls konisch ausgebildet sein. Die Kupferrohre 6 mit ihren Muttern 7> 9 stellen Zuganker dar, mit denen die -^lektro.denteile I, II fest eingespannt sind. Der dauerhafte Oberteil wird durch die Kupferrohre 6 einerseits und durch die Vorspannung der Muttern 7, 9 andererseits wesentlich verstärkt.

Auf die Zwischenplatte 10 wird der ITippel 5 mittels Schrauben 14 fest aufgeschraubt. Der Nippel 5 weist eine zylindrische, an die Zwischenplatte 10 anschließende Partie 15 auf, an welche die konische Gewindepartie 16 anschließt. Die Zwischenplatte 10 und die zylindrische Partie 15 des lippels 5 sind durch Vor- und Rücksprung zentriert und von einem Graphitring 13 umgeben. Damit ein einwandfreier Kontakt zwischen dem Ende des Kupferrohrs und der lippelpartie 15 besteht, wird ein Dichtungsring 19, z. B. aus Silber, eingelegt. Die Zwischenplatte 10 und der Hippel 5 bestehen zweckmäßig aus Kupfer.

Auf die konische !Tippelpartie 16 wird die verzehrbare Spitze III der .Elektrode fest aufgeschraubt. Im Zentrum der Elektrode ist eine Axialbohrung 20 vorgesehen, durch weiche Gase dem Lichtbogenbereich zugeführt werden können.

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Durch, die Kupferrohre 6 wird ein Kühlmedium, z. B. Wasser, eingeleitet, mit dem der dauerhafte Oberteil soweit gekühlt wird, daß kein Abbrand an der Umfangsflache auftritt. Dies ist dann der Pail, wenn z. B. bei Graphitelektroden die Temperatur unter öOO ⁰G liegt. Die Rohre werden, wie aus S¹Ig. 3 ersichtlich, ist, in Serie, d. h. hintereinander geschaltet. Im Beispiel nach Pig. 3 sind sechs Kupferrohre angeordnet, die entsprechend der Reihenfolge ihrer Durchströmung mit a-b-c-d-e-d bezeichnet sind. Pfeil 21 zeigt den Eintritt des Kühlmediums in das Rohr a. Im iiippel 5 sind mit den Kupferrohren 6 verbundene Kanäle 22 (Figo 2) gebohrt, die die Verbindung zu den benachbarten Kupferrohren 6 herstellen. Vom Rohr a fließt das Kühlmittel durch den Nippel 5 und gelangt durch entsprechende Kanäle ab in das Rohr b. im oberen ünde sind die Rohrleitungen mittels Rohrbogen 23 miteinander verbunden, die, mit Planschen versehen, auf die Muttern 7 mittels Schrauben_:;25 aufgeschraubt sind. Der Plansch der Mutter 7 ist zu diesem Zweck so groß ausgebildet, daß der Flansch 24 des Rohrbogens 23 aufgeschraubt werden kann. Aus dem Rohr b fließt das Kühlmedium über den Rohrbogen bc ins Rohr c, dann über Kanäle cd im Iiippel 5 in das Rohr d, von dort über den Rohrbogen de in das Rohr e, von dort über die Kanäle ef in das Rohr f und von dort in den durch Pfeil 2β angedeutet en Ablauf. Der Vorteil der Serieschaltung der Kupferrohre 6 liegt darin, daß nur ein Einlauf und ein Auslauf für das Kühlmedium erforderlich ist. ^s wäre jedoch auch möglich, die Kupferrohre 6 teilweise in Serie und teilweise parallel oder ganz parallel zu schalten.

Da durch die erfindungsgamäße Ausführung des dauerhaften Oberteil der Elektrode- die äußere Form nicht geändert wird,

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kann die bisher verwendete Elektrodenhalterung-verwendet werden, so daß keine konstruktiven Änderungen daran notwendig sind. Bs ist für einen einwandfreien Stroinfluß gesorgt; dieser geht wie üblich von den Klemmbacken der Elektrodenhalterung 2 auf den Graphit im Elektrodenteil I über.

Claims

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α Verfahren zur Verhinderung des Abbrands an Umfangsflächen einer stromleitenden Elektrode für metallurgische öfen, die sich aus einem dauerhaften Oberteil (I, II) und einer verzehrbaren Spitze (III) zusammensetzt und im Oberteil gekühlt wird, gekennzeichnet dadurch, daß der dauerhafte Oberteil aus Graphit oder Kohle hergestellt und durch
ein im Innern desselben geführtes Kühlmedium unter
Abbrand t sniper at ur gekühlt wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß. ..,
das Kühlmedium, z« 3_O Wasser, im Zwangsumlauf geführt
wird.
3. Elektrode zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, gekennzeichnet durch' einen dauerhaften Oberteil" (I,;II) und eine verzehrbare Spitze (III), wobei der dauerhafte Oberteil (I, II) aus Graphit "oder Kohle besteht und mit zwei., oder "mehr sich in Längsrichtung über, die Gesamtlänge des Oberteils erstreckende Metallrohre (6), z. B. aus Kupfer, versehen ist, in denen das Kühlmedium zirkuliert.

♦ - -Elektrode nach Punkt '-3_s gekennzeichnet -dadurch, daß" der Oberteil (I, II) am oberen Snde eine Deckplatte (1) und am unteren Snde eine ,Zwischenplatte .(10") aufweist,' wobei sich die Metallrohre (6) durch diese Platten erstrecken und über Spannmittel, z. 3, auf die Rohrenden aufgesetzte Flanschenmuttern (7) und Muttern (9), das Oberteil einspannen und verstärken.

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5. Elektrode nach Punkt 4» gekennzeichnet dadurch, daß an der Zwischenplatte (10) ein lippel (5) zum Anschrauben der verzehrbären Spitze (III), z„ 3. durch Schraubenbolzen (14), befestigt iat, in dem Iianale (22) gebohrt sind, die an die in der Zwischenplatte (10) ' mündenden Enden der Metallrohre (6) anschließen.
6. Elektrode nach Punkt 5> gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Nippel (5) und den Enden der Metallrohre (6) Dichtungen (19) angebracht sind, die aus gutleitenden Metallen 'bestehen.
7. Elektrode nach Punkt 4> gekennzeichnet dadurch, daß zwischen der Zwischenplatte (1Q) und den Enden der Metallrohre (6) spannbare Dichtungsringe (12, 13), z, B. B-ingspannelemente, aus gutleitendein Metall angebracht sind«
8. Elektrode nach den Punkten 6 oder 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Dichtungsringe (12, 13) und die Dichtung (19) aus einem der Metalle weichkupfer oder Silber bestehen.
9. Elektrode nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischenplatte (10) und der Nippel (5) aus einem gutleitenden Material, z.B. Kupfer, bestehen.
10. Elektrode nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Spannmittel (7, 9) der Metallrohre (S) zum Zusammenspannen eines aus zwei oder mehr l'eilstücken bestehenden Oberteils (l, II') dienen.

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11., Elektrode nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Metallrohre (6) in Serie geschaltet und durch an der Deckplatte (1) und in dem Ifippel (5) vorgesehene Verbind ungskanäle (22, 23) verbunden'sind.
12. elektrode nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Verbindungskanäle auf der Oberseite der Deckplatte (1) Rohrbogen (23) sind.

Hierzu A.