DD216835A5 - Elektrode fuer elektrische lichtbogenoefen - Google Patents

Abstract

Eine Lichtbogenofenelektrode mit einem wassergekühlten metallischen Elektrodenbehälter und einem mit diesem über einen Schraubnippel verbundenen Verbrauchsteil weist einen aus Ringen gebildeten Schutzmantel für den wassergekühlten Elektrodenhalter auf. Zwischen Verbrauchsteil und Elektrodenhalter ist eine Scheibe angeordnet, welche einem eventuellen Bruch des Verbrauchsteils am Elektrodenhalter verbleibt und diesen gegen den Lichtbogen schützt. Die Befestigung der Scheibe am Elektrodenhalter kann hierbei verschieden sein. Beispielsweise kann der unterste Ring dieses Schutzmantels als Schutzelement in Form einer Überwurfmutter ausgebildet sein, wobei der Boden der Überwurfmutter zwischen den Elektrodenhalter und den Verbrauchsteil zu liegen kommt, oder der Elektrodenhalter kann Dorne aufweisen, welche beim Aufschrauben des Verbrauchsteils in die Scheibe eindringen und sie festhalten. Das Schutzelement kann einteilig oder aus zwei unabhängigen Teilen gebildet sein. Fig.1

Description

3erlin, den 2. 7. 63 538 17 '

elektrode für elektrische Lichtbogenöfen ' .

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist für Elektroden für elektrische Lichtbogenofen anwendbar, bestehend aus einem oberen wassergekühlten metallischen Elektrodenhalter und' einem konsumierbaren, mittels eines Schraubnippels am Elektrodenhalter befestigten Verbrauchsteil, wobei der elektrodenhalter einen aus Ringen bestehenden Schutzmantel aufweist.

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Lichtbogenofen mit einem oberen, metallischen wassergekühlten Elektrodenhalter, welcher von einem gegen Temperaturschwankungen und mechanische Belastungen widerstandsfähigen Schutzmantel umgeben ist, sowie einem, mit dem Elektrodenhalter mittels eines Schraubnippels verbundenen Verbrauchsteil,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Durch verschiedene ungünstige Entwicklungen auf dem Mineralolsektor wie auch in der Stahlindustrie selbst sind in den letzten Oahren große Anstrengungen unternommen, worden,Wassergekühlte Kombinationselektroden zu industrieller Anwendung zu bringen.

Der wichtigste Vorteil, den wassergekühlte Elektroden gegen-; über ungekühlten Elektroden b'ieten, ist die erhebliche Verminderung des Verbrauchs an Elektrodengraphit, was sowohl auf Grund der überproportional gestiegenen Rohstoffpreise

iair84-O1 8560S Of

als auch wegen der generell wünschenswerten Verminderung der Stahlherstellungskpsten, aber auch wegen der erreichbaren Energieeinsparungen eine attraktive Verbesserungsmöglichkeit in Eiektrostahlwerken darstellt. ·

Ausgehend von den eigenen Entwicklungen der Anmelderin, welche beispielsweise in den europäischen Offenlegungsschriften 50682s 50683 oder 51074 grundlegend beschrieben sind, ist eine ständige Weiterentwicklung wünschenswert. .

In den genannten Publikationen werden Kombinationselektroden beschrieben, welche einen wassergekühlten metallischen Elektrodenhalter aufweisen, der von hochtemperaturfesten Ringen umgeben und derart gegen die Ofenatmosphäre geschützt ist, :Ära unteren Ende des Elektrodenhalter ist der Verbrauchsteil aus Graphit über einen Nippel angeschraubt. Die untere Front platte des Elektrodenhalters ist dabei von der Oberseite des Verbrauchsteils bedeckt, und ist dadurch nicht den gefährlichen Ofenbedingungen ausgesetzt, so daß bei normalem Betrieb keinerlei Beschädigung des Metallteils auftreten kann.

Durch unsachgemäße oder zu robuste Ofenführuhg aber auch durch schweren Schrott sind gelegentlich Brüche von ganzen Verbrauchsteilen nicht auszuschließen, so daß in einem derartigen Fall die untere Frontplatte des Elektrodenhalters ungeschützt der hohen Temperatur und dem Lichtbogen ausgesetzt ist» was zu· Beschädigungen des Metallteils führen kann, ' ' , '

Ziel der crfindunq

Es ist Ziel der Erfindung, eine Kombinationselektrode der eingangs genannten Art betriebssicherer zu machen, ihr Notlauf eigenschaften zu verleihen und den Reparaturaufwand nach Betriebsstörungen zu vermindern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Elektrodenhalter und dem Verbrauchsteil eine, die untere Frontplatte des Elektrodenhalters bedeckende, mit dem Elektrodenhalter'verbundene Scheibe aus einem thermisch und mechanisch beanspruchbaren und elektrisch gut leitfähigen Material angeordnet^ist, welche eine zentrale öffnung aufweist, deren Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser des Schraubnippels entspricht.

Im Rahmen der Erfindung ist eine Vielzahl von Befestigungsmöglichkeiten für die Scheibe am Elektrodenhalter denkbar. Sie kann beispielsweise mit dem untersten Ring des aus einer Mehrzahl von Ringen bestehenden Schutzmantels zu einem,aus einem Stück bestehenden Schutzelement verbunden sein. Dieses Schutzelement weist dann die Form einer überwurfmutter .auf, wobei der zylindrische Teil auf den Elektrodenhalter'aufgeschraubt wird und der Boden der Überwurfmutter die Frontplatte bedeckt, .

Dieser Schutzteil kann aber auch aus zwei unabhängigen Teilen bestehen, welche formschlüssig miteinander verbunden sind. Dadurch können nachteilige mechanische Vorspannungen

vermieden werden. Darüber hinaus können die beiden Teile aus verschiedenen Materialien ,gefertigt werden, die optimal an' ihren Verwendungszweck angepaßt sind» . '

Der Ring und die Scheibe aus verschiedenen Materialien bestehen Vorzugsweise aus einem gegen Oxidation widerstandsfähigen Gemisch von Graphit und einer keramischen Komponente für den Ring aus reinem Graphit hoher elektrischer Leitfähigkeit für die Scheibe.

Der Schutzmantel besteht zweckmäßig aus zwei ineinander angeordneten Hohlzylindern, von denen zumindest einer aus Ringen aufgebaut ist, wobei der innere Höhlzylinder aus einem keramischen Material und der äußere Hohlzylinder aus einem Geraisch aus Graphit und einer keramischen Komponente bestehen.

Eine andere Möglichkeit zur Verbindung der Scheibe mit dem Elektrodenhalter besteht darin, daß die.untere Frontplatte des Elektrodenhalters spitze Dorne aufweist, die beim Anpressen der Scheibe gegen den Elektrodenhalter in diese eindringen und sie derart festhalten, daß sie sich nur unter Anwendung von Gewalt vom Elektrodenhalter lösen läßt.

Dabei ist^:es vorteilhaft, wenn die zugespitzten Dorne im wesentlichen senkrecht oder gegen die cxnschraubeinrichtung : des Verbrauchst.eils geneigt aus der Frontplatte des Elektrodenhalters herausragen. . . . .

Der äußere Durchmesser der Scheibe ist im wesentlichen

gleich dem inneren Durchmesser des untersten Ringes aus einer Mehrzahl von den Schutzmantel bildenden Ringen.₍

Bei den beiden letztgenannten Befestigungsarten kann die Scheibe außen von dem über die Stirnfläche des Elektrodenhalters hinausragenden Schutzmantel umgeben sein, wodurch sie gegen den Angriff der Ofenatmosphäre geschützt ist.

Der Schutzmantel besteht zweckmäßig aus zwei ineinander angeordneten Hohlzylindern, von denen zumindest einer aus Ringen aufgebaut ist, wobei der innere Hohlzylinder aus einem elektrisch leitenden Material besteht und der äußere Hohl- · zylinder aus einem Gemisch aus Graphit und einer keramischen Komponente«

Der innere Hohlzylinder umfaßt einen fietall'zylinder.

Das Schutzelement ist vorteilhaft von einem Abdeckelement bedeckt, welches im wesentlichen dieselbe Form aufweist, wie das Schutzelement, wobei das Abdeckelement kopfüber um das Schutzelement herum angeordnet ist« Der Innendurchmesser des Abdeckelementes ist im wesentlichen gleich dem des Außendurchmessers des Schutzelementes.

Au sführunqsbeispiel

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung zur besseren Erläuterung beispielsweise dargestellt

Es zeigen: ,

Fig. 1: eine teilweise aufgeschnittene erfindungsge-

maße Lichtbogenelektrode;

Fig. 2: eine andere Ausführungsart der Erfindung in

vergrößerter Darstellung der wesentlichen De- tails;' ;, ; .. ';'. .. ,

• Fig. '3a'' :. . ;·- .

und 3b: -verschiedene Ausführungsarten erfindungsgemäßer SchutzelementeY .

Fig, 4: eine weitere Ausführungsart der Erfindung;

Fig. 5: noch eine weitere Äusführungsart der Erfindung, '..- . . '. .·

In Fig. 1 ist eine Lichtbogenelektrode dargestellt, welche einen oberen, metallischen Elektrodenhalter 1 und einen mit diesera durch einen Schraubnippel 2 verbundenen Verbrauchsteil 3 aufweist. Der metallische Elektrodenhalter ist über einen wesentlichen Teil seiner Länge - welcher im folgenden "Schutzzone" genannt wird - mit Schutzringen aus hochtemperatu rfestern Material umgeben. . .

In der ,aufgeschnittenen Darstellung der Ringö auf der ,linken Zeichnungsseite ist zu erkennen, daß der Schutzmantel aus zwei aus Ringen bestehenden Hohlzylindern besteht, wobei die Ringe 4 mit genügend Spiel δ um den metallischen Elektrodenhalter 1 und die Ringe 5 ebenfalls mit Spiel 7·· um die Ringe 4 herum angeordnet sind, und derart einen doppelten Schutzmantel bilden. Die inneren Ringe¹ 4 sind beispielsweise aus einem keramischen oder elektrisch leitendem

Material, gebildet. Als Alternative hierzu kann der innere Hohlzylinder aus einem Stahlrohr bestehen, welches an dem Elektrodenhalter eng anliegt.

Die Ringe 5 bestehen aus Graphit oder aus einem Gemisch von Graphit und einer keramischen Komponente, wobei jedoch so-"' viel Graphit vorhanden sein muß, daß das Material von Schlacke nicht benetzbar ist.

Dies ist eine Bedingung, welche die Außenseite des Schutzmantels während der gesamten Betriebszeit erfüllen muß, denn bei Verwendung eines Materials, welches von Schlacke benetzbar ist, wächst der Durchmesser der Elektrode durch Schlackenablagerung an der Außenseite und die Elektrode kann nach relativ kurzer Zeit nicht mehr durch das Deckelloch und den . Elektrodentragarm gezogen werden.

Der Elektrodenhalter 1 weist-einen unteren Abschnitt 8,auf, welcher einen Durchmesser besitzt, der größer ist als jener der Schutzzone, und welcher ein Außengewinde 9 trägt. Die untere Frontplatte 16 des Elektrodenhalters 1 weist eine Bohrung auf, in. die der Schraubnippel 2 eingeschraubt ist. Der untere Abschnitt 8 ist von einem Ring 10 umgeben, welcher auf ihn mittels eines Innengewindes aufgeschraubt ist. Der Ring 10 ist mit einer Scheibe 11 formschlüssig verbunden, welches in der Fig. 3b*im Detail dargestellt ist. Hierin weist sowohl der Ring 10 als auch die Scheibe 11 je einen Konus 12; 12' auf, mittels welchen sie eine formschlüssige Verbindung eingehen, wobei sie zusammen das Schutzelement bilden, das die Form einer Überwurfmutter aufweist.

Als· Alternative ist es selbstverständlich möglich, den¹Ring 10 und die Scheibe zu einem einzigen Schutzelement zu verbinden, wodurch die Handhabung und die Hontage erleichtert werden. Ein derartiges einstückiges Schutzelement 21 ist in Fig, 3a dargestellt, und es weist einen Ring 20 mit einem Innengewinde und eine Scheibe 19 mit einer zentralen öffnung 15 für den Durchgang des Nippels auf.

In₁ der Fig. 1 weist der Nippel 2 einen unteren Teil mit einem konischen Gewinde auf, mittels welchem der Verbrauchsteil.3, der eine entsprechende Gewindeschachtel besitzt, am Elektrodenhalter 1 angeschraubt ist. ι

Der Zweck der erfindungsgemäßen Gestaltung der Verbindungszone zwischen Elektrodenhalter und Verbrauchsteil besteht darin, daß bei einem eventuellen Sruch·des Nippels oder der NippelscHachtel _t welcher zu einem Fortfall des Verbrauchs-' teils führt, die untere metallische Stirnfläche des Elektrodenhalters durch die Graphitscheibe 11 oder 19 gegen den Angriff des Lichtbogens geschützt bleibt.

Wie aus der .Fig. i ersichtlich ist, gelangt das Kühlwasser über ein Zentralrohr 13 bis zum unteren Abschnitt 8 des Elektrodenhalters, wird dort umgelenkt und steigt über einen äußeren Ringraum 14 wieder, hoch. Beim Ansetzen eines Lichtbogens direkt an der Frontplatte 16 nach einem Bruch käme es rasch zu einem Wasseraustritt , was vermieden werden muß.

Eine weitere Möglichkeit bei der Verwendung von zweiteiligen Ringen liegt darin, verschiedene Materialien für die beiden

Teile zu verwenden, welche optimal an die unterschiedlichen Aufgaben der Teile angepaßt sind. Der ringförmige Teil, welcher an seiner Außenseite der Ofenatmosphäre sowie gelegentlich dem Lichtbogen aber auch Schlackenspritzern ausgesetzt ist, besteht aus einem Gemisch von Graphit und einer keramischen Komponente, welche die Oxidationsfähigksit vermindert, wobei jedoch die Nichtbenetzbarkeit der Oberfläche erhalten geblieben ist. Der scheibenförmige Teil, welcher primär eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen muß und dessen Schutzeigenschaften im Störungsfall nur kurzfristig anhalten müssen, ist aus reinem Graphit hoher Qualität gebildet. . _:

Die zentrale Öffnung 15 der Scheibe 11 in Fig. 1 weist einen Durchmesser auf, welcher im wesentlichen dem Durchmesser des Schraubnippels in der Ebene der Scheibe entspricht. Dies hat den Zweck, bei eventuellem Fortfall des Verbrauchsteils nur einen möglichst kleinen oder im Grenzfall gar keinen Spalt zwischen dem Nippelrest und der Scheibe freizulegen, durch den hindurch der Lichtbogen auf dem Metallteil treffen könnte.

Die Fig. 2 zeigt in diesem Zusammenhang schematisch eine Ausführung der S_cheibe 19 und des Nippels, welche selbst bei größeren Toleranzen, die zu einem Spalt führen könnten, einen guten Schutz gewährleisten. Der zylindrische Teil 17 des Schraubnippels weist einen Durchmesser auf, welcher um „einiges größer ist als der Durchmesser der zentralen Boh- ^! rung 15 der Scheibe 19 und schließt dadurch vollständig die zentrale Bohrung 15. Hierdurch wird bei einem Bruch des Ver-

., - 10 - . ; . Λ

brauchsteils 3 ein Angriff eines Lichtbogens auf den Metallteil verhindert, wodurch die Gefahr einer Beschädigung des Elektrodenhalters eliminiert wird.

Der Schraubnippel 2 in Fig. 1 weist zwischen seinen beiden Gewindeteilen einen gewindefreien Bereich auf, welcher'der Dicke der Scheibe 11 bzw. 19 entspricht.

Die Fig, 4 zeigt eine andere Äusführungsart der Erfindung, wobei der Elektrodenhalter 1 der Einfachheit wegen nur mit einfachen Ringen 5 umgeben is't« Der unterste Ring 10 «steht über die Frontplatte 16 des Elektrodenhalters hinaus, und zvyar genau um-den Betrag der Dicke der Scheibe 11, welche innerhalb'.des -Ringes 10 derart angeordnet ist, daß sie den Elektrodenhalter 1. von unten her bedeckt.

Die Scheibe 11 ist mittels Dornen 23 befestigt, die in der Fron/tplatte 16 des Elektrodenhalters eingearbeitet sind, wie der vergrößerte Ausschnitt zeigt.

Beim Anschrauben des Verbrauchsteils 3 über den Schraubnippel 2 wird die Scheibe 11 derart nach oben gedruckt, daß die Dorne 23 in sie eindringen und so eine mechanisch sehr feste Verbindung bilden. Die Dorne können, wie dargestellt, direkt aus dem Elektrodenhalter herausgeformt sein, oder in diesen mittels Gewinden oder ähnlichem eingesetzt werden.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsart der Erfindung, welche an Hand der gleichen Elektrode vyie in Fig. 1 erläutert .wird«' . ,

Ein Abdeckelencnt 24, welches im wesentlichen dieselbe Form aufweist, wie das aus dem Ring IO und der Scheibe 11 bestehende Stützelement, jedoch aus einem einzigen Stück besteht, ist kopfüber um den Ring 10 herum angeordnet. Der horizontale scheibenförmige Abschnitt 25 des Abdeckelements 24 bedeckt den Ring 10 von oben her, und stützt sich auf, einer Schulter des Elektrodenhalters ab, welche zwischen der Schutzzone undxdem unteren Abschnitt 8 des Elektrodenhalters gebildet ist.

Der Teil 26 umgibt den Ring 10 und schützt ihn gegen das Ofenihnsre.

Diese Ausführungsart kann ein einstückiges oder aber ein aus zwei Teilen bestehendes Schutzelement verwenden, wie sie in den Fig. 3a und 3b dargestellt sind, da es einerseits nicht mehr wichtig ist, den Ring 10 aus einem besser oxidationsbeständigem Material zu bilden, da dieser durch- das Abdeckelement 24 gegen Oxidation geschützt ist, so daß der Ring und die Scheibe aus. dem selben Material bestehen und zu einem Stück "verbunden sein können, andererseits kann aber in bestimmten Fällen die Verminderung der mechanischen Vorspannungen, welche durch die Zweiteiligkeit des Schutzelementes erreicht wird, wichtig genug sein, um ein zweiteiliges Schutzelement zu wählen. '

Claims (7)

1. - -12 - .

   £ rf lndu rip san spruch

   1, Elektrode für Lichtbogenofen mit einem oberen, metallischen , -wassergekühlten Elektrodenhalter, welcher von · einem gegen Temperaturschwankungen und mechanische Beanspruchungen widerstandsfähigen Schutzmantel umgeben ist, sowie einem mit dem_:Elektrodenhalter mittels eines Schraubnippels verbundenen Verbrauchsteil, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Elektrodenhalter (1) und dem Verbrauchsteil (3) eine, eine untere Stirnfläche (16) des Elektrodenhalter^ bedeckende, mit dem Elektrodenhalter verbundene Scheibe (.11) aus einem thermisch und mechanisch beanspruchbaren und elektrisch gut leitfähigen Material angeordnet ist,, welche eine zentrale Öffnung (15) aufweist» deren Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser des Schraubnippels (2) entspricht,

   2* Elektrode nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schutzmantel aus Ringen (4j 5; 20) besteht, und daß der unterste Ring (20) des Schutzmantels und die Scheibe.(19) ein aus einem Stück bestehendes Schutzelement (22) bilden, welches die Form einer Oberwurfmutter aufweist«

   3. Elektrode nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schutzmantel aus Ringen (4; 5; 10) besteht und daß der unterste Ring (10) des Schutzmantels und die Scheibe (11) formschlüssig zu einem Schutzelement (21) verbunden sind, "welches, die Form einer überwurfmutter aufweist«
2. 4. Elektrode nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der
3. 16.134-0185603

   Ring (10) und dia Scheibe (11) aus verschiedenen Materialien gebildet sind, wobei der Ring (10) aus einem gegen Oxidation widerstandsfähigen Gemisch von Graphit und .einer keramischen Komponente und die Scheibe (11) aus reinem Graphit hoher elektrischer Leitfähigkeit gebildet

   . XSt. ': .

   ι
4. 5. Elektrode nach Punkt I₁ gekennzeichnet dadurch, daß der Schutzmantel aus zwei ineinander angeordneten Hohlzylihdern besteht, von denen zumindest einer aus Ringen aufgebaut ist, wobei der innere Hohlzylinder aus einem keramischen Material und der äußere Hohlzylinder aus einem Gemisch aus Graphit und einer keramischen Komponente bestehen,

   6· Elektrode nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß. die Frontplatte (16) des Elektrodenhalters (1) zur Befestigung der Scheibe (11) zugespitzte Dorne (23) aufweist, welche im wesentlichen senkrecht oder gegen die Einschraubeinrichtung des Verbrauchsteils (3) geneigt aus der Frontplatte (16) des Elektrodenhalters (1) herausragen, '

   7, Elektrode nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß der äußere Durchmesser der Scheibe (11) im wesentlichen gleich dem. inneren Durchmesser des untersten (10) ist aus einer Mehrzahl von den Schutzmantel bildenden Ringen (4; 5; 10).
5. 8. Elektrode nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß die
6. 16.134-01 858QC

   äußere Mantelfläche der Scheibe (11) von dem, über die Frontplatte (16) des Elektrodenhalters (1) hinausragenden Schutzmantel umgeben ist» r
7. 9. Elektrode nach Punkt I₁ gekennzeichnet dadurch, daß der Schutzmantel aus zwei ineinander angeordneten Hohlzylindern besteht, von denen zumindest einer aus' Ringen aufgebaut ist, wobei der innere Hohlzylinder aus einem elektrisch leitenden Material und der äußere Hohlzylih- der aus einem Gemisch aus Graphit und einer keramischen Komponente bestehen« , , .

   10» Elektrode nach Punkt 5 oder 9, gekennzeichnet dadurch, daß der innere Hohlzylinder einen Metallzylinder umfaßt,

   11» Elektrode nach Punkt 2 oder 3^ gekennzeichnet dadurch, daß das Schutzelement (21; 22) von einem Abdeckelement (24) bedeckt ist, welches im wesentlichen dieselbe Form aufweist, wie das Schutzelement, wobei das Abdeckelement kopfüber um das Schutzelement herum angeordnet ist, und daß der Innendurchmesser .des Abdeckelementes im wesentlichen gleich ist wie der Außendurchmesser des Schutz-' elementes. ·

   - Hierzu jl Zeichnung

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