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Die Erfindung betrifft eine Graphitelektrode zur Verwendung in einem Lichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zur Ausführung metallurgischer Prozesse wie zum Beispiel dem Recyceln von Stahl oder zur Durchführung einer carbothermischen Reduktion beispielsweise bei der Herstellung von Silicium ist die Bereitstellung hoher Temperatur bis weit über 3000°C erforderlich. Es ist bekannt diese Energie in Lichtbogenöfen zu erzeugen, wo durch Zufuhr elektrischer Energie ein Lichtbogen zwischen dem zu bearbeitenden Gut und den Elektroden des Ofens erzeugt wird. Die dabei vom Lichtbogen abgestrahlte thermische Energie wird auf das Gut übertragen.
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Aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit und thermischen Beständigkeit haben sich Graphitelektroden als Elektroden für Lichtbogenöfen bestens bewährt. Graphitelektroden werden durch Pressen einer schüttfähigen graphithaltigen Materialmischung innerhalb einer hohlzylindrischen Form und nachfolgender thermischer Behandlung in Längen von etwa 300 mm bis 700 mm und Durchmesser von etwa 300 mm bis 800 mm hergestellt. Die mechanische Festigkeit solcher Graphitelektroden ist naturbedingt begrenzt und erfordert einen sorgfältigen Umgang beim Hantieren mit den Elektroden.
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Beim Betrieb eines Lichtbogenofens führen die hohen elektrischen und thermischen Beanspruchungen zu einem fortlaufenden Verschleiß der innerhalb des Ofens liegenden Elektrodenabschnitte. Der Spitzenabbrand infolge Kohlenstoffsublimation bedingt dabei eine Verkürzung der Elektroden, der Seitenabbrand infolge Oxidation eine Verschlankung. Um einen kontinuierlichen Betrieb des Lichtbogenofens mit möglichst geringen Nebenzeiten zu ermöglichen, wird der Elektrodenverbrauch durch Nachführen der Elektroden ausgeglichen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, von Zeit zu Zeit neue Elektrodenabschnitte an die außerhalb des Ofens liegende Elektrodenenden anzufügen. Um einen sicheren Anschluss neuer Elektrodenabschnitte an die aktiven Elektroden zu gewährleisten, weisen die Elektrodenabschnitte an ihren stirnseitigen Enden jeweils eine konisch geformte, axiale Ausnehmung mit Innengewinde auf, die so genannte Elektrodenschachtel. Über einen doppelkegelförmigen Elektrodennippel mit Außengewinde, der zur Hälfte in die Elektrodenschachtel der aktiven Elektrode eingeschraubt ist, wird der neue Elektrodenabschnitt ergänzt. Dazu wird der neue Elektrodenabschnitt mit Hilfe eines manuell zu bedienenden oder automatisch gesteuerten Hebe- und Montagezeugs über einer aktiven Elektrode positioniert, abgesenkt und gleichzeitig mit dem Elektrodennippel verschraubt.
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Aufgrund der vor Ort meist unzureichenden Lichtverhältnisse sowie der meist gebotenen Eile, aber auch wegen der geringen Festigkeiten der Graphitelektroden und dem damit verbundenen Bruchrisiko, erweist sich dieser Vorgang oft als problematisch. Um Schäden an dem Elektrodenabschnitt vorzubeugen, sollen die Greifer des Hebe- und Montagezeugs lediglich an dem massiven Längsabschnitt zwischen den Elektrodenschachteln ansetzen, müssen also einen axialen Abstand zu den Elektrodenenden einhalten. Wenn das aufgrund der schlechten Sichtverhältnisse und/oder mangelhafter Sorgfalt unterbleibt, führt der von den Greifern ausgeübte Radialdruck häufig zum Bruch des Elektrodenabschnitts im Bereich der Elektrodenschachtel. Eine sichere Verschraubung der Elektrodenabschnitte ist damit nicht mehr möglich.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodenabschnitt so zu gestalten, dass eine schnelle und sichere Montage an einen bestehenden Elektrodenstrang möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Elektrodenabschnitt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Mit der Erfindung ist erkannt worden, dass die Ursachen für Probleme beim Verschrauben eines Elektrodenabschnitts mit der übrigen Elektrode meist auf den vorhandenen Zeitdruck in Verbindung mit verbesserungswürdigen Sichtverhältnissen zurückzuführen sind. Um den Geräteführer eines Hebe- und Montagezeugs in die Lage zu versetzen, die Greifer so zu steuern, dass sie auf Anhieb lediglich an dem massiven Mittelteil eines Elektrodenabschnitts ansetzen, ist gemäß der Erfindung eine lumineszierende Beschichtung an der Mantelfläche des Elektrodenabschnitts vorgesehen, die den entsprechenden mittleren Längsabschnitt markiert. Dabei beschränkt sich die Erfindung jedoch nicht auf eine rein passiv wahrnehmbare Markierung, sondern lenkt die Aufmerksamkeit des Geräteführers durch aktives Abstrahlen von Licht auf sich. Dem Geräteführer ist es dadurch möglich, das Hebe- und Montagezeug rasch und zielsicher zu führen, so dass meist schon beim ersten Mal der neue Elektrodenabschnitt richtig gegriffen wird. Dadurch wird die Gefahr einer Fehlbedienung gesenkt und Elektrodenbruch und Stillstandszeiten minimiert. Beim Betrieb eines Lichtbogenofens werden also dank der Erfindung die Arbeitsbedingungen vor Ort verbessert und die Wirtschaftlichkeit gesteigert.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung markiert die lumineszierende Beschichtung einen mittleren Längsabschnitt, der sich bis zu einer in vorbestimmtem axialem Abstand zu den Stirnflächen verlaufenden Umfangslinie erstreckt. Vorzugsweise ist die auf die Stirnfläche bezogene relative Lage der Umfangslinie von der Lage des Bohrlochgrunds der Sacklochbohrung abhängig. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn der markierte Längsabschnitt in einem axialen Abstand zu den Stirnflächen beginnt, der mindestens der axialen Tiefe der Sacklochbohrung entspricht. Auf diese Weise werden die vom Hebe- und Montagezeug ausgeübten radial wirkenden Druckkräfte in den massiven Längsabschnitt eines Elektrodenabschnitts eingeleitet. Um die Sicherheit vor einem Elektrodenbruch weiter zu steigern, beträgt der Abstand zu den Stirnflächen höchst vorzugsweise der 1,1-fachen Tiefe der Sacklochbohrung.
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In Weiterbildung der Erfindung weisen die Bereiche mit lumineszierender Beschichtung eine ausgeprägte Haupterstreckungsrichtung auf, sind also beispielsweise streifen- oder linienförmig ausgebildet, und verlaufen mit ihrer Haupterstreckungsrichtung auf der Umfangslinie. Die Beschichtung kann ebenso in Form einer Schar paralleler Linien oder Streifen ausgebildet sein, die an die Umfangslinie angrenzen. Die auf diese Weise angeordnete Beschichtung wird von einem Geräteführer als eine den Elektrodenabschnitt umlaufende Markierung wahrgenommen, wodurch mit Vorteil Informationen zur räumlichen Lage des Elektrodenabschnitts vermittelt werden.
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Eine Alternative hierzu sieht vor, die lumineszierende Beschichtung entlang mehrerer seitlich beabstandeter Mantellinien anzuordnen. Eine derartige Anordnung betont in erster Linie die Längserstreckung des zum Ergreifen geeigneten Längsabschnitts des Elektrodenabschnitts.
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Die Bereiche mit lumineszierender Beschichtung können sowohl durchgehend als auch unterbrochen verlaufen. Eine durchgehende Beschichtung hat den Vorteil, dass sie von einem Geräteführer besser wahrgenommen werden kann, eine unterbrochene Beschichtung ermöglicht Kosteneinsparungen aufgrund eines geringeren Materialverbrauchs.
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Vorzugsweise wird die lumineszierende Beschichtung von einer Dispersion mit fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Bestandteilen gebildet, so dass selbst bei extrem schlechten Lichtbedingungen die Elektrodenabschnitte gut und richtig handhabbar sind. Besonders bevorzugt sind dabei phosphoreszierende Beschichtungen, die auch bei völliger Dunkelheit, beispielsweise bei Ausfall der Beleuchtung, durch ihr Nachleuchten noch ein Erkennen des damit gekennzeichneten Längsabschnitts ermöglichen.
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Um eine Blendwirkung des Geräteführers durch die Lumineszenz auszuschließen, wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Beschichtung bevorzugt, deren Lichtemissionen im Wellenbereich von 470 nm bis 500 nm liegt. Dieser Wellenbereich umfasst ein als blau wahrgenommenes Licht, das sich ausreichend deutlich vom nicht markierten Bereich abhebt ohne dabei zu hell zu sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Nassfilmdichte der lumineszierenden Beschichtung zwischen 300 μm und 500 μm. Dadurch wird sichergestellt, dass die Beschichtung einen ausreichenden Kontrast zu den nicht markierten Bereichen gewährleistet und daher gut wahrnehmbar ist. Gleichzeitig verzögert das Aufbringen der Beschichtung den Herstellungsprozess des Elektrodenabschnitts nicht nennenswert, da Trocknungszeiten bei der genannten Nassfilmdichte der Beschichtung vernachlässigbar sind.
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Als vorteilhaft erweist sich eine Viskosität der Beschichtung zum Zeitpunkt des Auftragens zwischen 3 Pas und 5 Pas. Eine derart gewählte Viskosität erleichtert ein automatisiertes Aufragen der Beschichtung ohne die Gefahr einer Tropfenbildung.
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Um zu verhindern, dass durch Lagerung, Transport oder Umsetzen erfindungsgemäßer Elektrodenabschnitte die Beschichtung teilweise verloren geht, sieht eine weiter bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, die Mantelfläche des Elektrodenabschnitts in den beschichteten Bereichen zu profilieren. Dadurch werden lokale Vertiefungen geschaffen, die die Beschichtung dauerhaft geschützt aufnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden.
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Es zeigt
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1 eine Schrägansicht auf einen erfindungsgemäßen Elektrodenabschnitt,
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2 einen Längsschnitt durch zwei miteinander verschraubte Elektrodenabschnitte, und
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3 eine Schrägansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrodenabschnitts.
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In den 1 und 2 sieht man einen erfindungsgemäßen Elektrodenabschnitt 2, der zum Anfügen an eine Elektrode 1 eines Lichtbogenofens geeignet ist. Der Elektrodenabschnitt 1 besteht aus einem graphithaltigen Material, dass durch Pressen in Richtung der Achse 9 in eine zylindrische Form gebracht ist, so dass der Elektrodenabschnitt 1 umfangsseitig eine Mantelfläche 5 und an seinen Enden die Stirnflächen 3 und 4 aufweist. Von den Stirnflächen 3, 4 erstreckt sich in axialer Richtung jeweils eine Sacklochbohrung 6, die sich zu ihrem Grund 8 hin konisch verjüngt und deren Wandung ein Innengewinde 7 aufweist.
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Beim Betrieb eines Lichtbogenofens wird der Verschleiß der Elektrode 1 an dem dem Lichtbogen zugewandten Ende durch sukzessives Anfügen von Elektrodenabschnitten 1 am außerhalb des Ofens liegenden Ende ausgeglichen. Die Verbindung der Elektrode 1 mit einem neuen Elektrodenabschnitt 2 erfolgt dabei durch Verschrauben mithilfe eines doppelkegelförmigen Elektrodennippels 12 der mit seinem Außengewinde jeweils zur Hälfte in die einander gegenüberliegenden Gewindebohrungen 6 zweier sich gegenüberliegender Elektrodenabschnitte 1 eingeschraubt ist (2). Die Handhabung des neuen Elektrodenabschnitts 1 erfolgt dabei mit Hilfe eines nicht dargestellten Hebe- und Montagezeugs, dessen Greifer am Außenumfang des Elektrodenabschnitts 1 ansetzen.
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Um beim Ergreifen eines solchen Elektrodenabschnitts 1 die Bruchgefahr zu minimieren, ist der Elektrodenabschnitt 1 in Richtung der Achse 9 gegliedert in einen zum Ergreifen bestimmten mittleren Längsabschnitt L und zwei sich zu beiden Seiten jeweils anschließende Endabschnitte A. Die Abgrenzung zwischen dem Längsabschnitt L und den Endabschnitten A ist jeweils durch eine Umfangslinie 11 gekennzeichnet, die in axialem Abstand zur Stirnfläche 3 bzw. 4 verläuft. Der axiale Abstand der Umfangslinie 11 von der jeweiligen Stirnfläche 3 bzw. 4 beträgt zumindest dem Abstand des Bohrlochgrunds 8 zur Stirnfläche 3 bzw. 4, vorzugsweise dem 1,1-fachen Abstand.
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Um für den Geräteführer des Hebe- und Montagezeugs den zum Ergreifen bestimmten Längsabschnitt L des Elektrodenabschnitts 1 auch bei eingeschränkten Sichtverhältnissen gut erkennbar zu machen, weist die Mantelfläche 5 des Elektrodenabschnitts 2 Bereiche mit einer lumineszierenden Beschichtung 10 auf, die sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit den Umfangslinien 11 decken. Der zum Ergreifen vorbestimmte Längsabschnitt L erstreckt sich also zwischen den beiden Linien bzw. Streifen mit der lumineszierenden Beschichtung 10.
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3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der der zum Ergreifen geeigneten Längsabschnitt L in axialer Richtung wiederum durch die Umfangslinie 11 begrenzt ist. Die den Längsabschnitt L markierenden Bereiche mit lumineszierender Beschichtung 10 werden in diesem Fall von einer Schar achsparallel verlaufender Mantellinien gebildet, die zwischen den Umfangslinien 11 verlaufen und an diesen enden.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die in den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist. Vielmehr liegen auch Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung, bei der einzelne Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen miteinander kombiniert sind. Beispielsweise können Bereiche mit einer lumineszierenden Beschichtung 10 in Umfangsrichtung und Bereiche mit lumineszierender Beschichtung 10 in Längsrichtung miteinander kombiniert sein. Ebenso ist es denkbar, dass die Bereiche mit lumineszierender Beschichtung 10 in den Endabschnitten A angeordnet sind und sich bis zur Umfangslinie 11 erstrecken. Der Längsabschnitt L ist in diesem Fall frei von einer lumineszierender Beschichtung 10.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Graphitelektrode
- 2
- Elektrodenabschnitt
- 3
- Stirnfläche
- 4
- Stirnfläche
- 5
- Mantelfläche
- 6
- Sacklochbohrung
- 7
- Innengewinde
- 8
- Bohrlochgrund
- 9
- Längsachse
- 10
- Beschichtung
- 11
- Umfangslinie
- 12
- Graphitnippel
