-
Die Erfindung betrifft einen stromführenden und mittels eines Kühlmittels durchströmbaren Elektrodentragarmkörper eines Elektrolichtbogenofens, der stirnseitig Adapter für Hochstromkabel aufweist und wobei an der den Adaptern abgewandten Seite des Elektrodentragarmkörpers eine Elektrodenaufnahmevorrichtung anschließbar ist sowie einen Elektrodentragarm mit einem derartigen Elektrodentragarmkörper und mit einer Elektrodenaufnahmevorrichtung.
-
Aus der
EP 1 901 586 A1 ist ein Elektrodentragarm bekannt, in dem einzelne, mit einem leitfähigen Material plattierte Stahlbleche miteinander mittels Stahlblechen verbunden sind. Die leitfähigen Materialien sind mittels leitfähiger Verbindungsbleche miteinander verbunden. Der Elektrodentragarm ist aufwendig herzustellen. Betriebsbelastungen durch innere oder durch äußere Kräfte können zu Verformungen des Elektrodentragarms führen.
-
Nach der
DE 10 2010 052 086 A1 sollen sowohl der Elektrodentragarmkörper als auch die Elektrodenaufnahmevorrichtung wassergekühlt ausgeführt sein, wobei mittels Strömungsleitkörpern hoch wärmebelastete Bereiche stärker kühlbar sein sollen. Über den konstruktiven Aufbau des Elektrodentragarmkörpers finden sich keine Angaben.
-
Die
DE 20 2006 020 336 U1 schlägt den Aufbau eines Elektrodentragarmkörpers aus einem Querschott mit daran angeschlossenen U-förmig ausgebildeten kupferplattierte Stahlblechen vor. Wie der Tragarm an einer Hubsäule befestigbar ist, wie eine gleichförmige Strömung im Tragarmkörper erreicht werden kann und wie ein Beulen des Tragarms verhindert werden kann, geht aus dieser Druckschrift nicht hervor.
-
Nach der
DE 10 2009 034 407 A1 sollen die Wände des Tragarms, auf die die leitenden Schichten aufgebracht sind, die tragende Struktur des Tragarms bilden.
-
Dies ist auch in der
WO 2008/006688 A1 der Fall, wobei gemäß dieser Druckschrift die elektrisch leitenden Schichten mittels eines Spritzverfahrens auf die tragende Struktur aufgebracht werden.
-
Die
US 1,616,798 A offenbart einen ungekühlten, in axialer Richtung verstellbaren rohrförmigen Elektrodentragarm, der zwei separate, außen liegende Stromkabel trägt.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, einen kostengünstig herstellbaren, bei Beaufschlagung mit innerer und äußerer Belastung stabilen Elektrodentragarmkörper und Elektrodentragarm zu entwickeln.
-
Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu weist der Elektrodentragarmkörper einen einen Profilträger umfassenden Tragkörper und einen hiervon mittels Abstandshaltern beabstandeten, im Querschnitt zweischalig ausgebildeten Leitkörper auf. Am oder im Profilträger sind Elektrodentragarm-Befestigungselemente zur Befestigung des Elektrodentragarmkörpers an einer Elektrodenhubvorrichtung angeordnet. Außerdem weist der Tragkörper ein geschlossenes Profil auf, dessen größtes Flächenträgheitsmoment mehr als 25% größer ist als das größte Flächenträgheitsmoment des Leitkörpers im gleichen Querschnitt.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.
-
1: Elektrodentragarm;
-
2: Rückansicht von 1;
-
3: Querschnitt des Elektrodentragarms aus 1;
-
4: Detail aus 3;
-
5: Detail des Elektrodentragarms mit Befestigungselement;
-
6: Leitkörperschale;
-
7: Tragkörper mit Abstandshaltern.
-
In den 1–7 ist ein Elektrodentragarm (10) eines Elektrolichtbogenofens in Ansichten, Schnitten und Einzelteilen dargestellt. Der in den Figuren gezeigte Elektrodentragarm (10) ist ein äußerer Elektrodentragarm (10) eines Drehstromofens. Der Drehstromofen verfügt über drei einzeln regelbare Elektrodentragarme (10), wobei jeder Elektrodentragarm (10) den Strom einer der drei elektrisch um 120 Grad versetzten Phasen des Drehstromnetztes überträgt. Vom Trafohaus aus gesehen ist der in den Figuren dargestellte Elektrodentragarm (10) der rechte der drei Tragarme. Jeder der Elektrodentragarme (10) trägt im Betrieb mittels einer Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) eine Elektrode. Die mittels einer Elektroden-Spannvorrichtung (101) eingespannten Elektroden sind auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet, wobei der Winkel zwischen den Elektroden jeweils 120 Grad beträgt. Hierbei ist die Elektrode des mittleren Elektrodentragarms im Allgemeinen in Richtung der Trafohauswand versetzt. Mittels hydraulischer Betätigung der in der Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) angeordneten Elektroden-Spannvorrichtung (101) ist die Elektrode lösbar.
-
Der Elektrolichtbogenofen kann auch als Gleichstromofen ausgeführt sein. Ein Gleichstromofen hat einen einzigen Elektrodentragarm (10), der im Allgemeinen die eine Kathode bildende Elektrode trägt. Im Boden des Gefäßes des Gleichstromofens ist eine Bodenelektrode angeordnet, die eine Anode bildet.
-
Beim Betrieb des Elektrolichtbogenofens wird elektrischer Strom vom Transformator über flexible, schlauchartige Hochstromleitungen an den oder die Elektrodentragarme (10) und die Elektroden geführt. Zum Ofenbetrieb zündet ein Lichtbogen zwischen der einzelnen Elektrode und dem Einsatzmaterial, z. B. Stahlschrott und erhitzt dieses. Die Stromstärke des über den Elektrodentragarm (10) übetragenen elektrischen Stroms beträgt beispielsweise 75 Kiloampère. Die einzelne Graphitelektrode hat z. B. einen Durchmesser von 610 Millimetern und besteht beispielsweise aus drei bis vier miteinander verschraubten Elektrodenabschnitten. Sie hat eine Gesamtmasse zwischen 9.000 und 12.000 Kilogramm.
-
Der einzelne Elektrodentragarm (10) sitzt mittels z. B. zwei Auflagenplatten (18) und einer Isolationsplatte auf einer Hubsäule. Mittels dieser z. B. hydraulisch betätigten Hubsäule werden während des Ofenbetriebs die Elektroden angehoben und abgesenkt, um im Schmelzbad einen stabilen Lichtbogen zu erreichen. Diese Regelung erfolgt dynamisch. Der Abstand der einzelnen Elektrode von der Hubsäule beträgt im Ausführungsbeispiel 5,4 Meter.
-
Zur Befestigung des Elektrodentragarms (10) an der Hubsäule dient eine unter den Auflageplatten (18) liegende Befestigungsplatte, die z. B. mittels dreier Schraubverbindingen am Elektrodentragarm (10) befestigt ist. Im Elektrodentragarm (10) sind hierfür als Befestigungselemente (11) drei Einschraubhülsen (11) angeordnet. Die Innengewinde (12) dieser Einschraubhülsen (11) haben beispielsweise einen Nenndurchmesser von 160 Millimetern und eine Länge von 300 Millimetern. Zur Anpassung der Befestigungsplatte an die Hubsäule kann zwischen diesen beiden Bauteilen ein Adapterstuhl angeordnet sein.
-
Das gesamte Elektrodenhubwerk ist zusammen mit allen Elektrodentragarmen (10) schwenkbar ausgebildet. Der Schwenkwinkel beträgt z. B. 50 Grad. Beim Schwenken, beim Anheben und beim Absenken der Elektrodentragarme (10) werden die flexiblen Hochstromleitungen, Kühlmittelleitungen und Hydraulikleitungen, die die Wand des Trafohauses mit den Elektrodentragarmen (10) verbinden, verformt.
-
Die Elektrodentragarme (10) werden durch ein sich änderndes Lastkollektiv beansprucht. Im Ruhezustand, z. B. bei abgeschaltetem Ofen, werden die Elektrodentragarme (10) im Wesentlichen durch statische Kräfte beansprucht. Dies sind unter anderem die durch die Eigenmasse des Elektrodentragarms (10), die Elektrode und die flexiblen Leitungen verursachten Biegebeanspruchungen.
-
Beim Betrieb wird der Elektrodentragarm (10) zusätzlich durch dynamische Kräfte aufgrund der Regelung sowie durch elektrische Kräfte beansprucht. Letztere entstehen beim Drehstromofen durch den phasenverschobenen Stromfluß in den beiden anderen Elektrodentragarmen (10). Je nach momentaner Phasenlage der benachbarten Stromflüsse wirken anziehende oder abstoßende Kräfte zwischen den Elektrodentragarmen (10).
-
Die vom flüssigen Stahl aufsteigende Wärme – die Abstichtemperatur eines Elektrolichtbogenofens kann bis zu 1700 Grad Celsius betragen – sowie der Stromdurchfluss bewirken beim Betrieb des Elektrolichtbogenofens zusätzlich eine thermische Belastung des einzelnen Elektrodentragarms (10).
-
Im Ausführungsbeispiel hat der Elektrodentragarm (10) einschließlich der Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) eine Gesamtlänge von 7,7 Metern. Seine Höhe beträgt etwa 800 Millimeter und seine Breite 430 Millimeter. Im Ausführungsbeispiel hat der Elektrodentragarm (10) einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken. Der Querschnitt kann aber auch polygonförmig, rund, elliptisch, etc. ausgebildet sein.
-
Der in den Figuren dargestellte Elektrodentragarm (10) umfasst einen Elektrodentragarmkörper (21) und die Elektrodenaufnahmevorrichtung (100). In den Darstellungen der 1 und 2 ist die Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) an einer Flanschplatte (23) des Elektrodentragarmkörpers (21) befestigt.
-
An dem der Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) abgewandten hinteren Ende des Elektrodentragarmkörpers (21) verschließt eine Anschlussplatte (22) den Elektrodentragarmkörper (21). Die Anschlussplatte (22) ist eine Kupferplatte mit einer Dicke von z. B. 20 Millimetern. Sie ist z. B. aus einem desoxidierten Kupfer mit niedrigem Restphosphorgehalt hergestellt, z. B. CU-HCP mit der EN-Werkstoffnummer CW021A und der DIN-Werkstoffnummer 2.0070. Die elektrische Leitfähigkeit dieses Werkstoffs beträgt bei einer Temperatur von 20 Grad Celsius 57–59 Megasiemens/Meter. Der spezifische elektrische Widerstand bei einer Temperatur von 20 Grad Celsius liegt unter 0,02·10–6 Ohm mal Meter. Er ist damit kleiner als 0,05·10–6 Ohm mal Meter. An der Anschlussplatte (22) sind beispielsweise zwei Adapter (24) bildende Anschlußfahnen (24) befestigt. An jeder dieser Anschlußfahnen (24) wird z. B. ein Hochstromkabel befestigt. Zwei weitere Anschlußfahnen (25) sind an der Unterseite des Elektrodentragarmkörpers (21) angeordnet.
-
Die Flanschplatte (23) besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Stahlplatte und einer mit dieser an einzelnen Punkten verschweißten Kupferplatte. Die Kupferplatte ist aus dem gleichen Werkstoff wie die Anschlußplatte (22) hergestellt. Hierbei steht die Kupferplatte über die Stahlplatte über und verschließt das vordere Ende des Elektrodentragarmkörpers (21). An der Flanschplatte (23) sind beispielsweise Gewindebuchsen (26) zur Aufnahme von Spannschrauben zur Befestigung der Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) angeordnet.
-
Der Elektrodentragarmkörper (21) hat im Ausführungsbeispiel entlang seiner Länge einen weitgehend konstanten Querschnitt. In der Draufsicht ist das vordere Drittel dieses Elektrodentragarmkörpers (21) der rechten Phase um 3,5 Grad von der Ofenmitte weg gekröpft. Der Elektrodentragarmkörper (21) kann jedoch auch ohne Abkröpfung ausgebildet sein.
-
Wie in den 3–7 dargestellt, umfasst der Elektrodentragarmkörper (21) einen Tragkörper (31) und einen Leitkörper (71). Hierbei ist der außenliegende Leitkörper (71) mittels Abstandshaltern (61, 62) beabstandet vom innenliegenden Tragkörper (31).
-
Der Tragkörper (31) umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen in Längsrichtung des Elektrodentragarmkörpers (21) orientierten Profilträger (32), an dessen Längsseiten (33) Seitenbleche (36, 37) angeordnet sind. Der Profilträger (32) ist z. B. ein Doppel-T-Träger, beispielsweise ein HEB-Breitflanschträger IPB 700 nach EN 10034 und DIN 1025 B1.2. Auch eine andere Bauform eines Doppel-T-Trägers ist denkbar. Er ist aus warmgewalztem, unlegiertem Baustahl, z. B. S235JR mit der Werkstoffnummer 1.0037 hergestellt. Die Gesamtlänge des im Ausführungsbeispiel zweiteiligen Profilträgers (32) entspricht der Länge des Elektrodentragarmkörpers (21). Die Seitenbleche (36, 37) bestehen aus dem gleichen Werkstoff wie der Profilträger (32). Im Ausführungsbeispiel sind sie 16 Millimeter dick. Sie sind am oberen (34) und am unteren Profilträgerflansch (35) mit diesem verschweißt. Der von den Seitenblechen (36, 37) und dem Profilträger (32) umschlossene Hohlraum (38) kann bis auf eine Entlüftung in die Umgebung (1) gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen sein.
-
Im unteren Flansch (35) und im vertikalen Mittenlängssteg (39) des Profilträgers (32) sind die Einschraubhülsen (11) angeordnet. Sie sind dort z. B. eingeschweißt. Die Innengewinde (12) zeigen nach unten. Auf beiden Seiten des Mittenlängssteges (39) verstärken Versteifungsbleche (41) den Profilträger (32) im Bereich der Einschraubhülsen (11).
-
Der Tragkörper (31) weist damit im Querschnitt ein geschlossenes Profil auf. Seim maximales Flächenträgheitsmoment ist mindestens fünf Mal so groß wie sein minimales Flächenträgheitsmoment. Die Hauptachse des größten Flächenträgheitsmoments des Querschnittsprofils ist normal zur vertikalen Richtung orientiert. Die Hauptachse des kleinsten Flächenmoments des Querschnittprofils des Tragkörpers (31) ist damit in vertikaler Richtung orientiert. Die Richtung dieser zweiten Hauptachse entspricht zumindest annähernd der Hauptbelastungsrichtung des Tragkörpers (31).
-
Anstatt des Doppel-T-Trägers kann der Profilträger (32) auch ein Kastenträger sein. Dieser kann beispielsweise aus einem oder mehreren Rechteckprofilen oder quadratischen Profilen bestehen, die nebeneinander oder übereinander angeordnet sein können. Auch der Einsatz eines T-förmigen Profilträgers ist – z. B. bei einem Elektrodentragarm (10) mit kreisförmigem Querschnitt – denkbar.
-
In den Seitenblechen (36, 37) sind die Durchbrüche (42–44) angeordnet, vgl. 7. Der Durchbruch (42) verbindet mittels eines Verbindungsrohrstücks (16) die beiden Seiten des Tragkörpers (31).
-
Durch den Durchbruch (43) ist eine Hydraulikleitung (46) hindurchgeführt. Diese ist im Innenraum (38) des Tragkörpers (31) durch die Versteifungsbleche (41) hindurchgeführt. Die Hydraulikleitung (46) hat beispielsweise eine Nennweite von 8 Millimetern und besteht aus einem korrosionsbeständigen, austenitischen Werkstoff, z. B. X5CrNi18-10. An diese Hydraulikleitung (46) ist die Elektrodenlösevorrichtung (102) der Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) anschließbar.
-
Durch den Durchbruch (44) ist eine Kühlwasserleitung (47) hindurchgeführt. An diese Kühlwasserleitung (47) ist im Betrieb die Elektrodenkühlvorrichtung (103) mit dem Sprühring (104) angeschlossen. Es ist auch denkbar, Durchbrüche der Seitenbleche (36, 37) zur Durchflutung des Innenraums (38) vorzusehen.
-
Auf der Außenfläche des Tragkörpers (31) sind Abstandshalter (61, 62) angeordnet, vgl. die 3–5 und 7. Dies sind in Längsrichtung (27) des Elektrodentragarmkörpers (21) ausgerichtete Stegbleche (61) und Trennstege (62). Im Ausführungsbeispiel sind sie 35 Millimeter hoch und 12 Millimeter breit. Die Trennstege (62) sind mittig auf dem oberen (34) und auf dem unteren Profilträgerflansch (35) angeordnet. Sie sind durchgehend flüssigkeitsdicht mit dem Tragkörper (31) verschweißt. Bei den übrigen Abstandshaltern (61) kann die als Kehlnaht ausgeführte Schweißnaht (63) am Tragkörper (31) durchgehend oder unterbrochen sein. Um den Tragkörper (31) werden damit 16 Längskanäle (64, 65) ausgebildet. Auf jedem Seitenblech (36, 37) sind vier Kanäle (64) angeordnet, vier weitere Kanäle (65) sind entlang der Längskanten (48) des Tragkörpers (31) ausgebildet. Jeweils acht Kanäle (64, 65) sind miteinander verbunden. Die zwischen den Kanälen (64, 65) angeordneten Stegbleche (61) können kürzer als dargestellt ausgebildet sein. Beispielsweise können mehrere Stegbleche (61) entlang einer Linie angeordnet sein.
-
Beide aus den einzelnen Kanälen (64, 65) gebildete Kanalgruppen (66, 67) haben die gleiche Querschnittsfläche. Sie sind über die Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) miteinander verbunden. Gegebenenfalls können die linke (66) und die rechte Kanalgruppe (67) auch im Bereich der Flanschplatte (23) hydraulisch miteinander verbunden sein.
-
Die Abstandshalter (61, 62) tragen den Leitkörper (71). In der Querschnittsdarstellung der 3 umfasst der Leitkörper (71) zwei u-förmig gebogene, schalenförmige Kupferleitbleche (72, 73; 89, 91), die den Tragkörper (31) umgreifen. Die 6 zeigt ein derartiges Kupferleitblech (72). Der Werkstoff der z. B. 10 Millimeter dicken Kupferleitbleche (72, 73; 89, 91) entspricht dem oben genannten Kupferwerkstoff.
-
Das einzelne Kupferleitblech (72; 73; 89; 91) ist aus einer rechteckigen Blechtafel z. B. mittels eines Kaltumformverfahrens hergestellt. Im dargestellten Kupferleitblech (72) sind die beiden in die gleiche Richtung weisenden Schenkel (74, 75) gleich lang. Der Biegeradius am Übergang zum Hauptteil (76) beträgt an der Innenseite (77) des Kupflerleitblechs (72) 25 Millimeter.
-
Am oberen Schenkel (74) ist eine Ausnehmung (78) eingebracht. Beim montierten Elektrodentragarmkörper (21) umgibt diese eine Transportöse (49).
-
Der untere Schenkel (75) des in der 6 dargestellten, als Schale (72) ausgebildeten Kupferleitbleches (72) weist zwei Ausnehmungen (79, 81) auf. Beim montierten Elektrodentragarmkörper (21) umgreifen diese Ausnehmungen (79, 81) die Auflageplatte (18) und die Befestigungselemente (11) des Elektrodentragarms (10). An beiden Schenkeln (74, 75) und am Hauptteil (76) des Kupferleitblechs (72) sind Längsschlitze (82) eingebracht. Jeder dieser Längsschlitze (82) ist im Ausführungsbeispiel 80 Millimeter lang und 12 Millimeter breit. Der Abstand zweier in einer Linie angeordneter Längsschlitze (82) beträgt z. B. 120 Millimeter. Die einzelnen Reihen (83) der Längsschlitze (82) sind versetzt zueinander angeordnet. Der Mittenabstand der Reihen (83) entspricht dem Mittenabstand der Abstandshalter (61, 62).
-
Am Hauptteil (76) des dargestellten Kupferleitblechs (72) sind weiterhin vier Durchbrüche (84–86, 96) angeordnet. Durch zwei große Durchbrüche (84, 85) sind beim montierten Elektrodentragarm (10) Kühlwasserleitungen hindurchgeführt. Durch den Durchbruch (86) kleineren Durchmessers ist bei montiertem Elektrodentragarmkörper (21) beispielsweise die Hydraulikleitung (46) für die Elektrodenlösevorrichtung (102) hindurchgeführt und durch den vierten Durchbruch (96) ist die Kühlwasserleitung (47) für die Elektrodenkühlvorrichtung (103) geführt. Die freien Kanten (87) des Kupferleitblechs (72) haben im Ausführungsbeispiel eine Schweißnahtvorbereitung (88), deren Tiefe 80% der Materialstärke beträgt. Der Schrägungswinkel beträgt z. B. 30 Grad.
-
Beim Aufbau des Tragarmkörpers (31) werden zunächst die Ausnehmungen (51) für die Befestigungselemente (11) in den Profilträger (32) eingebracht. Im Ausführungsbeispiel des abgekröpften Elektrodentragarmkörpers (21) werden beide Abschnitte (52, 53) des Profilträgers (32) miteinander verbunden. Nach dem Einschweißen der Einschraubhülsen (11) werden die Versteifungsbleche (41) eingesetzt, fixiert und verschweißt. Beispielsweise am unteren Profilträgerflansch (18) kann die Auflageplatte (18) befestigt werden. In den Innenraum (38) des Tragkörpers (31) wird die Hydraulikleitung (46) eingelegt und fixiert. Im nächsten Schritt werden die Seitenbleche (36, 37) an die Profilträgerflansche (34, 35) angesetzt und verschweißt. Auf die Oberseite (55) des Profilträgers (32) werden beispielsweise zwei Transportösen (49) angeschweißt. Alle tragenden Teile des so hergestellten Tragkörpers (31) bestehen aus dem gleichen Werkstoff. Daher kann überall das gleiche Fügeverfahren eingesetzt werden. Der Tragkörper (31) hat im Querschnitt ein geschlossenes Profil.
-
Im nächsten Schritt der Herstellung werden die Abstandshalter (61, 62) auf den Tragkörper (31) fixiert und befestigt. Anschließend werden die schalenförmigen Leitkörperelemente (72, 73, 89, 91) an den Abstandshaltern (61, 62) angelegt und fixiert. An der Oberseite (55) des Elektrodentragarmkörpers (21) werden die Leitkörperelemente (72, 73, 89, 91) mit den Trennstegen (62) und miteinander mittels jeweils einer durchgängigen Schweißnaht (92) verbunden. Hierbei wird beispielsweise ein Kupfer-Aluminium-Schweißzusatzwerkstoff eingesetzt. An den Transportösen (49) ist die Schweißnaht (92) um diese herumgeführt. An der Unterseite (28) des Elektrodentragarmkörpers (21) ist die ansonsten durchgehende Schweißnaht (93) um die Auflageplatten (18) herumgeführt. Beide Schweißnähte (92, 93) sind Verschweißungen zwischen Kupfer und Stahl.
-
Entlang der Abstandshalter (61) werden die Leitkörperelemente (72, 73, 89, 91) mit diesen durch die Längsschlitze (82) hindurch von außen verschweißt. Auch diese Verschweißungen sind Kupfer-Stahl-Verschweißungen. Gegebenenfalls können mit der Flanschplatte (23) Anpassbleche (94) eingesetzt werden. An der rückwärtigen Stirnseite wird die Anschlussplatte (22) angebracht und mit den restlichen Teilen des Leitkörpers (71) verschweißt. Der Leitkörper (71) umgreift nun den Tragkörper (31). Sein im Bereich der Schweißnähte (92, 93) geschlossenes Profil hat die gleichen Symmetrieebenen wie der Tragkörper (31). Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das maximale Flächenträgheitsmoment des Tragkörpers (31) im selben Querschnitt um 70% größer als das maximale Flächenträgheitsmoment des Leitkörpers (71). Es ist auch denkbar, den Tragkörper (31) und den Leitkörper (71) so auszubilden, dass das maximale Flächenträgheitsmoment des Tragkörpers (31) um mindestens 25% größer ist als das maximale Flächenträgheitsmoment des Leitkörpers (71).
-
Der Anteil des größten Flächenträgheitsmoments des Tragkörpers (31) am größten Flächenträgheitsmoment des gesamten Elektrodentragarmkörpers (21) beträgt im Ausführungsbeispiel 58%. Dieser Anteil kann größer oder gleich 50% sein.
-
An den Durchbrüchen (84–86, 96) werden Flansche (95) angeordnet, die gegenüber dem Leitkörper (71) elektrisch isoliert sind. Auch eine andere Reihenfolge des Aufbaus des Elektrodentragarmkörpers (21) ist denkbar.
-
Der Elektrodentragarmkörper (21) besteht aus handelsüblichen Bauteilen. Für alle Schweißnähte des Tragkörpers (31) kann z. B. ein Metall-Inertgas-Verfahren eingesetzt werden. Für die Schweißnähte des Leitkörpers (71) kann einheitlich ein Kupfer-Stahl-Schweißverfahren verwendet werden. Der Elektrodentragarmkörper (21) ist daher schnell und kostengünstig herstellbar. Aufgrund des großen Flächenträgheitsmoments bezüglich der horizontalen Hauptachse ist er verformungssteif gegen Biege- und Torsionsbeanspruchungen, die durch statische Kräfte und Betriebskräfte verursacht werden.
-
An den Elektrodentragarmkörper (21) kann nun zum Aufbau des Elektrodentragarms (10) die Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) angeschlossen werden. Hierbei kann die Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) an den Elektrodentragarmkörper (21) angeflanscht werden oder mit diesem verschweißt werden. Auch andere Fügeverfahren sind denkbar. Die Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) umfasst die Elektrodenspannvorrichtung (101), die Elektrodenlösevorrichtung (102) und eine Elektrodenkühlvorrichtung (103). Die federbelastete Elektrodenspannvorrichtung (101) klemmt nach dem Einsetzen die Elektrode mittels z. B. dreier Klemmbacken (105). Diese Spannvorrichtung (101) ist mittels einer hydraulisch betätigten Lösevorrichtung (102), die z. B. einen einfachwirkenden Hochdruckzylinder umfasst, entsperrbar. Der Hydraulikzylinder ist über die im Tragkörper (31) geführte Hydraulikleitung (46) und eine Schlauchverbindung zur Trafohauswand mit einem Hydraulikaggregat verbindbar.
-
Die Elektrodenkühlvorrichtung (103) umfasst den Sprühring (104), durch dessen in Richtung der Elektrode gerichtete Öffnungen Kühlwasser austritt und während des Ofenbetriebs die Elektrode kühlt. Die Elektrodenkühlvorrichtung (103) ist mit dem Elektrodentragarmkörper (21) und mittels weiterer flexibler Schlauchleitungen mit der Trafohauswand verbunden. Gegebenenfalls kann die Elektrodenkühlvorrichtung (103) auch mit der Tragarmkühlung verbunden sein. Schlauchleitungen (106) verbinden den Elektrodentragarmkörper (21) mit der Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) zur Kühlung der Elektrodenlösevorrichtung (102).
-
Zum Betrieb wird der so vorbereitete Elektrodentragarm (10) auf einer Elektrodenhubsäule befestigt. An die Anschlußfahnen (24, 25) des Elektrodentragarms (10) werden die Hochstromkabel angeschlossen. An den Hydraulikanschluss (13) wird der von der Trafohauswand kommende Hydraulikschlauch befestigt. An den Kühlwasseranschluß (17) wird der Schlauch für die Elektrodenkühlvorrichtung (103) angeschraubt. Weiterhin werden an der rechten Seite des dargestellten Elektrodentragarms (10) zwei Kühlwasserschläuche angeschlossen. Beide haben im Ausführungsbeispiel eine Nennweite von 80 Millimetern. Der untere Anschluß (14) ist z. B. der Zulaufanschluss (14) und der obere Anschluß (15) der Rücklaufanschluss (15).
-
Die Kühlung des Elektrodentragarms (10) erfolgt beispielsweise mittels eines Volumenstroms von 45 Kubikmeter pro Stunde und mit einem Druck von 6·105 Newton pro Quadratmeter. Der Kühlwasserkreislauf kann als offener oder als geschlossener Kreislauf ausgebildet sein. Das demineralisierte Kühlwasser durchströmt auf der in der Draufsicht rechten Seite des Elektrodentragarms (10) die Kanalgruppe (67) zwischen dem Tragkörper (31) und dem Leitkörper (71). Nach dem Durchströmen der Elektrodenaufnahmevorrichtung (100) fließt das Wasser durch die linke Kanalgruppe (66) und ein Verbindungsrohrstück (16) zurück zum zweiten Kühlwasseranschluss (15). Auch ein anderer Kühlwasserverlauf ist denkbar. Hierbei verhindern die Kanalgeometrie und die beidseitigen Fixierungen der Abstandshalter (61, 62) ein Beulen des Elektrodentragarms (10). Gegebenenfalls kann auch der Innenraum (38) des Tragkörpers (31) gekühlt sein. Der Druckverlust im Elektrodentragarm (10) beträgt im Ausführungsbeispiel 2·105 Newton pro Quadratmeter.
-
Während des Ofenbetriebs wird der elektrische Strom im Elektrodentragarm (10) entlang des Leitkörpers (71) gefördert. Bei einem Drehstromofen erfolgt eine Verdrängung des Stromflusses an die Außenwandung des Leitkörpers (71), sodass der eisenhaltige Tragkörper (31) nur geringfügig durch den Stromfluss erwärmt wird. Die von der Netzfrequenz, der Permeabilität und der elektrischen Leitfähigkeit des Leitkörpers (71) abhängige Eindringtiefe des Stroms beträgt im Ausführungsbeispiel bei einer Netzfrequenz von 50 Hertz 9,5 Millimeter. Die Eindringtiefe ist damit geringer als die Dicke der Leitkörperelemente (72, 73, 89, 91). Bei der angenommenen inhomogenen Verteilung der Stromdichte über den Querschnitt des Leitkörpers (71) ist im Ausführungsbeispiel die maximale Stromdichte geringer als 4,5 Ampère pro Quadratmillimeter.
-
Der beschriebene Elektrodentragarm (10) ist derart aufgebaut, dass nach einer Demontage die einzelnen eingesetzten Werkstoffe problemlos voneinander zu trennen sind.
-
Auch Kombinationen der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind denkbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Umgebung
- 10
- Elektrodentragarm
- 11
- Befestigungselemente, Einschraubhülsen
- 12
- Innengewinde
- 13
- Hydraulikanschluss
- 14
- Kühlwasseranschluss, Zulauf
- 15
- Kühlwasseranschluß, Rücklauf
- 16
- Verbindungsrohrstück
- 17
- Kühlwasseranschluß
- 18
- Auflageplatte
- 21
- Elektrodentragarmkörper
- 22
- Anschlussplatte
- 23
- Flanschplatte
- 24
- Adapter, Anschlußfahnen
- 25
- Anschlußfahnen
- 26
- Gewindebuchsen
- 27
- Längsrichtung
- 28
- Unterseite
- 31
- Tragkörper
- 32
- Profilträger
- 33
- Längsseiten
- 34
- oberer Profilträgerflansch
- 35
- unterer Profilträgerflansch
- 36
- Seitenbleche
- 37
- Seitenblech
- 38
- Hohlraum, Innenraum
- 39
- Mittenlängssteg
- 41
- Versteifungsbleche
- 42
- Durchbruch
- 43
- Durchbruch
- 44
- Durchbruch
- 46
- Hydraulikleitung
- 47
- Kühlwasserleitung
- 48
- Längskanten
- 49
- Transportösen
- 51
- Ausnehmungen
- 52
- Abschnitt von (32)
- 53
- Abschnitt von (32)
- 55
- Oberseite
- 61
- Abstandshalter, Stegbleche
- 62
- Abstandshalter, Trennstege
- 63
- Schweißnaht
- 64
- Längskanäle
- 65
- Längskanäle
- 66
- Kanalgruppe
- 67
- Kanalgruppe
- 71
- Leitkörper
- 72
- Kupferleitblech, Schale, Leitkörperelemente
- 73
- Kupferleitblech, Schale, Leitkörperelemente
- 74
- Schenkel, oben
- 75
- Schenkel, unten
- 76
- Hauptteil
- 77
- Innenseite
- 78
- Ausnehmung
- 79
- Ausnehmung
- 81
- Ausnehmung
- 82
- Längsschlitze
- 83
- Reihe von (82)
- 84
- Durchbruch
- 85
- Durchbruch
- 86
- Durchbruch
- 87
- freie Kanten
- 88
- Schweißnahtvorbereitung
- 89
- Leitkörperelement
- 91
- Leitkörperelement
- 92
- Schweißnaht
- 93
- Schweißnaht
- 94
- Anpassbleche
- 95
- Flansche
- 96
- Durchbruch
- 100
- Elektrodenaufnahmevorrichtung
- 101
- Elektrodenspannvorrichtung
- 102
- Elektrodenlösevorrichtung
- 103
- Elektrodenkühlvorrichtung
- 104
- Sprühring
- 105
- Klemm- und Kontaktbacken
- 106
- Schlauchleitungen
