DE1113995B - A method of at least substantially reducing the wear and tear on arc electrodes - Google Patents
A method of at least substantially reducing the wear and tear on arc electrodesInfo
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Description
Verfahren zum mindestens wesentlichen Verringern der Abnutzung von Lichtbogenelektroden Es ist ein wesentliches Merkmal von strommäßig hochbelasteten positiven Lichtbogenelektroden, daß die dem Lichtbogen zugeordnete Stimfläche infolge des Aufpralls von Elektronen, die vornehmlich aus dem Bogenplasma stammen und im Anodenfall zusätzlich beschleunigt wurden, stark erhitzt wird. Hierdurch tritt oberhalb einer bestimmten Stromstärke eine merkliche Verdampfung der Elektrode ein, die in relativ kurzer Zeit zu einer so starken Abnutzung führt, daß die Elektrode verbraucht ist. Um diesen unerwünschten Verbrauch bei Metallelektroden mindestens stark zu mindern, ist es bekannt, diese mit flüssigen oder gasförmigen Medien zu kühlen. Trotz Kühlung ist es jedoch wegen der thermischen Oberflächenverdampfung und teilweise auch aus chemischen Gründen nicht möglich, die Abnutzung der Metallelektroden völlig zu unterbinden.A method for at least substantially reducing the wear of arc electrodes It is an essential feature of current moderately highly loaded positive arc electrodes that associated with the arc end surface caused by collision of electrons, which mainly originate from the arc plasma and were additionally accelerated in the anode case is strongly heated. As a result, above a certain current strength, a noticeable evaporation of the electrode occurs, which in a relatively short time leads to such severe wear that the electrode is consumed. In order to at least greatly reduce this undesirable consumption of metal electrodes, it is known to cool them with liquid or gaseous media. Despite cooling, however, due to the thermal surface evaporation and partly also for chemical reasons, it is not possible to completely prevent wear and tear on the metal electrodes.
Wesentlich größer als bei gekühlten Metaflelektroden ist bei spezifisch gleicher Belastung die Ab- nutzung bei Kohlenstoffelektroden. Das ergibt sich aus der Unmöglichkeit einer wirkungsvollen Kühlung der Kohle und daraus, daß Kohleelektroden ab einer Strombelastung von etwa 40 Amp./CM2 unter atmosphärischen Verhältnissen an der Stimfläche besonders stark verdampfen.Substantially greater than at refrigerated Metaflelektroden the waste is useful for carbon electrodes at specific equal load. This results from the impossibility of an effective cooling of the carbon and from the fact that carbon electrodes from a current load of about 40 Amp./CM2 under atmospheric conditions evaporate particularly strongly on the face.
Die genannte Stromdichte stellt jedoch oft für die technische Anwendung des Kohle-Lichtbogenverfahrens, insbesondere bei chemischen Verfahren, einen wesentlich zu kleinen Wert dar. Eine weitere Erhöhung der Stromdichte ist zwar grundsätzlich möglich, jedoch steigt dann der Kohleelektrodenverbrauch mehr als stromstärkelinear. Hierdurch und infolge der Unmöglichkeit der Verwendung gekühlter Metallelektroden aus chemischen Gründen bei einer großen Zahl chemischer Verfahren, beispielsweise wegen der störenden Wirkung des Metallelektrodendampfes, ergeben sich sowohl wirtschaftliche als auch betriebstechnische MängeL Ein großer Kohleelektrodenverbrauch wirkt sich nicht nur durch den hohen Preis der Kohle negativ auf die Wirtschaftlichkeit der Verfahren aus, sondern insbesondere auch durch die notwendige Bereitstellung von Arbeitskräften für die in verhältnismäßig kurzen Zeitabständen erforderliche Beschickung der Anlage mit neuen Elektroden zur Erzielung einer kontinuierlichen Lichtbogenbrennweise.However, the current density mentioned is often used for technical purposes of the carbon arc process, particularly in chemical processes, is an essential factor too small a value. A further increase in the current density is fundamental possible, but then the consumption of carbon electrodes increases more than linearly. This and the impossibility of using cooled metal electrodes for chemical reasons in a large number of chemical processes, for example because of the disruptive effect of the metal electrode vapor, there are both economical as well as operational deficiencies. A large consumption of carbon electrodes has an impact not only by the high price of coal negatively affect the profitability of the Procedure, but in particular also through the necessary provision of Workers for the loading required in relatively short time intervals the system with new electrodes to achieve a continuous arc burning mode.
Bei den bekannten Lichtbogenanlagen mit Kohleelektroden treten ferner erhebliche Betriebsstörungen auf, wenn die im Interesse kontinuierlicher Brennweise miteinander, vorzugsweise durch Verschrauben und/oder Verkitten, verbundenen Elektroden infolge ungleichmäßiger Verbindung zu mechanischer Hemmung oder zum Elektrodenbruch beim Vorschub führen. Das Bearbeiten von ungleichmäßigen VerbindungssteRen an Kohleelektraden kann während des kontinuierlichen Betriebes nur unter großem technischem Aufwand erfolgen, wobei trotzdem keine absolute Sicherheit für das Bedienungspersonal gegeben ist, da die Elektroden stets unter Spannung stehen, die bei derartigen Anlagen Tausende von Volt beträgt. Es leuchtet ein, daß auch bereits bei jedem Annippeln der Elektroden beün Anliegen derartiger Spannungen für den Bedienenden große Gefahren entstehen.The known arc systems with carbon electrodes also occur Significant malfunctions occur when in the interests of continuous firing electrodes connected to one another, preferably by screwing and / or cementing as a result of an uneven connection to mechanical jamming or to electrode breakage lead at the feed. The machining of uneven connection points on carbon electrodes can only be done with great technical effort during continuous operation take place, although there is still no absolute safety for the operating personnel is because the electrodes are always under voltage, which in such systems is thousands of volts. It goes without saying that every time the electrodes are attached If such tensions are concerned, the operator is at great risk.
Es ist außerdem bekannt, zum Schutze von Kohleelektroden elektrischer öfen gegen Abbrand auf die Elektrodenoberfläche eine Schutzmasse aus feuerfesten Stoffen, z. B. Schamottemehl, Asbest, Wasserglas od. dgl., mittels Druckluft aufzuspritzen, wobei das Aufspritzen der Masse während des Betriebes in dem Maße geschieht, wie die Elektrode aus der Fassung heraustritt.It is also known to protect carbon electrodes electrical Furnaces apply a protective mass of refractory to the electrode surface against burn-off Substances, e.g. B. fireclay powder, asbestos, water glass or the like. To be sprayed on by means of compressed air, wherein the spraying of the mass occurs during operation to the extent that the electrode comes out of the socket.
Ferner ist es bekannt, bei zur Schmelzflußelektrolyse dienenden elektrischen öfen, bei denen die Kohleelektroden zum Teil aus der heißen Ofenzone herausragen, den herausragenden Teil mit Phosphorsäure zu tränken zum Verhindern der Reduzierung der Elektrode durch den Luftsauerstoff.It is also known, in the case of electrical electrolysis for melted flux electrolysis ovens in which the carbon electrodes partially protrude from the hot oven zone, to soak the protruding part with phosphoric acid to prevent the reduction the electrode through the oxygen in the air.
Außerdem ist bei elektrischen Lichtbogenschmelzöfen vorgeschlagen worden, zum Abzug der Reaktionsgase an der Entstehungsstelle die Elektrode hohl auszubilden und mit einem in der Bohrung angeordneten, beweglichen Tauchrohr zu versehen.It is also proposed in electric arc melting furnaces been used to remove the reaction gases at the point of origin the Form hollow electrode and with a arranged in the bore, movable To provide immersion tube.
Bei der Synthese von- Zyarrwasserstoff aus granuliertem Kohlenstoff sowie aus Wasserstoff und Stickstoff enthaltendem Gas ist es ferner bekann4 durch eine Hohlelektrode den Kohlenstoff und das Gas in den Ofen einzuführen.In the synthesis of hydrogen cyanide from granulated carbon it is also known from gas containing hydrogen and nitrogen a hollow electrode to introduce the carbon and gas into the furnace.
Allen diesen bekannten Maßnahmen liegt aber nicht die Aufgabe der Erfindung zugrunde, das während des Bestehens des Lichtbogens verdampfende und/oder chemisch abgebaute Elektrodemnaterial durch in den Lichtbogenbrennraum eingebrachten Kohlenstoff zu ergänzen, sondern sie betreffen höchstens Maßnahmen, einen Abbau der Elektroden zu verhindern.However, all these known measures are not based on the object of the invention to supplement the electrode material, which evaporates and / or chemically degraded during the existence of the arc, with carbon introduced into the arc combustion chamber, but at most relate to measures to prevent degradation of the electrodes.
Zur mindestens wesentlichen Verringerung der geschilderten Nachteile sowohl des Metall- als auch des Kohle-Lichtbogenverfahrens wird ein Verfahren vorgeschlagen, gemäß dem in unmittelbare Nähe der Elektroden und/oder in den Raum zwischen mehreren Elektroden eine bestimmte Menge einer organischen Verbindung, vorzugsweise einer Kohlenwasserstoffverbindung, undtoder elementarer Kohlenstoff eingeführt wird, wobei die organische Verbindung sich im Lichtbogenraum zersetzt, und das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der gebildete und/ oder der elementar eingeführte Kohlenstoff in regelbarer Weise an den Elektroden zur Anlagerung gebracht wird.To at least substantially reduce the disadvantages of both the metal and the carbon arc process, a process is proposed according to which a certain amount of an organic compound, preferably a hydrocarbon compound, andtor in the immediate vicinity of the electrodes and / or in the space between several electrodes elemental carbon is introduced, the organic compound decomposing in the arc chamber, and which is characterized according to the invention in that the carbon formed and / or the elemental introduced carbon is brought to accumulate on the electrodes in a controllable manner.
Dadurch wird das während des Bestehens des Lichtbogens verdampfende und/oder chemisch abgebaute Elektrodenmaterial durch den in den Lichtbogenbrennraum eingebrachten Kohlenstoff, der sich auf dem Wege chemischer Umwandlung und/oder physikalischer Anlagerung an die Elektroden ansetzt, in regelbarer Weise wieder ergänzt.This is what evaporates during the existence of the arc and / or chemically degraded electrode material through the into the arc combustion chamber introduced carbon, which is by way of chemical conversion and / or physical accumulation on the electrodes begins, again in a controllable manner added.
Die Einführung von Kohlenstoff in die Lichtbogenanlag ,e ist an sich bekannt. Bisher wurde aber stets angestrebt, möglichst keine Anlagerungen von Kohlenstoff an den Elektroden entstehen zu lassen. Die Erfinder dagegen haben erkannt, daß durch die gesteuerte Anlagerung von Kohlenstoff an den Elektroden die, Abnutzung derselben mindestens wesentlich vermindert werden kann.The introduction of carbon into the arc system is inherent in itself known. So far, however, the aim has always been to avoid carbon deposits as much as possible to be created on the electrodes. The inventors, however, have recognized that by the controlled deposition of carbon on the electrodes, the wear and tear of the same can be at least substantially reduced.
Zur Erzielung einer rotationssymmetrischen Form der Anlagerung an die Elektroden werden diese gemüß einem weiteren Vorschlag gedreht. Vorzugsweise wird der Anlagerung eine zylindrische Form gegeben. Andere rotationssymmetrische Formen sind aber ebenfalls zweckmäßig. Zum Ausgleich von unterschiedlichen oder zu geringen Kohlenstoffanlagerungen kann den Elektroden zusätzlich auch einem Bewegung in Uängsrichtung erteilt werden.To achieve a rotationally symmetrical form of attachment to the electrodes are rotated according to a further suggestion. Preferably the attachment is given a cylindrical shape. Other rotationally symmetrical But shapes are also useful. To compensate for different or Too little carbon deposits can also cause the electrodes to move in the longitudinal direction.
Als Elektroden, auf denen der Kohlenstoff angelagert wird, werden gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung Kohlenstoffelektroden oder gekühlte, Metallelektroden verwendet.As electrodes, on which the carbon is deposited, are According to a further embodiment of the invention, carbon electrodes or cooled metal electrodes used.
Die Zufuhr der organischen Verbindung und/oder des elementaren Kohlenstoffs erfolgt nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung durch die Elektroden hindurch, wozu diese entweder mit einem konzentrischen und/oder exzentrischen Kanal im Innem oder mit einer vorzugsweise in Richtung der Elektrodenlängsachse verlaufenden und in die Elektrodenoberfläche eingearbeiteten Nut versehen sind. Die Zuführung der organischen Verbindung und/oder des elementaren Kohlenstoffs kann auch durch einen die Elektrode konzentrisch oder exzentrisch umgebenden Ringraum erfolgen.The supply of the organic compound and / or the elemental carbon takes place according to a further proposal of the invention through the electrodes, including this with either a concentric and / or eccentric channel inside or with a preferably extending in the direction of the electrode longitudinal axis and are provided in the electrode surface machined groove. The feeding of the organic compound and / or elemental carbon can also by a the electrode is carried out concentrically or eccentrically surrounding the annular space.
Bei exzentrischer Zuführung der organischen Verbindung und/oder des elementaren Kohlenstoffs wird eine schuhförmige Anlagerung des Kohlenstoffs an der Stirnfläche-der Elektrode erzielt. Die Stimfläche wird dadurch wesentlich vergrößert, was die Strombelastung pro Quadratzentimeter Elektrodenfläche erheblich vermindert und der Abstand der nächstbenachbarten Elektrodenteile trotzdem praktisch gleichbleibt.With eccentric feed of the organic compound and / or des elemental carbon is a shoe-shaped accumulation of carbon on the End face of the electrode achieved. The face area is thereby significantly enlarged, which considerably reduces the current load per square centimeter of the electrode area and the distance between the next neighboring electrode parts remains practically the same.
Eine weitere zweckmäßige Möglichkeit der Zuführung der organischen Verbindung und/oder des elementaren Kohlenstoffs besteht darin, diese in Form mindestens eines Strahles derart auf die Elektroden zu richten, daß die Entladungszone räumlich vollständig davon umhüllt ist.Another convenient way of adding the organic Compound and / or elemental carbon consists in this in the form at least to direct a beam onto the electrodes in such a way that the discharge zone is spatially is completely enveloped by it.
Die Steuerung der Anlagerung des Kohlenstoffs erfolgt unter Verwendung an sich bekannter Schaltungen und Mittel von Hand in automatischer Abhängigkeitvon derLichtbogenspannungoder -leistung oder durch elektro-optische Abtaster. Die letztgenannten Steuerorgane erlauben bei geeigneter Anordnung sowohl eine Steuerung des Elektrodendurchmessers als auch der Elektrodenstellung. Ferner kann die Größe des Lichtbogenstromes so gesteuert werden, 'daß der mittlere Elektrodenabbrand unverändert bleibt. Außerdem wird die Menge und/oder die räumliche Verteilung des Auftreffens der zum Elektrodenaufbau beitragenden organischen Verbindung und/oder des elementaren Kohlenstoffs so gesteuert, daß der mittlere Elektrodenabstand unverändert bleibt.The control of the attachment of the carbon is carried out using circuits and means known per se by hand in automatic dependence on the arc voltage or power or by electro-optical scanners. The latter With a suitable arrangement, control elements allow both the electrode diameter to be controlled as well as the position of the electrodes. Furthermore, the size of the arc current can be so be controlled, 'that the average electrode consumption remains unchanged. aside from that the amount and / or the spatial distribution of the impact of the electrode structure contributing organic compound and / or the elemental carbon so controlled, that the mean electrode spacing remains unchanged.
Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung eine beispielsweise Ausführungsform der Er,fmdung.The drawing illustrates a schematic representation of an example Embodiment of the Er, fmdung.
Fig. 1 zeigt einen Lichtbogenofen für Drehstrombetrieb, bei dem die Menge der zugeführten organischen Verbindung, im vorliegenden Fall Kohlenwasserstoff, in Abhängigkeit vom Elektrodenverbrauch auf dem Weg über die Lichtbogenspannung selbsttätig gesteuert wird; Fig. 2 zeigt in einem Blick von unten eine schuhförmigeAnlagerung von Kohlenstoff an denElektroden eines Drehstromofens. 1 shows an electric arc furnace for three-phase operation, in which the amount of the organic compound supplied, in the present case hydrocarbon, is automatically controlled as a function of the electrode consumption on the way via the arc voltage; Fig. 2 shows, in a view from below, a shoe-shaped deposit of carbon on the electrodes of a three-phase furnace.
Da die Lichtbogenspannung einerseits bei wachsender Lichtbogenlänge zunirrunt und andererseits die an den Elektroden anwachsende Kohlenstoffmenge mit zunehmender zugeführter Kohlenwasserstoffmenge größer wird, ergibt sich bei Verwendung an sich bekannter Mittel eine einfache Regelung. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird die zwischen der Elektrode 1 und dem künstlich gebildeten Sternpunkt 2 vorhandene, der Lichtbogenspannung proportionale, Spannung über den spannungsabhängigen Schalter 3 der Spule 4 eines Magnetventils 5 zugeführte das bei erregter Spule 4 öffnet und so oberhalb einer Grenzspannung durch die Rohrleitung 6 Kohlenwasserstoff in Pfeilrichtung über den Ringraum 7 entlang der aufzukohlenden Elektrode 1 in die Lichtbogenzone 8 strömen läßt-Mit 9 ist ein Dichtungsring zur Verhinderung der Ausströmung von Gas aus der Stromzuführungshülse 10 bezeichnet. Durch Einstellung der Ansprechspannung des Schalters 3 und durch das aus demRingraum7inbesümmterRichtung ausströmende Gas wird der an der Elektrode 1 auftretende Materialveriust durch neu anwachsenden Kohlenstoff ausgeglichen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, erfolgt die schuhförmige Anlagerung 11 im Sinne einseitigen Anwachsens derart, daß der ursprüngliche Elektrodenabstand a praktisch unverändert bleibt. Die organische Verbindung und/oder der elementare Kohlenstoff wird durch die Bohrungen 12, 13 zugeführt, die zentrisch bzw. exzentrisch in den Elektroden 14 angeordnet sind. Die Elektroden 14 sind in diesem Fall feststehend ausgebildet. Zur Kontrolle des Abstandes a sind im Ofen, vorzugsweise in der Mitte oberhalb der Elektroden 14, optische Geräte angeordnet, die mit den Steuergeräten für die Menge und Richtung der zuströmenden organischen Verbindung verbunden sind.Since, on the one hand, the arc voltage increases with increasing arc length and, on the other hand, the amount of carbon that increases at the electrodes increases with an increasing amount of hydrocarbons supplied, simple regulation is obtained when using means known per se. As can be seen from Fig. 1 , the voltage which is present between the electrode 1 and the artificially formed star point 2 and is proportional to the arc voltage is supplied via the voltage-dependent switch 3 of the coil 4 of a solenoid valve 5, which opens when the coil 4 is energized and so through above a limit voltage the pipe can flow with-6 hydrocarbon in the direction of the arrow through the annular space 7 along the carburized electrode 1 in the arc zone 9 8 is designated from the power supply sleeve 10 a sealing ring to prevent the outflow of gas. By setting the response voltage of the switch 3 and by the gas flowing out of the annular space 7 in a specific direction, the material loss occurring on the electrode 1 is compensated for by newly growing carbon. As can be seen from FIG. 2, the shoe-shaped deposit 11 takes place in the sense of unilateral growth in such a way that the original electrode spacing a remains practically unchanged. The organic compound and / or the elemental carbon is supplied through the bores 12, 13 , which are arranged centrally or eccentrically in the electrodes 14. The electrodes 14 are designed to be stationary in this case. To control the distance a, optical devices are arranged in the furnace, preferably in the middle above the electrodes 14, which are connected to the control devices for the amount and direction of the inflowing organic compound.
Das Verfahren gilt auch dann als im Sinne der vorliegenden Erfindung ausgeführt, wenn ständig Kohlenwasserstoff zugeführt und nur ein Teil hiervon mengenmäßig geregelt wird.The method is then also considered to be within the meaning of the present invention carried out when hydrocarbons are constantly supplied and only part of it in terms of quantity is regulated.
Die Erfindung läßt sich sinngemäß in der verschiedensten Weise verwirklichen und ist nicht nur auf das schematisch wiedergegebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist insbesondere die bauliche Ausgestaltung und Anordnung der einzelnen Teile durchaus beliebig und richtet sich ausschließlich nach den Erfordernissen der Praxis.The invention can be implemented in a wide variety of ways and is not limited only to the exemplary embodiment shown schematically. This is particularly the case with the structural design and arrangement of the individual parts absolutely arbitrary and is based exclusively on the requirements of practice.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEK39572A DE1113995B (en) | 1959-12-31 | 1959-12-31 | A method of at least substantially reducing the wear and tear on arc electrodes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEK39572A DE1113995B (en) | 1959-12-31 | 1959-12-31 | A method of at least substantially reducing the wear and tear on arc electrodes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1113995B true DE1113995B (en) | 1961-09-21 |
Family
ID=7221761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEK39572A Pending DE1113995B (en) | 1959-12-31 | 1959-12-31 | A method of at least substantially reducing the wear and tear on arc electrodes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1113995B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0038498A2 (en) * | 1980-04-18 | 1981-10-28 | Korf-Stahl AG | Method of cooling the tip of an electrode utilized to produce an arc discharge |
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-
1959
- 1959-12-31 DE DEK39572A patent/DE1113995B/en active Pending
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