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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Elektrodensäulen zur Verwendung bei elektrischen Öfen und insbesondere Elektrodengleitsysteme für solche Elektrodensäulen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Elektrische Öfen werden üblicherweise zum Schmelzen von Metallen und zum Verhütten und Reduzieren von Erzen verwendet. In solchen Öfen wird typischerweise Wärme zur Ofenladung durch eine oder mehrere zylindrische Elektroden geliefert, von denen jede vertikal durch das Ofendach durch eine Elektrodensäule aufgehängt ist.
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Die Elektrodensäule stützt nicht nur die Elektrode ab, sondern ist auch zur Übertragung von elektrischer Leistung zu den Elektroden, für die Positionierung der Elektroden auf der Basis von Ofenleistungsanforderungen, für das schrittweise Zuführen oder ”Verschieben” der Elektroden nach unten in den Ofen, wenn sie verbraucht werden, und, wenn die Elektroden vom Soderberg-Typ sind, für das Unterstützen des Brennens der Elektroden verantwortlich. Es ist auch erwünscht, die Elektrode schrittweise nach oben bewegen zu können, beispielsweise um ein Übergleiten zu korrigieren oder einen schnellen Badanstieg im Ofen zu kompensieren.
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Um diese Funktionen durchzuführen, umfasst eine typische Elektrodensäule eine Winde, um die Position der Elektrode zu steuern, ein Elektrodengleitsystem, um die Elektrode schrittweise durch die Elektrodensäule und in den Ofen zuzuführen, eine Pastenheizvorrichtung, um ungebrannte Pastenblöcke zu erweichen und ein korrektes Brennen der Elektrode sicherzustellen, eine Leistungsklemme, um elektrische Leistung zur Elektrode zu liefern, und eine Elektrodendichtung, um eine übermäßige Freisetzung von schädlichen Gasen aus der Öffnung im Ofendach, durch die sich die Elektrode erstreckt, zu verhindern.
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Die Leistungsklemme umfasst typischerweise eine Anzahl von Kupferkontaktstellen, die gegen die Oberfläche der Elektrode vorgespannt werden, um einen elektrischen Kontakt mit der Elektrode aufrechtzuerhalten. Diese Klemmkraft der Elektrodenklemme an der Elektrode durch die Kontaktstellen wird kontinuierlich aufgebracht, wobei sie typischerweise nur für die Wartung gelöst wird.
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Das Elektrodengleitsystem umfasst typischerweise eine Gleitklemmenanordnung mit einer oder zwei Gleithülsen, die eine radiale Klemmkraft aufbringen, um die Elektrode abzustützen. Bei Gleitklemmanordnungen des Standes der Technik ist mindestens eine der Gleithülsen mit einem Mittel zum Lösen der Klemmkraft versehen, wodurch ermöglicht wird, dass die Elektrode relativ zur Elektrodensäule nach unten ”gleitet”.
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Eine Beschreibung eines typischen Systems des Standes der Technik zum schrittweisen Anheben und Absenken einer Elektrode ist das ”Zwei-Ring”-System, das in Spalte 1, Zeilen 20 bis 34, des
US-Patents Nr. 4 481 637 (Evensen), herausgegeben am 6. November 1984, beschrieben ist. Gemäß diesem System sind zwei Halterringe vorgesehen, die radiale Kräfte auf die Elektrode ausüben. Wenn die Elektrode nach unten in den Ofen zugeführt wird, wird der Druck des ersten der Halterringe gelöst und der erste Ring wird relativ zum zweiten Halterring und zur Elektrode vertikal bewegt, wonach der Druck am ersten Halterring reaktiviert wird. Der Druck am Halterring wird dann gelöst und die Elektrode wird durch Absenken des ersten Halterrings nach unten zugeführt. Wenn die Zufuhrbewegung beendet ist, wird der Druck am zweiten Halterring reaktiviert. Daher beinhaltet dieses Zwei-Ring-System das Lösen des Drucks an mindestens einem der Halterringe während der Zuführung der Elektrode.
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Ein weiterer Elektrodengleitmechanismus des Standes der Technik ist im
US-Patent Nr. 4 243 832 (Parsons et al.), herausgegeben am 6. Januar 1981, beschrieben. Das Patent von Parsons et al. beschreibt ein Elektrodengleitsystem und stellt dieses dar, in dem zwei Sätze von Gurtklemmen
5,
6 innerhalb eines Trägerrahmens
3 angeordnet sind, wobei der Rahmen
3 mit einem Hebelarm
10 mit einer doppelt wirkenden Ramme
11 versehen ist. Um die Elektrode abzusenken, wird die Ramme
11 ausgefahren, wobei die Klemmen
6 um die Elektrode festgezogen sind. Das Ausfahren der Ramme
11 bewirkt das Absenken des Endes
13 des Hebelarms
10, was dazu führt, dass die Elektrode gegen die Reibung der Klemmen
5 nach unten geschoben wird. Nachdem die Elektrode abgesenkt ist, werden die Klemmen
6 gelockert und in ihre Anfangspositionen nach oben bewegt. Um die Elektrode anzuheben, werden die Klemmkräfte der unteren Klemmen
6 gelöst und die Ramme
11 wird dann ausgefahren, um die Klemmen
6 abzusenken, wonach die Klemmkraft der Klemmen
6 reaktiviert wird. Die Klemmen
6 werden dann in Bezug auf die Klemmen
5 angehoben, wobei die Elektrode gegen die Reibungskraft der Klemmen
5 angehoben wird. Obwohl die auf die Elektrode durch den oberen Satz von Klemmen
5 aufgebrachten Klemmkräfte ausreichen, um die Elektrode abzustützen, beinhaltet das System von Parsons et al. trotzdem das Lösen der unteren Klemmen
6 während des Anhebens und Absenkens der Elektrode.
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Ein weiteres Elektrodengleitsystem des Standes der Technik ist im
US-Patent Nr. 3 898 364 (Hardin), herausgegeben am 5. August 1975, beschrieben. Das Harden-Patent offenbart ein System mit einer Kontaktklemme
14, einer Gleitklemme
16 und einer Drehmomentklemme
18, von denen jede festgezogen und gelöst werden kann. Während des Betriebs wird die Elektrode durch die Kontaktklemme
14 abgestützt und wird durch Lösen des Klemmdrucks an den Klemmen
16 und
18 und Bewegen der Klemme
14 relativ zu
16 nach unten abgesenkt. Folglich offenbart das Hardin-Patent auch ein System, in dem der Klemmdruck an der Elektrode gelöst wird.
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Ein weiteres Elektrodengleitsystem des Standes der Technik ist im
US-Patent Nr. 3 247 305 (Allen), herausgegeben am 19. April 1966, beschrieben. Das Allen-Patent offenbart eine Befestigungsanordnung für eine Lichtbogenelektrode für einen elektrischen Schmelzofen, bei der die Elektrode durch Klemmgürtel und eine Kontaktklemme gehalten wird. Ein Klemmgürtel umfasst einen axial geteilten Zylinder, dessen Reibkraft gegenüber der Elektrode durch Federn eingestellt wird. Ein Klemmgürtel ist mit daran angreifenden Hebern relativ zu einer Plattform bewegbar, an der sich ein weiterer Klemmgürtel sowie die Kontaktklemme über einen Kühlmantel direkt abstützt. Der Federdruck der Klemmgürtel ist bevorzugt gleich groß eingestellt, sodass die klemmenden Reibkräfte gleich sind und gemeinsam das Elektrodengewicht tragen können. Die Kontaktklemme ist vorzugsweise für eine Klemmkraft gleich der eines Klemmgürtels eingestellt, sodass ein Klemmgürtel oder die Kontaktklemme zur Wartung gelockert werden kann. Bei derartig eingestellten Klemmkräften führt eine nach unten gerichtete Bewegung mittels der Heber dazu, dass die Elektrode nach unten bewegt wird, während eine Bewegung nach oben mittels der Heber bewirkt, dass der Klemmgürtel an der Plattform relativ zur Elektrode bewegt wird. Wird dieser Ablauf wiederholt, bewegt sich die Elektrode weiter. Da das Gewicht einer typischen Elektrode beträchtlich ist, wobei es in der Größenordnung von etwa 40 Tonnen liegt, ist das Lösen des Klemmdrucks an der Elektrode während des Zuführens oder Verschiebens unerwünscht, da der Sicherheitsfaktor gegen das Fallen der Elektrode verringert wird, wenn eine oder mehrere Klemmen gelöst werden. Folglich besteht ein Bedarf für verbesserte Elektrodengleitsysteme, bei denen das Lösen von Klemmkräften an den Elektroden vermieden wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung beseitigt die vorstehend beschriebenen Probleme des Standes der Technik durch Bereitstellung einer Kombination aus einer Elektrode und einer Elektrodensäule für einen elektrischen Lichtbogenofen gemäß Anspruch 1, einer Gleitklemmanordnung gemäß Anspruch 14 und eines Verfahrens zum axialen Bewegen einer Elektrode relativ zu einem elektrischen Lichtbogenofen gemäß Anspruch 16 und 18, wobei die Elektrode jeweils ohne Lösung der Klemmkräfte an der Elektrode relativ zur Elektrodensäule angehoben oder abgesenkt werden kann. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert.
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Bei einem Elektrodengleitsystem gemäß der Erfindung ist die Elektrodensäule mit einer Gleitklemmenanordnung mit mindestens zwei beweglichen Gleithülse versehen, die eine radiale Klemmkraft auf die Elektrode aufbringt. Die kombinierten Klemmkräfte der Gleitklemmenanordnung und der Leistungsklemme reichen aus, um die Elektrode abzustützen. Die Beträge der Klemmkräfte, die durch die Gleithülse und durch die Leistungsklemme aufgebracht werden, sind derart ausgewählt, dass das Aufbringen einer nach unten gerichteten axialen Kraft auf die Gleithülse in Kombination mit dem Gewicht der Elektrode ausreicht, um die Widerstandsreibungskraft der Leistungsklemme zu überwinden, wodurch sich ein Gleiten der Elektrode relativ zur Leistungsklemme ohne Lösen der Klemmkräfte ergibt. Die Gleithülse kann dann ohne Lösen der Klemmkräfte durch Aufbringen einer nach oben gerichteten axialen Kraft, die unzureichend ist, um das kombinierte Gewicht der Elektrode und der Widerstandsreibungskraft der Leistungsklemme zu überwinden, in ihre Anfangsposition angehoben werden, so dass die Gleithülse entlang der Elektrode nach oben, zurück in ihre Anfangsposition gleitet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Gleitklemmenanordnung eine zweite Gleithülse, die relativ zur Elektrodensäule entweder stationär oder beweglich sein kann. Wenn die zweite Gleithülse beweglich ist, kann die Elektrode relativ zur Elektrodensäule angehoben oder ”zurückgeschoben” werden, indem gleichzeitig aufwärts gerichtete axiale Kräfte auf beide Gleithülsen aufgebracht werden, wieder ohne Lösen des Drucks der Gleithülsen oder der Leistungsklemme. Die Gleithülsen werden dann nacheinander relativ zur Elektrodensäule nach unten bewegt, so dass die Gleithülsen entlang der Elektrode wieder in ihre Anfangspositionen nach unten gleiten, ohne die Klemmkraft zu lösen. Das Abwärtsschieben wird durch Aufbringen einer nach unten gerichteten axialen Kraft auf eine oder beide Hülsen bewerkstelligt, wie im vorangehenden Absatz beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nun nur beispielhaft mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gilt:
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1a bis 1c stellen ein bevorzugtes Elektrodengleitsystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Gleithülse und das Verfahren, durch das die Elektrode unter Verwendung dieses Systems nach unten zugeführt wird, dar;
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2a bis 2d stellen ein Elektrodengleitsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit zwei Gleithülsen, wobei beide Gleithülsen beweglich sind, und ein bevorzugtes Verfahren, durch das eine Elektrode unter Verwendung dieses Systems nach unten zugeführt wird, dar;
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3a bis 3d stellen ein Verfahren dar, durch das das Elektrodengleitsystem von 2 für eine Aufwärts-Zurückverschiebung der Elektrode verwendet wird;
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4 ist eine Seitenaufrissansicht eines bevorzugten Gleitsystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei beweglichen Gleithülsen;
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5 ist ein Vorderaufriss eines bevorzugten Elektrodengleitsystems gemäß der Erfindung mit zwei beweglichen Gleithülsen; und
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6 ist eine Draufsicht auf das Elektrodengleitsystem von 4 teilweise im Querschnitt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 bis 3 sind schematische Darstellungen, die die Funktionsweise von bevorzugten Elektrodengleitsystemen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Die 1a bis 1c stellen schematisch eine verbrauchbare Elektrode 10 für einen elektrischen Lichtbogenofen (nicht dargestellt) dar, die durch eine Elektrodensäule 12 abgestützt ist, von der nur die Leistungsklemme 14 und die Gleithülse 16 gezeigt sind. Die restlichen Komponenten der Elektrodensäule 12 sind nicht gezeigt, da sie für ein Verständnis der Erfindung, wie mit Bezug auf die 1a bis 1c beschrieben, nicht notwendig sind. Es ist zu erkennen, dass die Elektrodensäule auch mit den vorstehend erwähnten anderen Komponenten versehen sein kann und dass die Gleithülse einen Teil einer Gleitklemmenanordnung bildet, die auch andere Komponenten umfasst, wie nachstehend genauer beschrieben.
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Wie vorstehend erwähnt, ist die Elektrode 10 vertikal aufgehängt und definiert eine Längsachse L, die in 1a gezeigt ist.
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Die 1a bis 1c stellen die Schritte dar, die am schrittweisen Zuführen der Elektrode 10 nach unten entlang der Längsachse in den Ofen beteiligt sind. Die Leistungsklemme 14 umfasst ein ringförmiges Kontaktelement, durch das sich die Elektrode erstreckt und das mit der Elektrode 10 in Kontakt steht. Die Leistungsklemme 14 übt eine erste radiale Klemmkraft auf die Elektrode 10 durch das ringförmige Kontaktelement aus.
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Die Gleithülse 16 besitzt ein hohles zylindrisches Inneres, durch das sich die Elektrode 10 erstreckt. Die erste Gleithülse 16 übt eine zweite radiale Klemmkraft auf die Elektrode 10 aus und ist in der axialen Richtung relativ zur Elektrode 10 und zur Leistungsklemme 14 beweglich.
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Um die Elektrode 10 nach unten entlang der Längsachse L zu verschieben, wird eine axial gerichtete Abwärtskraft auf die Gleithülse 16 in der Richtung des Pfeils A aufgebracht, während die Klemmkräfte der Leistungsklemme 14 und der Gleithülse 16 aufrechterhalten werden.
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Es ist zu erkennen, dass das Gewicht der Elektrode 10 eine Abwärtskraft bildet, die parallel zur Längsachse L gerichtet ist und in 1a durch den Pfeil W dargestellt ist. Den in 1a gezeigten Kräften A und W wird durch eine Widerstandsreibungskraft der Leistungsklemme 14 entgegengewirkt, die durch den Pfeil R in 1a dargestellt ist. Die Beträge der Klemmkräfte, die durch die Leistungsklemme 14 und die Hülse 16 erzeugt werden, sind derart ausgewählt, dass eine axiale Abwärtsbewegung der Gleithülse 16 ohne Lösen der Klemmkräfte zu einer axialen Abwärtsbewegung der Elektrode 10 relativ zur Leistungsklemme 14 führt. Mit anderen Worten, der kombinierte Betrag der durch die Pfeile A und W dargestellten Kräfte ist größer als die Widerstandskraft R und daher wird bewirkt, dass die Elektrode 10 durch die Leistungsklemme 14 in die in 1b gezeigte Position nach unten gleitet, wobei somit die Elektrode 10 um ein Ausmaß X in den Ofen zugeführt wird.
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Um den Prozess des Absenkens der Elektrode 10 zu vollenden, muss die Gleithülse 16 in ihre Anfangsposition zurückgeführt werden. Folglich wird eine nach oben gerichtete axiale Kraft, die durch den Pfeil B in 1b dargestellt ist, auf die Gleithülse 16 aufgebracht. Dieser Kraft B wird durch das Gewicht W der Elektrode 10 entgegengewirkt und wird auch durch die Reibungskraft der Leistungsklemme 14 an der Elektrode 10, die durch den Pfeil R' in 1b dargestellt ist, Widerstand geleistet. Die Beträge der Klemmkräfte sind derart ausgewählt, dass die axiale Aufwärtsbewegung von nur der Gleithülse 16, während die Klemmkräfte der Leistungsklemme 14 und der Gleithülse 16 aufrechterhalten werden, zu einer axialen Aufwärtsbewegung der Gleithülse 16 relativ zur Elektrode 10 führt. Mit anderen Worten, der Betrag der Kraft B ist unzureichend, um die kombinierte Wirkung der Kräfte W und R' zu überwinden, und daher gleitet die Gleithülse 16 an der Elektrode 10 nach oben. Es wird betont, dass die Aufwärtsverschiebung der Gleithülse 16 ohne Lösen der Klemmkräfte der Leistungsklemme 14 oder der Gleithülse 16 durchgeführt wird und dass im Wesentlichen kein Gleiten der Elektrode relativ zur Leistungsklemme 14 stattfindet. Die Endposition der Gleithülse 16 ist in 1c dargestellt. Die Elektrode 10 kann weiter in den Ofen zugeführt werden, indem die in den 1a bis 1c gezeigten Schritte wiederholt werden. Es ist zu erkennen, dass die Folge von Schritten, die am Absenken der Elektrode 10 beteiligt sind, von der vorstehend mit Bezug auf die 1a bis 1c beschriebenen Folge verändert werden kann. Die Gleithülse 16 kann beispielsweise von ihrer Anfangsposition nach oben weg bewegt werden, bevor sie abgesenkt wird. Mit anderen Worten, die Reihenfolge der in den 1a und 1b gezeigten Schritte kann umgekehrt werden.
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Die 2a bis 2d und 3a bis 3d stellen schematisch ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Elektrodensäule 28 in Kombination mit einer Elektrode 10 für einen elektrischen Lichtbogenofen (nicht dargestellt) dar. Die Elektrodensäule 28 im zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst eine Leistungsklemme 30, die eine erste Klemmkraft auf die Elektrode 10 ausübt, eine erste Gleithülse 32, die eine zweite Klemmkraft auf die Elektrode 10 ausübt, und eine zweite Gleithülse 34, die eine dritte Klemmkraft auf die Elektrode 10 ausübt. Die Gleithülsen 32 und 34 besitzen ein hohles zylindrisches Inneres, durch das sich die Elektrode 10 erstreckt. Sowohl die erste als auch die zweite Gleithülse 32, 34 sind relativ zu den stationären Komponenten der Elektrodensäule 28, einschließlich der Leistungsklemme 30, beweglich. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Gleithülse 32, 34 relativ zueinander unabhängig beweglich.
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Die Abwärtszuführung der Elektrode 10 wird durch gleichzeitiges Ausüben von axial gerichteten Abwärtskräften A1 und A2 auf die Gleithülsen 32 und 34, während die erste, die zweite und die dritte Klemmkraft an der Elektrode 10 aufrechterhalten werden, durchgeführt. Die Beträge der ersten, der zweiten und der dritten Klemmkraft sind derart ausgewählt, dass der kombinierte Betrag der Kräfte A1, A2 und das Gewicht W der Elektrode 10 größer sind als die Reibungswiderstandskraft R1, die auf die Elektrode 10 durch die Leistungsklemme 30 ausgeübt wird. Folglich führt das Aufbringen der Abwärtskräfte A1 und A2 zu einer axialen Abwärtsbewegung der Elektrode 10 relativ zu den stationären Komponenten der Elektrodensäule 28, einschließlich der Leistungsklemme 30. Daher wird bewirkt, dass die Elektrode 10 durch die Leistungsklemme 30 in die in 2b gezeigte Position nach unten gleitet, wobei somit die Elektrode 10 um ein Ausmaß ”x” in den Ofen zugeführt wird. 2b stellt die Position der Elektrode 10 und die Konfiguration der Elektrodensäule 28 nach diesem Vorgang dar.
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Vorzugsweise werden die Gleithülsen 32 und 34 einzeln in ihre Anfangspositionen zurückgebracht, wie in den 2b bis 2d dargestellt. Wie in 2b gezeigt, wird die erste Gleithülse 32 durch Aufbringen einer nach oben gerichteten Kraft B1 in ihre Anfangsposition nach oben bewegt. Der Betrag der Kraft B1 ist geringer als die kombinierten Beträge der Widerstandsreibungskraft R1' der Leistungsklemme 30, R2' der zweiten Gleithülse 34 und des Gewichts W der Elektrode 10. Folglich führt die Bewegung nur der ersten Gleithülse 32 nach oben, während die erste, die zweite und die dritte Klemmkraft aufrechterhalten werden, zu einer axialen Aufwärtsbewegung der ersten Gleithülse 32 relativ zur Elektrode 10 und zum Rest der Elektrodensäule 28.
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Ebenso stellt 2c die Rückkehr der zweiten Gleithülse 34 in ihre Anfangsposition durch Aufbringen einer axial nach oben gerichteten Kraft 32 auf nur die zweite Gleithülse dar. Wie in 2c gezeigt, ist der Betrag der Aufwärtskraft 32 geringer als der kombinierte Betrag der Widerstandsreibungskräfte R1' und R2' der Leistungsklemme 30 und der ersten Gleithülse 32 und des Gewichts W der Elektrode 10. Folglich führt die Aufwärtsbewegung nur der zweiten Gleithülse 34, während die erste, die zweite und die dritte Klemmkraft aufrechterhalten werden, zu einer axialen Bewegung der zweiten Gleithülse 34 relativ zur Elektrode 10. Nach der Rückkehr der Gleithülsen 32, 34 in ihre Anfangspositionen weisen die Elektrode 10 und die Elektrodensäule 28 die in 2d gezeigte Konfiguration auf.
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Es ist zu erkennen, dass die Folge von Schritten, die am Verschieben der Elektrode 10 nach unten beteiligt sind, von der vorstehend mit Bezug auf die 2a bis 2d beschriebenen Folge verändert werden kann. Die Gleithülsen 32, 34 können beispielsweise von ihren Anfangspositionen weg nach oben bewegt werden, bevor sie zusammen abgesenkt werden. Mit anderen Worten, die in den 2b und 2c gezeigten Schritte können vor dem in 2a gezeigten Schritt durchgeführt werden. Ferner kann die Reihenfolge der in den 2b und 2c gezeigten Schritte umgekehrt werden.
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Ein Vorteil der Verwendung der Elektrodensäule 28 des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels besteht darin, dass sie auch ein ”Zurückschieben” oder eine Aufwärtszuführung der Elektrode 10 durchführen kann. Dies kann erforderlich sein, um ein versehentliches übermäßiges Abwärtsschieben zu korrigieren oder einen schnell ansteigenden Pegel von geschmolzenem Material im Ofen zu kompensieren. Das Zurückschieben wird nun mit Bezug auf die 3a bis 3d erläutert.
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Die Elektrode 10 wird durch gleichzeitiges Aufbringen von axial gerichteten Aufwärtskräften B1 und B2 auf die erste und die zweite Gleithülse 32, 34 nach oben zugeführt. Die Beträge der Klemmkräfte sind derart ausgewählt, dass der kombinierte Betrag der Aufwärtskräfte B1 und B2 größer ist als das Gewicht der Elektrode 10 in Kombination mit der Widerstandsreibungskraft R1 der Leistungsklemme 30. Folglich führt das Aufbringen der Aufwärtskräfte B1 und B2 zu einer axialen Aufwärtsbewegung der Elektrode 10 relativ zu den stationären Komponenten der Elektrodensäule 28, einschließlich der Leistungsklemme 30. Daher wird bewirkt, dass die Elektrode 10 durch die Leistungsklemme 30 in die in 3b gezeigte Position nach oben gleitet, wobei folglich die Elektrode 10 um ein Ausmaß ”X” aus dem Ofen zurückgezogen wird.
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Die Rückkehr der Gleithülsen 32, 34 in ihre Anfangspositionen ist in den 3b und 3c dargestellt. In 3b wird eine axiale nach unten gerichtete Kraft A1 nur auf die zweite Gleithülse 34 aufgebracht. Die Beträge der Kräfte sind derart ausgewählt, dass die Kombination der Abwärtskraft A1 und des Elektrodengewichts W geringer ist als die kombinierten Widerstandskräfte R1' und R2' der Leistungsklemme 30 und der ersten Gleithülse 32. Folglich bewegt sich die zweite Gleithülse 34 relativ zur Elektrode 10 und zu den stationären Komponenten der Elektrodensäule 28 nach unten in die in 3c gezeigte Position. Ebenso wird die erste Gleithülse 32 durch Aufbringen einer axialen Abwärtskraft A2, die in Kombination mit dem Elektrodengewicht W unzureichend ist, um die Widerstandskräfte R1' und R3' der Leistungsklemme 30 bzw. der zweiten Gleithülse 34 zu überwinden, nach unten bewegt, wie in 3c gezeigt. Folglich bewegt sich die erste Gleithülse 32 relativ zur Elektrode 10 und relativ zu den stationären Komponenten der Elektrodensäule 28 in die in 3d gezeigte Position nach unten.
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Es ist zu erkennen, dass die Folge von Schritten, die am Zurückschieben der Elektrode 10 beteiligt sind, von der vorstehend mit Bezug auf die 3a bis 3d beschriebenen Folge verändert werden kann. Die Gleithülsen 32, 34 können beispielsweise von ihren Anfangspositionen nach unten wegbewegt werden, bevor sie zusammen angehoben werden. Mit anderen Worten, die in den 3b und 3c gezeigten Schritte können vor dem in 3a gezeigten Schritt durchgeführt werden. Ferner kann die Reihenfolge der in den 3b und 3c gezeigten Schritte umgekehrt werden.
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Aus der obigen Erörterung der 2a bis 2d und 3a bis 3d ist auch ersichtlich, dass das Grundprinzip, das am Verschieben und Zurückschieben der Elektrode 10 beteiligt ist, darin besteht, dass das Bewegen von einer der Gleithülsen 32, 34 allein bewirkt, dass sie über die Elektrode 10 gleitet, ohne zu verursachen, dass sich die Elektrode 10 bewegt. Das Bewegen beider Hülsen 32, 34 gleichzeitig in derselben Richtung bewirkt jedoch eine Bewegung der Elektrode 10 in derselben Richtung.
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Die 4 bis 6 stellen ein bevorzugtes Elektrodengleitsystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Gleitklemmenanordnung 40 zum Halten einer Elektrode 10 und zum Anheben und Absenken der Elektrode entlang einer Längsachse L (4), die durch die Elektrode 10 definiert ist, dar.
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Die Gleitklemmenanordnung 40 umfasst eine erste oder untere Gleithülse 42 zum Ausüben einer ersten radialen Klemmkraft auf die Elektrode 10. Die erste Gleithülse 42 ist zylindrisch und weist ein hohles zylindrisches Inneres 44 auf, durch das sich die Elektrode 10 erstreckt. Die Gleitklemmenanordnung 40 umfasst auch eine zweite oder obere Gleithülse 46 zum Ausüben einer zweiten radialen Klemmkraft auf die Elektrode 10. Die zweite Gleithülse 46 ist auch zylindrisch und weist ein hohles zylindrisches Inneres 48 auf, durch das sich die Elektrode 10 erstreckt. Die Gleithülsen 42, 46 besitzen vorzugsweise ein Höhen-Breiten-Verhältnis von ungefähr 1:1. Dies hilft, die Klemmkräfte gegen die Elektrode an den Oberseiten und Unterseiten der Hülsen 42, 46 zu begrenzen.
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Die Gleithülsenanordnung 40 umfasst ferner einen Gleitklemmenrahmen 50 mit einer oberen Oberfläche 52, mit der die zweite Gleithülse 46 verbunden ist, und einer unteren Oberfläche 54, mit der die erste Gleithülse 42 verbunden ist. Wie in 4 gezeigt, sind die Gleithülsen 42 und 46 axial relativ zueinander beabstandet und sind unter bzw. über dem Gleitklemmenrahmen 50 angeordnet. Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, sind der Gleitklemmenrahmen 50, die Gleitklemmenanordnung 40 und die anderen Komponenten der Elektrodensäule vorzugsweise durch ein oder mehrere Stützelemente abgestützt und positioniert. Der Gleitklemmenrahmen 50 und andere Komponenten der Elektrodensäule können beispielsweise durch hydraulische Zylinder oder Drahtseile (nicht dargestellt) an einem oder mehreren Deckenträgern (nicht dargestellt) oder dergleichen aufgehängt sein.
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Die erste und die zweite Gleithülse 42, 46 der Anordnung 40 sind unabhängig relativ zueinander und zum Gleitklemmenrahmen 50 entlang der Längsachse L beweglich. Folglich ist die Gleitklemmenanordnung 40 zu der vorstehend mit Bezug auf die 2a bis 2d und 3a bis 3d beschriebenen Anordnung analog, die einzeln bewegliche Gleithülsen 32 und 34 enthält und die Elektrode 10 entlang der Achse L nach oben und nach unten zuführen kann. Die Funktionsweise der Gleitklemmenanordnung 40 wird nachstehend weiter beschrieben.
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Wie vorstehend erwähnt, sind die Gleithülsen 42 und 46 beweglich mit dem Gleitklemmenrahmen 50 verbunden. Jede Gleithülse 42, 46 ist vorzugsweise mit dem Rahmen 50 durch mindestens eine Krafterzeugungsvorrichtung verbunden, durch die die Hülsen 42, 46 entlang der Längsachse bewegt werden können. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst jede Krafterzeugungsvorrichtung einen Fluiddruckmechanismus 56, durch den jede Gleithülse 42, 46 mit dem Rahmen 50 verbunden ist. Der Fluiddruckmechanismus 56 kann vorzugsweise durch Hydraulik oder Pneumatik betätigt werden. Im nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Fluiddruckmechanismus 56 hydraulisch betätigt und umfasst einen Hydraulikzylinder 58.
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Der Hydraulik- oder Pneumatikzylinder 58 kann entlang der Längsachse ausgefahren und zurückgezogen werden und ist drehbar mit einem Zylindergabelkopf an jedem seiner entgegengesetzten Enden verbunden. Wie in 4 gezeigt, ist ein Ende von jedem Zylinder 58 am Rahmen 50 durch einen ersten Zylindergabelkopf 60 befestigt. Das andere Ende von jedem Hydraulikzylinder 58 ist durch einen zweiten Zylindergabelkopf 62 an einem Hebelarm 64 befestigt.
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Jeder Hebelarm 64 liegt im Allgemeinen quer zur Längsachse, wobei er ein erstes Ende 66 aufweist, durch das er am Hydraulikzylinder 58 durch den Zylindergabelkopf 62 befestigt ist, und ein zweites Ende 68 aufweist, durch das er drehbar an der oberen oder unteren Oberfläche 52, 54 des Rahmens 50 durch einen Armgabelkopf 70 befestigt ist. Wie in 6 gezeigt, sind die Hebelarme 64 im Wesentlichen tangential zu den zylindrischen Gleithülsen 42, 46, wobei ein mittlerer Teil 72 von jedem Hebelarm 64 drehbar mit einer Gleithülse 42 oder 46 durch eine drehbare Verbindung 74 verbunden ist. Wie in 4 gezeigt, kann die drehbare Verbindung 74 einen Stift 75 umfassen, der von jeder Seite der Gleithülse 42 oder 46 vorsteht, wobei der Stift 75 mit einem überdimensionierten Loch 77 in einem mittleren Teil 72 von einem der Hebelarme 64 in Eingriff steht, um eine begrenzte horizontale Bewegung der Hülsen 42, 46 zu ermöglichen. Folglich sind die Enden 66 und 68 jedes Hebelarms 64 drehbar mit dem Zylindergabelkopf 62 und dem Armgabelkopf 70 verbunden und der mittlere Teil 72 von jedem Hebelarm 64 ist drehbar mit einer Gleithülse 42 oder 46 verbunden. Es ist zu erkennen, dass andere Arten von kombinierten Verbindungen, die drehbar und horizontal parallel verschiebbar sind, Fachleuten bekannt sind und anstelle der Anordnung des Stifts 75 und des überdimensionierten Lochs 77, die in 4 gezeigt ist, verwendet werden können.
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Aus der Vorderansicht von 5 und der Draufsicht von 6 ist zu sehen, dass jede Gleithülse 42, 46 mit einem Paar von Hebelarmen 64 versehen ist. Die gepaarten Hebelarme 64 jeder Gleithülse 42, 46 sind im Wesentlichen parallel zueinander, wobei sie sich entlang entgegengesetzter Seiten der Gleithülse 42, 46 erstrecken. Wie in der Draufsicht von 6 gezeigt, sind die ersten Enden 66 von jedem Paar von Hebelarmen an entgegengesetzten Enden eines Hebelquerelements 76 befestigt, wobei jedes Querelement einen mittleren Teil 78 zwischen seinen Enden aufweist, durch den es mit dem Rahmen 50 durch einen Fluiddruckmechanismus 56 verbunden ist.
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Nachdem nun die Komponenten der Gleitklemmenanordnung 40 beschrieben wurden, ist das Folgende eine Beschreibung dessen, wie die Betätigung der Fluiddruckmechanismen 56 zu einer axialen Bewegung der Gleithülsen 42, 46 führt. Das Längsausfahren des Hydraulikzylinders 58, der zur unteren Gleithülse 42 gehört, führt beispielsweise zu einer Abwärtsverschiebung der ersten Enden 66 der Hebelarme 64 zusammen mit dem Querelement 76 und der Gleithülse 42. Die zweiten Enden 66 der Hebelarme 64 werden um die Armgabelköpfe 70 geschwenkt, wobei die mittleren Teile 72 der Hebelarme 64 mit einer gewissen Drehung um die Verbindungen 70 und 74 nach unten verschoben werden. Aufgrund der Drehung des mittleren Teils 72 des Hebelarms um den Drehpunkt 70 bewegt sich die Verbindung 74 relativ zum überdimensionierten Loch 77. Das Zurückziehen des Hydraulikzylinders 58 führt ebenso zu einer Aufwärtsverschiebung der Gleithülse 42 zurück in ihre Anfangsposition, die in den 4 und 5 gezeigt ist.
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Die obere Gleithülse 46 wird aus ihrer Anfangsposition durch Ausfahren des Hydraulikzylinders 58, mit dem sie verbunden ist, nach oben verschoben. Das Ausfahren des Zylinders 58 führt zu einer Aufwärtsverschiebung der ersten Enden 66 der Hebelarme 64 zusammen mit dem Querelement 76 und der befestigten Gleithülse 46. Die zweiten Enden 68 der Hebelarme 64 werden um die Armgabelköpfe 70 geschwenkt und der mittlere Teil 72 wird um die Verbindung 74 und 70 gedreht, wie vorstehend beschrieben. Das Zurückziehen des Hydraulikzylinders 58 führt zu einer Abwärtsverschiebung der Gleithülse 46 zurück in ihre Anfangsposition, die in den 4 und 5 gezeigt ist.
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Die Gleithülsen 42, 46 besitzen eine relativ einfache Konstruktion, wobei sie jeweils eine im Wesentlichen zylindrische Hülle 79 umfassen. Jede der Hüllen 79 weist zwei Befestigungsflansche 80, 82 auf, die im Wesentlichen parallel zueinander sind und die durch Gleitklemmenfedern 88, die auf Abstandsstangen 90 wirken, zueinander hin vorgespannt sind, so dass die Gleithülsen 42, 46 eine radial nach innen gerichtete Klemmkraft auf die Elektrode 10 ausüben. Wie in 5 gezeigt, sind die Flansche 80, 82 durch eine einzelne Feder 88 oder eine Vielzahl von axial beabstandeten Federn 88, die sich an einem Ende einer Abstandsstange 90 befinden, vorgespannt. Es ist zu erkennen, dass die Flansche 80, 82 statt dessen durch Gleitklemmenfedern vorgespannt werden können, die in Paaren angeordnet sind, wobei die Federn 88 von jedem Paar an den Enden von Federstangen 90 auf jeder Seite der Flansche 80 und 82 angeordnet sind. Es ist zu beachten, dass die Gleithülsen 42, 46 vorzugsweise kein Mittel zum Lösen des Klemmdrucks an der Elektrode 10 besitzen, da das Lösen des Klemmdrucks in der vorliegenden Erfindung weder erforderlich noch erwünscht ist. Es ist zu erkennen, dass das Vorspannen der Flansche 80, 82 miteinander nicht notwendigerweise durch einen Federdruck durchgeführt wird und andere Mittel zum Vorspannen der Flansche 80, 82 statt dessen verwendet werden können. Die Vorspannungskraft kann beispielsweise durch hydraulische oder pneumatische Vorrichtungen, die an der Hülle 79 vorgesehen sind, erzeugt werden.
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Neue Gehäuseabschnitte werden kontinuierlich zu Soderberg-Elektroden hinzugefügt und daher müssen normale Herstellungstoleranzen erwartet werden. Probleme mit einem zuverlässigen Elektrodenbetrieb können auftreten, da Schwankungen in der Form der Elektrode sich darauf auswirken, wie gut sie gehalten werden kann. Schwankungen, wie z. B. Durchmesser, Rundheit, Geradheit und Qualität, müssen alle passiv angepasst werden. Die Anpassung dieser Toleranzen wird in der vorliegenden Erfindung durch sorgfältige Auswahl der Spannung der Federn 88, durch Bereitstellung von Gleithülsen 42, 46 mit horizontaler Bewegungsfreiheit, durch Aufrechterhalten eines Höhen-Breiten-Verhältnisses von etwa 1:1 und durch Versehen der Hülsen 42, 46 mit Formnachgiebigkeit um ihren Umfang und Formsteifigkeit vertikal bereitgestellt.
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Die Umfangsformnachgiebigkeit ist ein wichtiges Merkmal, da es sich auf Schwankungen im Elektrodengehäusedurchmesser, in der Rundheit und Gesamtqualität der Herstellung einstellt. Es ermöglicht, dass die Gleithülsen 42, 46 ihre Form an die der Elektrode 10 anpassen. Ferner ermöglicht dieses Merkmal eine gleichmäßig verteilte radiale Kompression der Elektrode 10. In Kombination mit der Umfangsformnachgiebigkeit müssen jedoch die Hülsen 42, 46 auch in der vertikalen Richtung steif sein, da dies die Hauptrichtung von Reibungslasten ist.
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Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Vorteilen kann das Elektrodengleitsystem gemäß der Erfindung helfen, die Wartungskosten zu verringern, indem die Ofenausfallzeit während der Wartung oder des Austauschs der einzelnen Gleithülsen minimiert wird. Insbesondere kann in dem System mit zwei Gleithülsen 42, 46 und der Leistungsklemme 30 irgendeine von diesen drei Klemmen gelöst werden, ohne weitere Elektrodenbefestigungsmaßnahmen zu erfordern. Dies verringert die Menge an Arbeit, die für die Wartung erforderlich ist, und ermöglicht eine schnelle Rückkehr in den Betrieb.
