DE1127516B - Verfahren und Elektrodenfassung zur Bildung und zum Betrieb selbstbackender Elektroden fuer elektrische Schmelzoefen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Elektrodenfassungen für elektrische Schmelzöfen, die mit selbstbackenden kontinuierlichen Elektroden arbeiten. Diese Elektroden werden bekanntlich nach und nach im Schmelzofen gebacken, und jede Elektrode besteht deshalb aus einem unteren, fertig gebackenen und einem oberen, ungebackenen Teil, wo die rohe Elektrodenmasse mehr oder weniger flüssig ist. Die Grenze zwischen diesen Teilen, die Backzone, ist verhältnismäßig scharf und kann leicht dadurch festgestellt werden, daß man eine dünne stählerne Stange durch die heiße, rohe Masse sticht, bis sie auf dem harten fertig gebackenen Teil aufstößt.

Die Stromzuführung an derartige Elektroden erfolgt im allgemeinen durch wassergekühlte Kontaktbacken, die z. B. mit Hilfe eines äußeren Druckringes, dessen Druck gegen die Backen in bekannter Weise geregelt wird, gegen die Elektrode gedrückt werden.

Im allgemeinen befindet sich die Backzone im untersten Teil der Elektrodenfassung, so daß die Elektrode an der Unterkante der Fassung fertig gebacken ist. Die Lage der Backzone in der Elektrode ist von vorhergehenden Belastungsverhältnissen und Elektrodensenkungen stark abhängig. Längs der Elektrodenperipherie wird sie jedoch im allgemeinen wegen der starken Kühlwirkung der wassergekühlten Fassung nicht höher steigen als bis zur Unterkante der Fassung. Unterhalb der Fassung erhält die Elektrode Stromwärme, und sie ist außerdem einer starken Hitzebeeinflussung auf Grund der Flammen im Ofen ausgesetzt. Man erhält deshalb in der Elektrode am Übergang zu Unterkante der Fassung sehr große Temperaturgradienten, die Rissebildungen hervorrufen können, was wiederum zu Elektrodenbrüchen führen kann.

Während des Backens schrumpft die Elektrode etwas, und dies bewirkt einen schlechten mechanischen und elektrischen Kontakt zwischen der Mantelhülle und der gebackenen Elektrode in der Zone unmittelbar unterhalb der Backen, wo die mechanische Beanspruchung am größten und die Stromdichte groß ist. Ein schlechter mechanischer Kontakt zwischen der Elektrode und dem Mantel führt auch zu geringerer Sicherheit der Elektrodenaufhängung.

Aus diesen Gründen muß der Elektrodenmantel zur Sicherung der Elektrodenaufhängung mit inwendigen Rippen versehen werden. Diese Rippen dienen gleichzeitig zur Absteifung der Elektrode und zur Stromüberführung in das Elektrodeninnere. Die Rippen werden im allgemeinen aus Eisenblech gefertigt. Durch die im Schmelzofen herrschenden hohen Tem-Verfahren und Elektrodenfassung

zur Bildung und zum Betrieb selbstbackender Elektroden für elektrische Schmelzöfen

Anmelder:

Christiana Spigerverk
und der Elektrokemisk A/S, Oslo

Vertreter: Dr. G. W. Lotterhos

und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos, Patentanwälte,

Frankfurt/M., Lichtensteinstr. 3

Beanspruchte Priorität:
Norwegen vom 25. Mai 1959

Jan Plöen, John Einerkjaer und Kjeld Foyn, Oslo,
sind als Erfinder genannt worden

peraturen werden die Rippen wegschmelzen und hinterlassen dann Risse in der gebackenen Elektrode. Diese Risse sind, besonders am unteren Teil der Elektrode, einer Oxydation ausgesetzt, so daß die Elektrode in diesem Gebiet sehr stark abgezehrt wird. Diese Zehrung kann dazu führen, daß kleinere Stücke von der Elektrode losgesprengt werden oder daß vollständige Elektrodenbrüche erfolgen, was den Elektrodenverbrauch im höchsten Grade erhöht.

Wegen der oben beschriebenen Nachteile ist es von Bedeutung, die Backzone so weit zu heben, daß sie sich, selbst bei maximalem Herablassen der Elektrode, stets innerhalb der Fassung befindet. Dies erzielt man am einfachsten durch eine Erhöhung der Temperatur im Fassungsbereich. Ein derartiges Heben der Backzone wird jedoch bei der gebräuchlichen Fassungsausführung auch gewisse Nachteile, besonders durch schlechten elektrischen Kontakt zwischen der Backe und dem Mantel, mit sich führen. Dies ist dem Umstand zuzuschreiben, daß die gebackene Masse nicht mehr so weit plastisch ist, daß sich die Elektrode nach dem Backen formen kann, was andererseits der Fall ist, wenn die Backzone im unteren Bereich der Fassung liegt. Weiterhin werden die Übergangswiderstände zwischen

209 559/451

3 4

Backe und Mantel steigen, was der bei den höheren erhalten wird, daß die Elektrode dort fest und fertig

Temperaturen auftretenden Oxydation und Glüh- gebacken wird.

schalenbildung zuzuschreiben ist. Dabei wird eine zweiteilige Fassung verwendet,

Es sind mehrere Methoden zum Heben der Back- wobei der untere Backensatz, der den harten, fertig

zone vorgeschlagen worden. Es ist bekannt, die Tem- 5 gebackenen Teil der Elektrode umfaßt, die Aufhän-

peratur im Fassungsgebiet dadurch zu erhöhen, daß gung besorgt, während der Strom durch einen oberen

man die wassergekühlte Kontaktfläche zwischen Backensatz zugeführt wird, der so stark gekühlt ist,

.Elektrode und Fassung in der Weise reduziert, daß daß die dahinterliegende Elektrodenmasse ungebak-

weniger Wärme durch das Kühlwasser an die Fas- ken und plastisch bleibt, so daß sich die Elektrode

sung abgeleitet wird. Diese reduzierte Kontakt- io nach den Backen formt und gleichzeitig ein ausge-

fläche wird dadurch erzielt, daß die elektrische Kon- zeichneter elektrischer Kontakt erzielt wird. Der

taktfläche der Fassung entweder aus vertikalen untere Backensatz kann wassergekühlt sein, ist aber

Streifen aus gut leitendem Material besteht oder daß gleichzeitig mit einer Wärmeisolation gegen die

man. einen Teil der Kontaktfläche der Fassung gegen Elektrode versehen. Er kann jedoch auch ungekühlt

die Elektrode mit einem isolierenden Belag versieht, 15 sein, so daß er selbst so heiß wird, daß er die Elek-

während der Rest der Kontaktfläche, vorzugsweise trode nicht abkühlt. Die Backzone befindet sich des-

der untere Teil, aus einem leitenden Material be- halb zwischen dem unteren heißen Backensatz und

steht. dem oberen kalten Backensatz. Ihre Lage kann da-

Es ist auch vorgeschlagen worden, eine zweiteilige durch verändert werden, daß man die Wärmeisola-

Fassung anzuwenden, die aus zwei Sätzen überein- ao tion im.unteren Backensatz oder den Abstand zwi-

ander angeordneter Backen besteht, wobei der obere sehen den Backensätzen variiert.

Backensatz zur Stromzuführung an die Elektrode Die Isolationsschicht im unteren Backensatz der

und der untere Satz zur Aufhängung dient. Der Fassung kann mit Hilfe einer hitzebeständigen stäh-

untere Backensatz greift dann um den fertiggebacke- lernen Platte gegen Verschleiß geschützt werden,

nen Teil der Elektrode. Gemäß diesem Verfahren 25 Fertigt man diese Platten aus Cromnickelstahl, so

wird die Kühlung der beiden Fassungsteile auf ein wird die Oxydschicht, die für dieses Material cha-

Minimum reduziert, so daß die beiden Backensätze rakteristisch ist, gleichzeitig einen Stromdurchgang

unter Rotglut arbeiten. Da das Backen der Elek- an den unteren Backensatz verhindern. Es kann auch

trode bei Temperaturen von etwa 420° C erfolgt, eine separate Isolationsschicht verwendet werden, so

wird, da beide Backensätze unter Rotglut gehalten 30 daß der Stromübergang von der Elektrode an den

sind, die Backzone bis zum obersten Backensatz ge- unteren - Backensatz minimal wird. Gegebenenfalls

hoben. Dieses Verfahren, das Elektroden ohne Man- kann die Isolationsschicht durch Einkleidung in

tel oder Elektroden mit nichtmetallenem Mantel vor- dichte, dünne Plattenkapseln gegen Kondensation

aussetzt, hat jedoch den Nachteil, daß die Elektro- von verdampftem Bindemittel geschützt werden. Die

denmasse in der Fassung nicht mehr weich und 35 dicken Stahlplatten und die eingekapselte Isolation

plastisch ist, so daß sich die Elektrode nach der können auch zu auswechselbaren Einheiten zusam-

Fassung formen kann und daß ein guter mecha- mengebaut werden.

nischer und elektrischer Kontakt nicht gesichert ist. Die Erfindung ist in der Figur schematisch veran-

Weiter kann das Verfahren nicht bei Elektroden mit schaulicht. 1 bezeichnet die Elektrode und 2 den me-

metallenen Mänteln angewendet werden, weil die 40 tallenen Mantel, der die Elektrode umgibt. 3 be-

Kontaktverhältnisse wegen Oxyd- und Glühschalen- zeichnet den oberen Backensatz, der von einem

bildung am Mantel zu schlecht werden. wassergekühlten Druckring 4 umgeben ist. Der

Bisher wurde die Auffassung vertreten, daß man Strom kann den Backen mittels wassergekühlter

die Backzone anheben müsse, da es aus Rücksicht flexibler Kupferkabel, wie durch 5 angedeutet, zuge-

auf die Stromüberführung zur Elektrode erf order- 45 führt werden. Am unteren Backensatz bezeichnete

lieh sei, den größtmöglichen Teil der fertig gebacke- eine Platte aus hitzebeständigem Stahl, die gegen den

nen Elektrode innerhalb der Fassung zu heben. Der Elektrodenmantel anliegt, während 7 das wärmeiso-

Erfinder hat jedoch durch Versuche und Berechnun- lierende Material ist, das zwischen der Platte und

gen gefunden, daß ein metallener Mantel von nor- dem Druckring 8 angeordnet ist. Die Aufhängung

maler Dicke leicht den ganzen Strom leiten kann, 50 für den untersten tragenden Backensatz ist durch 9

d. h., man kann den ganzen Strom in dem Gebiet zu- angedeutet.

führen, wo die Masse plastisch und ungebacken ist Bei der Anwendung der beschriebenen Fassungsund wo man folglich einen ausgezeichneten Kontakt type erzielt man auch den Vorteil, daß beim übzwischen Backe und Mantel erzielt. liehen Herablassen der Elektrode stets feste gebak-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bei der BiI- 55 lcene Masse innerhalb des unteren Backensatzes ist dung und dem Betrieb von selbstbackenden Elektro- und die großen Temperaturgradienten, die Rissebilden unter Verwendung einer Elektrodenfassung, die dung verursachen, vermieden werden. Hierdurch zwei mit Abstand übereinander angeordnete Backen- wird die Bruchgefahr praktisch eliminiert, was durch sätze aufweist, wobei der elektrische Strom mittels Erprobungen in vollem Maße bestätigt wurde. Ferdes oberen Backensatzes der Elektrode zugeführt 60 ner sind die Backverhältnisse sehr konstant, wird, während der untere Backensatz zur Aufhän- Die Erhöhung der mechanischen Festigkeit, die gung dient, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der man durch eine Elektrodenfassung gemäß der Erfinobere Backensatz so stark gekühlt wird, daß die in dung erzielt, bewirkt, daß das bisher verwendete seinem Bereich befindliche Elektrodenmasse roh und System von inwendigen Rippen bedeutend vereinplastisch verbleibt und in diesem Bereich in gutem 65 facht oder ganz weggelassen werden kann. Wie erelektrischem und mechanischem Kontakt an den wähnt, bewirkten die berm Abschmelzen der Rippen Backen geformt wird, während im Bereich des unte- entstehenden Spalten ein verstärktes Abbrennen der ren Backensatzes eine solche Temperatur aufrecht- Elektrode, und Versuche haben gezeigt, daß man

durch ein vereinfachtes Rippensystem im Elektrodenverbrauch Einsparungen bis zu 30% erzielen kann. Die Rippen können gegebenenfalls durch inwendige Vorsprünge oder Warzen, die im Mantel selbst eingepreßt sind, ersetzt werden.

Um zu verhindern, daß die Backzone zu hoch gehoben wird, kann man dafür Sorge tragen, daß die Isolation im obersten Teil des unteren Backensatzes schlechter ist als im untersten Teil desselben, so daß eine gewisse Wärmeabteilung im obersten Teil des Backensatzes erfolgt.

Bei dem Fassungssystem gemäß der Erfindung kann der obere Backensatz auch als Stoppring beim Senken der Elektrode im Verhältnis zur Fassung verwendet werden.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren bei der Bildung und dem Betrieb von selbstbackenden Elektroden unter Verwendung einer Elektrodenfassung, die zwei mit Abstand übereinander angeordnete Backensätze aufweist, wobei der elektrische Strom mittels des oberen Backensatzes der Elektrode zugeführt wird, während der untere Backensatz zur Aufhängung dient, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Backensatz so stark gekühlt wird, daß die in seinem Bereich befindliche Elektrodenmasse roh und plastisch verbleibt und in diesem Bereich in gutem elektrischem und mechanischem Kontakt an den Backen geformt wird, während im Bereich des unteren Backensatzes eine solche Temperatur aufrechterhalten wird, daß die Elektrode dort fest und fertig gebacken wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage derBackzone durch Abstandsveränderung der beiden Backensätze eingestellt wird.

3. Elektrodenfassung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen oberen wassergekühlten Backensatz, dessen Kühlwirkung so bemessen ist, daß die in seinem Bereich befindliche Elektrodenmasse roh und plastisch verbleibt und sich in gutem elektrischem und mechanischem Kontakt nach den Backen formt, und einen unteren ungekühlten Backensatz.

4. Elektrodenfassung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,, daß der untere Backensatz gegenüber der Elektrode thermisch isoliert ist.

5. Elektrodenfassung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Backensatz mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist.

6. Elektrodenfassung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Backensatz zwischen der Isolation und dem- Elektrodenmantel Druckplatten aus hitzebeständigem Material angeordnet sind.

7. Elektrodenfassung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatten des unteren Backensatzes aus einem Material hergestellt sind, dessen an der Oberfläche gebildete Oxydschicht elektrisch isolierend wirkt und den Stromübergang von der Elektrode an den untersten Backensatz auf ein Minimum reduziert.

8. Elektrodenfassung nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolation zwischen der Elektrode und dem unteren Backensatz in eine Metallkapsel eingeschlossen ist.

9. Elektrodenfassung nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Druckplatte und wärmeisolierende Schicht zwischen der Platte und dem äußeren Druckring im untersten Backensatz der Fassung in Sektionen zu auswechselbaren Einheiten zusammengebaut sind.

10. Elektrodenfassung nach Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung an einer oder mehreren Stellen eine Wärmeleckage gegen die äußere wassergekühlte Armatur hat.

11. Elektrodenfassung nach Anspruch 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation im unteren Backensatz in vertikaler Richtung variierendes Isolationsvermögen hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209 559/451 "4.62