DE1133486B

DE1133486B - Arc melting and arc reduction furnace

Info

Publication number: DE1133486B
Application number: DEA25859A
Authority: DE
Inventors: Karl-Ludwig Morkramer; Gustav Adolf Sixel
Original assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Current assignee: Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Priority date: 1956-10-13
Filing date: 1956-10-13
Publication date: 1962-07-19

Description

Lichtbogenschmelz-und Lichtbogenreduktionsofen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung an Lichtbogenschmelz- und Lichtbogenreduktionsöfen mit wenigstens einer außengehalterten Hohlelektrode.Arc melting and arc reduction furnace The present invention refers to an improvement in arc melting and arc reduction furnaces with at least one externally supported hollow electrode.

Als Stromleiter innerhalb des Ofenraumes dieser Öfen werden fast ausschließlich Kohle- oder Graphitelektroden verwendet. Ihre günstigen chemischen und physikalischen Eigenschaften, besonders ihr geringer elektrischer Widerstand, sichern ihren Vorrang bei dem Bau und Betrieb von Elektroöfen.As a current conductor within the furnace chamber these furnaces are used almost exclusively Carbon or graphite electrodes are used. Your favorable chemical and physical Properties, especially their low electrical resistance, ensure their priority in the construction and operation of electric ovens.

Die Temperatur der Elektrode ist einmal abhängig von der aus dem Bad und von dem Lichtbogen aufsteigenden Wärme, zum anderen von der erzeugten Jouleschen Wärme des in der Elektrode fließenden Stromes sowie ihrem Übergang auf die gegebenenfalls gekühlten Kontaktbacken und die umgebende Luft. Der spezifische Widerstand von Kohle oder Graphit ändert sich jedoch mit der Temperatur. Er schwankt z. B. bei Graphit zwischen 6 und 13 Von seinem Normalwert sinkt er bei 7001 C um etwa 25 % ab, um bei normaler Temperatur wieder über diesen Wert hinaus anzusteigen. Aufsteigende Wärme sowie Widerstandswärme wachsen quadratisch mit dem Durchmesser der Elektroden, während der Elektrodenumfang und damit die zur Kühlung zur Verfügung stehende Oberfläche sich nur linear vergrößert. Die Temperatur der Elektroden steigt daher mit wachsendem Durchmesser stark an.The temperature of the electrode depends on the one hand on the heat rising from the bath and on the arc, and on the other hand on the Joule heat generated by the current flowing in the electrode and its transition to the possibly cooled contact jaws and the surrounding air. However, the resistivity of carbon or graphite changes with temperature. He fluctuates z. B. for graphite between 6 and 13 It sinks from its normal value by about 25 % at 7001 C , only to rise above this value again at normal temperature. Rising heat and resistance heat grow quadratically with the diameter of the electrodes, while the electrode circumference and thus the surface available for cooling only increases linearly. The temperature of the electrodes therefore rises sharply as the diameter increases.

Diesem Umstand tragen die Elektrodenhersteller dadurch Rechnung, daß sie bei größeren Elektrodendurchmessem die zulässige Stromdichte in der Elektrode stark senken. So beträgt z. B. bei der Graphitelektrode von 50 mm Durchmesser die normale Stromdichte etwa 20 bis 50 Amp./cin2, während bei 500 mm Durchmesser nur noch 10 bis 16 Amp./cm2 zulässig sind. Durch die so bewirkte Verringerung der Jouleschen Wärme können Temperaturen eingehalten werden, welche bezüglich mechanischer Festigkeit, elektrischer Leitfähigkeit und Oxydation der Elektroden zu brauchbaren Werten führen.The electrode manufacturers take this into account by greatly reducing the permissible current density in the electrode with larger electrode diameters. So z. For example, with a graphite electrode with a diameter of 50 mm, the normal current density is around 20 to 50 amps / cm2, while with a diameter of 500 mm only 10 to 16 amps / cm2 are permissible. As a result of the reduction in Joule heat brought about in this way, temperatures can be maintained which lead to useful values with regard to mechanical strength, electrical conductivity and oxidation of the electrodes.

Die Entwicklung des Elektroofens zum Großraumofen verlangt aber noch größere Elektrodendurchmesser. So werden neuerdings Elektroden mit etwa 600 mm Durchmesser verwendet. Hierbei bereiten die auftretenden Temperaturen, insbesondere das Temperaturgefälle von der Elektrodenmitte zur Oberfläche hin Schwierigkeiten.However, the development of the electric furnace into a large-capacity furnace requires even larger electrode diameters. Electrodes with a diameter of around 600 mm have recently been used. The temperatures that occur, in particular the temperature gradient from the center of the electrode to the surface, cause difficulties.

Der lineare Ausdehnungskoeffizient z. B. von Elektrographit beträgt zwischen 20 und 1000' C in der Querrichtung 4 bis 6 -10-6. Auftretende Längsrisse in den Elektroden, besonders außerhalb des Ofenraumes, zeigen, daß die Temperaturdifferenz zwischen Elektrodenkem und Elektrodenoberfläche so groß ist, daß das Graphitmaterial der größeren Ausdehnung des Elektrodenkernes nicht mehr standhält und in der Längsrichtung reißt. Für die Herstellung eines Qualitätsstahles ist jedoch eine Elektrode, aus der in der Endphase des Prozesses Stücke ausbrechen können, nicht brauchbar.The linear expansion coefficient z. B. of electrographite is between 20 and 1000 ° C in the transverse direction 4 to 6 -10-6. Longitudinal cracks in the electrodes, especially outside the furnace, show that the temperature difference between the electrode core and the electrode surface is so great that the graphite material can no longer withstand the greater expansion of the electrode core and tears in the longitudinal direction. For the production of a quality steel, however, an electrode from which pieces can break out in the final phase of the process cannot be used.

Es besteht die Möglichkeit, die Stromdichte der Elektrode so zu erhöhen, daß auch die Temperatur an ihrem Umfang auf Rotglut steigt. Die so verringerte Temperaturdifferenz zur Elektrodenmitte verhindert zwar die Risse, vergrößert jedoch den Elektrodenverbrauch durch Abbrand und Ohmsche Verluste.It is possible to increase the current density of the electrode in such a way that that the temperature rises to red heat at its periphery. The temperature difference thus reduced towards the middle of the electrode prevents cracks, but increases the consumption of the electrodes through burn-up and ohmic losses.

Es ist wirtschaftlicher -, die geschilderten Nachteile durch Herabsetzung der Innentemperatur der Elektrode zu vermeiden. Eine Hohlelektrode bietet zwar unter gewissen Voraussetzungen entsprechende Mög- lichkeiten, da der die Risse verursachende heiße Kein fehlt. Hohlelektroden sind an sich bekannt. Es ist auch bekannt, bei einem im Innem einer selbstbackenden Hohlelektrode angreifenden Elektrodenhalter diesen mit einer Wasserkühlung zu versehen, wobei auch eine gewisse Innenkühlung der Elektrode auftritt. Diese ist jedoch wegen der örtlich festen Lage des Haltekörpers an der Härtegrenze der selbstbackenden Elektrode nicht beliebig einstellbar. Um aber in der Querrichtung der Hohlelektrode große Temperaturdifferenzen zu vermeiden, muß verhindert werden, daß die heißen Gase durch die Hohlachse aufsteigen. Eine der bisher bekannten Hohlelektroden vermeidet diesen Nachteil in der Weise, daß die Hohlachse durch Schraubnippel unterbrochen ist und so das Aufsteigen der Gase verhindert. Jedoch bes teht an der Stelle der Schraubverbindung wieder der volle Elektrodenquerschnitt mit eventuellen Schwierigkeiten der Querdehnung. Unterhalb und oberhalb des untersten Nippels treten Temperaturdifferenzen auf, die gleichfalls unerwünscht sind. Außerdem besteht die Gefahr, daß beim Abbrand der Elektroden am unteren Ende Reste des Nippels in das Bad fallen.It is more economical to avoid the disadvantages described by reducing the internal temperature of the electrode. A hollow electrode offers corresponding possibilities under certain conditions, since the hot electrode causing the cracks is missing. Hollow electrodes are known per se. It is also known to provide an electrode holder that engages inside a self-baking hollow electrode with water cooling, a certain amount of internal cooling of the electrode also occurring. However, because of the fixed position of the holding body at the hardness limit of the self-baking electrode, this cannot be adjusted as desired. However, in order to avoid large temperature differences in the transverse direction of the hollow electrode, the hot gases must be prevented from rising through the hollow axis. One of the previously known hollow electrodes avoids this disadvantage in that the hollow axis is interrupted by screw nipples and thus prevents the gases from rising. However, at the point of the screw connection there is again the full electrode cross-section with possible difficulties of transverse expansion. Temperature differences occur below and above the lowest nipple, which are likewise undesirable. In addition, there is a risk that when the electrodes burn down at the lower end, remnants of the nipple will fall into the bath.

Fig. 1 zeigt eine der bisher bekannten Hohlelektroden. Die Elektrodenstücke 1 sind durch Schraubnippel 2 miteinander verbunden.Fig. 1 shows one of the previously known hollow electrodes. The electrode pieces 1 are connected to one another by screw nipples 2.

Nach der Erfindung wird bei Lichtbogenschmelz-und -reduktionsöfen mit einer oder mehreren Hohlelektroden der Nachteil einer ungleichmäßigen Ausdehnung der Elektroden dadurch vermieden, daß innerhalb der Hohlelektroden ein oder mehrere bewegliche Wärmedämm- und Regelkörper derart beweglich angeordnet sind, daß das Aufsteigen heißer Gase verhindert wird und die Temperaturdifferenz vom Innenraum zur Elektrodenoberfläche gering ist.According to the invention, in arc melting and reduction furnaces with one or more hollow electrodes the disadvantage of uneven expansion the electrodes avoided by having one or more inside the hollow electrodes movable thermal insulation and control body are movably arranged so that the Rise of hot gases is prevented and the temperature difference from the interior to the electrode surface is low.

Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch einen Elektroofen mit nach der Erfindung ausgebildeten Hohlelektroden. In der Zeichnung ist nur eine Elektrode mit den zugehörigen Hilfseinrichtungen dargestellt.Fig. 2 shows a partial section through an electric furnace with after Invention formed hollow electrodes. There is only one electrode in the drawing shown with the associated auxiliary equipment.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform einer Hohlelektrode mit Wärmedämm- und Regelkörper. 3 ist die Wanne des Ofens mit der Schmelze 4.Fig. 3 shows another embodiment of a hollow electrode with a heat insulating and regulating body. 3 is the pan of the furnace with the melt 4.

Zwischen der aus den einzelnen Elektrodenstücken 1 bestehenden Elektrode 5, die durch Ringnippel 6 miteinander verbunden sind, und der Schmelze 4 brennt ein Lichtbogen 7. Die Elektrode wird in üblicher Weise, z. B. mittels eines Stellmotors 8, bewegt. Sie gleitet mit dem Tragarm 9 in einer Führung 10 und ist mit den Kontaktbacken 11 an diesem befestigt. Es kann ferner noch, wie an sich bekannt, ein Kühlzylinder 12, der auf dem Ofendeckel 13 ruht, vorgesehen sein. Der innerhalb der Hohlelektrode befindliche Wännedämm- und Regelkörper 14, der vorzugsweise gleichfalls aus Graphit oder Kohle besteht, ist an einem Arm 15 befestigt, der an einer mit einem SteHring 17 versehenen Gleitstange 16 angebracht ist. Die Stange 16 gleitet in einer Hülse 18. Mittels des Stellringes 1.7 kann die Lage des Wärmedämm- und Regelkörpers 14 innerhalb der Hohlelektrode fixiert werden. Der Arm 15 kann als Rohrleitung für ein Flüssigkeitskühlsystem ausgebildet sein, welches die Oberseite des Wännedämm- und Regelkörpers kühlt. So kann z. B. durch ein Rohr 19 der l,'-ühlkammer 20 Kühlwasser zugeführt werden, welches durch die Leitung 21 wieder abffießt. Zusätzliche Kühlluft kann ferner durch die Rohrleitung 22 zugeführt werden '. wenn dies erforderlich ist. Der oberste Schraubnippel 23 trägt einen Kragen 24, welcher Teller 25 beim Hochfahren der Elektrode (z. B. beim Beschicken des Ofens) anhebt und so den Wärinedämm- und Regelkörper gleichfalls mit in die Höhe nimmt. An arc 7 burns between the electrode 5, which consists of the individual electrode pieces 1 and which are connected to one another by ring nipples 6 , and the melt 4. B. by means of a servomotor 8 moved. It slides with the support arm 9 in a guide 10 and is attached to the contact jaws 11 on this. Furthermore, as is known per se, a cooling cylinder 12, which rests on the furnace cover 13 , can be provided. The heat insulating and regulating body 14 located inside the hollow electrode, which preferably also consists of graphite or carbon, is attached to an arm 15 which is attached to a slide rod 16 provided with a standing ring 17 . The rod 16 slides in a sleeve 18. The position of the heat insulating and regulating body 14 within the hollow electrode can be fixed by means of the adjusting ring 1.7. The arm 15 can be designed as a pipeline for a liquid cooling system, which cools the top of the thermal insulation and control body. So z. B. through a pipe 19 of the cooling chamber 20 cooling water, which flows out through the line 21 again. Additional cooling air can also be supplied through the pipe 22 '. if necessary. The uppermost screw nipple 23 carries a collar 24, which lifts plate 25 when the electrode is raised (e.g. when loading the furnace) and thus also lifts the heat insulation and control body with it.

Bei dieser Ausführungsform des Elektroofens macht also der Wärmedämm- und Regelkörper die kleinen Regulierbewegungen der Elektrode nicht mit. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Körper 14 etwa in Höhe des Ofendeckels einzustellen, da hier besonders kritische Temperaturverhältnisse vorliegen. Durch eine geeignete Wahl der Länge des Körpers 14 kann der Temperaturabfall in der Elektrode im Bereich des Deckels ferner zusätzlich so beeinffußt werden, daß ein krasser Temperatursprung vermieden wird.In this embodiment of the electric furnace, the thermal insulation and regulating body do not take into account the small regulating movements of the electrode. It has proven to be expedient to adjust the body 14 approximately at the level of the furnace lid, because the temperature conditions are particularly critical here. Through a suitable Choosing the length of the body 14 can vary the temperature drop in the electrode in the field the lid can also be influenced in such a way that a sharp jump in temperature is avoided.

In Fig. J bedeutet 1 wieder die Elektrodenstücke, die durch Schraubnippel 6 miteinander verbunden sind. Bei einer vereinfachten Ausführungsform macht der Wännedämm- und Regelkörper 14 jede Elektrodenbewegung mit. Eine Schelle 26 ist um das obere Ende des Körpers 14 gelegt. Mit dieser ruht er auf dem oberen Rand der Hohlelektrode. Es ist nämlich unter gewissen Umständen auch möglich, ohne eine zusätzliche Luft- und/oder Wasserkühlung des Dämmkörpers auszukommen. Die Länge des Körpers 14 und dessen Eintauchtiefe in der Hohlelektrode wird zweckmäßig so gewählt, daß im Bereich einer kritischen Temperaturverteilung ein Wärineausgleich gegeben ist.In FIG. J , 1 again denotes the electrode pieces which are connected to one another by screw nipples 6. In a simplified embodiment, the heat insulating and regulating body 14 follows every movement of the electrode. A clamp 26 is placed around the upper end of the body 14. With this it rests on the upper edge of the hollow electrode. In fact, under certain circumstances it is also possible to do without additional air and / or water cooling of the insulating body. The length of the body 14 and its depth of immersion in the hollow electrode is expediently chosen so that there is thermal compensation in the region of a critical temperature distribution.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arc melting and reduction furnace with one or more externally mounted hollow electrodes, characterized in that one or more heat insulating bodies are adjustable within the hollow electrode (s) in such a way that the rise of hot gases is prevented and the temperature difference between the interior and the electrode surface is low .

2. Arc melting and reduction furnace according to claim 1, characterized in that the or each heat insulating and control body participates in the electrode movement or participate. 3. Arc melting and reduction furnace according to claim 1, characterized in that the or each thermal insulation and control body is or are fixed in space regardless of the electrode movement. 4. Arc melting and reduction furnace according to claim 1 and 3, characterized in that the or each heat insulating and control body in fleas of the furnace lid within the hollow electrode is or are independent of their movement fixed in space. 5. Arc melting and reduction furnace according to claim 1 to 4, characterized in that an air and / or liquid cooling system is provided for cooling the one or more heat insulating and regulating bodies. 6. Arc melting and reduction furnace according to claim 1 to 5, characterized in that cooling air is supplied in the hollow axis of the electrode above the heat insulation and control body or the heat insulation and control body. 7. Arc melting and reduction furnace according to claim 1 to 6, characterized in that the or each thermal insulation and control body consists or consist of carbon or graphite. Contemplated older patents: British Patent No. 138,354..