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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Halterung und
Stromversorgung einer Abschmelzelektrode in einem Lichtbogenofen, insbesondere in
einem Vakuumlichtbogenofen, mit einer in der verlängerten Elektrodenachse angeordneten
Elektrodenhaltestange, deren unteres Ende als Tragkopf ausgebildet ist, und mit
am Tragkopf angeordneten Haltevorrichtungen, die in Ausnehmungen am Elektrodenkopf
eingreifen.
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Zum störungsfreien Betrieb eines Lichtbogenofens, beispielsweise eines
Vakuumlichtbogenofens, bei dem das zu schmelzende Metall in Form einer
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schmelzelektrode vorliegt, ist vor allem eine sicheie Halterung für die
Abschmelzelektrode und eine einwandfreie Schmelzstromzufuhr eines der wichtigsten
Probleme. Dies wird besonders deutlich, wenn man bedenkt, daß Abschmelzelektroden
von sehr beachtlichem Gewicht, beispielsweise von 10 bis etwa 50 t, in einem Schmelzvorgang
geschmolzen werden, und daß dabei Schmelzstromstärken von größenordnungsmäßig I0000
bis 30 000 Amp. benutzt werden. Die Schmelzzeit beträgt hierbei etwa 40 Stunden.
Während dieser langen Schmelzzeit dürfen keinerlei Störungen auftreten, sei es an
der Halteeinrichtung für die Abschmelzelektrode oder bei der Schmelzstromzufuhr,
da dies eine Verwerfung der gesamten Charge, die einen sehr erheblichen Wert darstellt,
zur Folge hätte.
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Bei bekannten Vakuumlichtbogenöfen erfolgt die Halterung der Abschmelzelektrode
und die Schmelzstromzuführung oft in der Weise, daß ein am unteren Ende der Elektrodenhaltestange
angebrachter Spannkopf, über den gleichzeitig der Schmelzstrom zugeführt wird, -das
obere Ende der Abschmelzelektrode oder einen an diese angeschweißten Elektrodenstummel
einklemmt und hält. Die Ausbildung des Spannkopfes ist von besonderer Bedeutung,
da er nicht nur die Last der Abschmelzelektrode sicher auf die Elektrodenhaltestange
übertragen soll, sondern auch einen einwandfreien Stromübergang zwischen der Elektrodenhaltestange
und dem Stummel gewährleisten muß. Außerdem - muß er möglichst leicht befestigt
oder gelöst werden können, damit die Totzeit des Lichtbogenofens gering gehalten
wird. Hinzu kommt schließlich noch, daß der Spannkopf sich nicht lösen darf, wenn
beispielsweise während des Betriebes des Ofens die Abschmelzelektrode bis zum Aufsetzen
abgesenkt wird oder beim Anschweißen des Stummels an die Abschmelzelektrode im Ofen
selbst dieses Aufsetzen ein Teil des- normalen Arbeitsvorganges darstellt.
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Es sind schon viele Vorschläge gemacht worden, um diese zu lösen.
Bei einigen Einrichtungen werden um den Kopf der Abschmelzelektrode angeordnete.
Klemmsegmente senkrecht. zur Elektrodenachse gegen den Elektrodenkopf gepreßt und
so das Elektrodengewicht durch Klemmwirkung gehalten. Die Anpressung geschieht durch
Verschraubungen oder unter dem Einfluß des Elektrodengewichtes durch Klemmgesperre.
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Bekannt ist eine Halteeinrichtung, bei der das untere Ende der Elektrodenhaltestange
und der Elektrodenkopf leicht kegelig gestaltet sind, wobei die Grundflächen dieser
beiden Kegelstümpfe einander gegenüberliegen.
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Um diese kegeligen Enden sind KIemmschalen angeordnet, die eine entsprechende
doppelkegelige Innenfläche besitzen und radial in einer Stahlhülse gehalten werden.
Mittels eines Exzenters, der zwischen den Stirnflächen des Elektrodenkopfes und
der Elektrodenhaltestange verspannt wird, werden diese in die kegeligen Flächen
der Klemmschalen eingedrückt. Zur Aufnahme der zum Festklemmen der Elektrodenköpfe
mittels Klemmsegmenten oder Klemmschalen erforderlichen großen Radialkräfte sind
entsprechend starke Hülsen notwendig.
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Eine bekannte Elektrodenhalteeinrichtung der eingangs genannten Art
weist ein an das untere Ende der Elektrodenhaltestange angeschraubtes Spannteil
auf, um dessen unteres Teil spannpratzenartige Klemmlaschen angeordnet sind, die
nach unten über das Spannteil hinausragen. Zwischen diese Klemmlaschen wird der
entsprechend geformte Elektrodenkopf eingeschoben und durch das Festziehen der Spannschrauben
in das Spannteil zwischen den Laschen festgeklemmt. Zur Unterstützung der Klemmwirkung
können noch Schrauben durch Löcher am unteren Teil der Klemmlaschen gesteckt und
in den Elektrodenkopf eingeschraubt werden.
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Die Aufnahme des Elektrodengewichtes und die Stromzufuhr erfolgt bei
allen diesen Elektrodenhalteeinrichtungen über dieselben Flächen. Bei hohem Schmelzstrom
tritt eine starke Erwärmung an den Übergangsstellen und damit der ganzen Halteeinrichtung
ein, die eine Dehnung und auch eine Lockerung von beispielsweise Schraub- oder Anpreßverbindungen
zur Folge hat. Eine betriebssichere Halterung der Abschmelzelektrode und eine einwandfreie
Schmelzstromzuführung ist dann nicht mehr gewährleistet. Darüber hinaus sind diese
Einrichtungen meist nicht griffest genug, um Abschmelzelektroden mit 6ewichten.
von mehreren Tonnen, so z. B. von bis zu 50 t, sicher zu halten. Alle diese Halteeinrichtungen
müssen zum Schließen und Öffnen vor bzw. nach der Schmelze von Hand betätigt werden.
Ein großer Nachteil ist hierbei, daß mechanische Vorrichtungen nicht geschmiert
werden können und bei der großen thermischen Belastung im Vakuum sich leicht festfressen
können bzw. sich nur sehr schwer lösen lassen. Bei diesen Klemmeinrichtungen können
auch kleine Metallteile zwischen den Klemmbacken und dem Elektrodenkopf eingeklemmt
werden, die infolge des hohen Schmelzstromes herausbrennen, wodurch der Stromübergang
an diesen Stellen verschlechtert wird. Alle die bekannten Vorrichtungen erfordern
außerdem noch beim Einspannen der Abschmelzelektrode bzw. des an sie angeschweißten
Stummels eine exakte Koaxialstellung zur ElektrodenhaItestange. Diese Forderung
ist bei Abschmelzelektroden von großem Gewicht und im rauhen Betrieb des Stahlschmelzens
praktisch nur unter erheblichem technischem Aufwand möglich._ Bei Elektrodenhalteeinrichtungen
ist es an sich bekannt, die Halterung der Elektrode und die Schmelzstromzufuhr nicht
mittels derselben Elemente und über dieselben Flächen zu bewirken. So wird bei einer
Halterung für selbstbackende nicht abschmelzende Elektroden durch einen oberen Backensatz
der Schmelzstrom zugeführt und durch einen unteren die Elektrode gehalten. Bei einer
anderen Ausführung einer Einrichtung zur Halterung und Stromversorgung einer Abschmelzelektrode
wird mittels eines Vorschubrollenpaares mit waagerechten Achsen die senkrechte Elektrode
eingeklemmt und in dem Ofen vorgeschoben, während über ein oder zwei federnd angepreßte
Rollenpaare der Strom zugeführt wird.
Eine solche Rollenhalteeinrichtung
eignet sich nicht für Elektroden aus Metallschwamm und ebenfalls nicht für solche
mit einem Gewicht in der Größenordnung von mehreren Tonnen wegen der Durchrutschgefahr.
Sie haben deshalb auch in der Technik keine Bedeutung erlangt.
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Andere bekannte Vorrichtungen zur Halterung und Schmelzstromzuführung
für nichtabschmelzende Elektroden, beispielsweise Graphitelektroden, von Lichtbogenöfen
eignen sich schon auf Grund ihrer Ausführungsformen nicht für Abschrnelzelektroden
von Vakuumlichtbogenöfen, bei denen der Ofenraum während des Schmelzprozesses hermetisch
dicht nach außen abgeschlossen ist, und die Abschmelzelektrode laufend entsprechend
ihrer Abschrnelzgeschwindigkeit verschoben wird: Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem
Aufbau und hoher Zuverlässigkeit das Tragen sehr schwerer Elektroden und den Betrieb
mit sehr hohem Strom ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Ausnehmungen
in einem zentralen Zapfen des Elektrodenkopfes oder eines damit verschweißten Elektrodenstummels
angebracht sind, daß der Elektrodenkopf bzw. der Elektrodenstummel an seiner Stirnfläche
außerhalb des zentralen Zapfens eine Kontaktfläche aufweist, daß auf der Elektrodenhaltestange
eine diese auf einem Teil ihrer Länge umschließende stromleitende Hülse gelagert
ist, an der die Stromzuführungsleitungen angeschlossen sind und die eine mit der
genannten Kontaktfläche zusammenwirkende Kontaktfläche aufweist, daß die Hülse relativ
zur Elektrodenhaltestange verschoben und gegen die Kontaktfläche am Elektrodenkopf
bzw. am Elektrodenstummel gedrückt werden kann und daß die Hülse und die Haltevorrichtungen
so ausgebildet sind, daß diese den zentralen Zapfen festhalten, wenn die Hülse nach
unten geschoben ist, und ihn freigeben, wenn die Hülse nach oben geschoben ist.
In bevorzugter Ausführung ist die stromleitende Hülse doppelwandig ausgebildet und
mit Anschlüssen für die Zu- und Abfuhr eines Kühlmittels versehen. Die Kontaktflächen
an der Hülse und an der Elektrode bzw. dem Elektrodenstummel können kegelförmig
oder dachartig ausgebildet sein, wobei die Kegelspitze bzw. der Dachfirst vorzugsweise
nach oben zeigt.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen unter anderem
darin, daß die Halterung der Abschmelzelektrode, also die Lastaufnahme, getrennt
von der Schmelzstromzuführung erfolgt. Die Haltevorrichtung bzw. Tragvorrichtung
für die Abschmelzelektrode wird also nicht zur übertragung des Schmelzstromes benutzt.
Ein Lockerwerden der Haltevorrichtung der Abschmelzelektrode durch starke Erwärmung
oder durch Aufsetzen der Abschmelzelektrode, wie das bei den bekannten Halte- und
Schmelzstromzuführungsvorrichtungen der Fall ist, muß nicht mehr befürchtet werden.
Die stromleitende Hülse kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung unabhängig von
der Haltevorrichtung bewegt werden, so daß der Stromkontakt zwischen der Hülse und
der Abschmelzelektrode bzw. dem Elektrodenstummel, an dem die Abschmelzelektrode
befestigt ist, lastunabhängig durch eine Zusatzkraft, die beispielsweise pneumatisch
oder hydraulisch erzeugt wird, hergestellt werden kann. Durch die besondere Ausbildung
der stromleitenden Hülse an dem der Abschmelzelektrode zugekehrten Ende steht zum
Stromübergang zur Abschrnelzelektrode bzw. zum Elektrodenstummel eine ziemlich große
Fläche zur Verfügung, so daß hohe Schmelzströme einwandfrei übertragen werden können.
Die erfindungsgemäße Einrichtung bewirkt auf diese Weise eine betriebssichere Halterung
der Abschmelzelektrode und eine zuverlässige Schmelzstromzuführung selbst bei großen
Abschmelzelektrodengewichten und hohen Schmelzströmen.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand
der Zeichnung beschrieben. Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In F i g. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 die Abschmelzelektrode bezeichnet.
Sie ist mit dem Elektrodenstummel (»stub<c) 2 fest verbunden, beispielsweise
verschweißt. Der Oberteil des Elektrodenstummels 2 ist kegelförmig ausgebildet und
trägt die Kontaktflächen 3. Der kopfartige Teil des Stummels 2 ist mit einer konkaven
Ringnut 4 versehen. Zur Halterung der Abschmelzelektrode 1 ist die Elektrodenhalte-Stange
5 vorgesehen, an der ein Tragkopf 6 befestigt ist, beispielsweise eingeschraubt.
Das untere Ende des Tragkopfes 6, das der Abschmelzelektrode 1 zugekehrt ist, ist
in seiner Form dem Kopfteil des Stummels 2 angepaßt. Der Tragkopf 6 besitzt weiterhin
eine Haltevorrichtung, die im Ausführungsbeispiel aus Kugeln 7 besteht. Beim Abwärtsbewegen
der doppelwandigen stromleitenden Hülse 8 gleiten die Kugeln 7 auf dem gewölbten
unteren Innenteil 11 der Hülse 8 und werden in die Ringnut 4 eingepreßt.
Die stromleitende Hülse 8 besitzt einen Kühlmittelzuführungsanschluß 9 und
einen -abfuhranschluß 10.
Die Vorrichtungen zur Halterung der Abschmelzelektrode
1 sind dadurch gegen Verschmutzung, Spritzer und große Erwärmung durch die gekühlte
Hülse 8
geschützt. Der Stromkontakt zwischen dem Stummel 2 und der stromleitenden
Hülse 8 wird durch den kegelförmig ausgebildeten Teil 12 bewirkt, der auf die Kontaktfläche
3 gedrückt wird. Der Schmelzstrom wird von einem Stromzuführungsaggregat
13 über Leitungen 14 und das Anschlußstück 15 der Hülse 8 zugeführt. Der
Oberteil der Elektrodenhaltestange 5 besitzt einen kolbenartigen Teil
16, der von einem Gehäuse 17 umschlossen ist. Das Gehäuse 17 ist über Dichtungsmittel
18 gegenüber der Elektrodenhaltestange 5 abgedichtet und elektrisch isoliert und
besitzt zwei Anschlüsse 19, 20 zum Einleiten bzw. Herauslassen einer Flüssigkeit
oder von Preßluft, damit die Elektrodenhaltestange 5 hydraulisch oder pneumatisch
relativ zu der stromleitenden Hülse 8 bewegt werden kann. Das Gehäuse
17 ist fest mit der doppelwandigen Hülse 8 verbunden. In den unteren Teil
der Elektrodenhaltestange 5 sind Nuten 21 eingeschnitten, in denen Abdichtungsmittel
22 angeordnet sind, die eine hermetische Abdichtung zwischen der Elektrodenhaltestange
5 und der Innenwand der stromleitenden Hülse 8 bewirken und auch gleichzeitig beide
Teile an dieser Stelle elektrisch gegeneinander isolieren. Der untere Teil der erfindungsgemäßen
Einrichtung befindet sich im evakuierten Ofenraum 23 eines Vakuumlichtbogenofens.
Die Einrichtung wird während des Schmelzprozesses bis auf ihren oberen Teil laufend
über die Dichtungen 24 durch den Wandteil 25 der Ofenhaube des Lichtbogenofens in
den Ofenraum 23 hineinbewegt.
Das in der F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel
der Erfindung unterscheidet sich von dem in F i g. 1 gezeigten dadurch, daß der
Kopfteil des Stummels 2 mit einer Öse 26 versehen ist, in die zur Halterung der
Abschmelzelektrode 1 ein oder mehrere Haken 27 eingreifen. Die Haken 27 sind an
dem Tragkopf 6 beweglich befestigt und werden in Ruhestellung durch eine Feder 28
auseinandergedrückt. Zur Halterung der Abschmelzelektrode 1 werden sie beim Abwärtsbewegen
der Hülse 8 durch dessen unteren Innenteil 29 in die Öse 26 gedrückt.
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Wie sich aus den Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergibt, hat die Vorrichtung noch den folgenden weiteren Vorteil.
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Die Abschmelzelektrode 1 wird an dem zentral angeordneten Kopfteil
des Stummels gehalten. Beim Einsetzen der Abschmelzelektrode 1 wird dieser Kopfteil
zuerst von den Haltevorrichtungen erfaßt und diese erst danach angedrückt. Beim
ersten Anheben zentriert sich die Abschmelzelektrode 1 infolge ihres Gewichtes von
selbst. Es ist daher nicht notwendig, die Abschmelzelektrode 1, wie bei den bekannten
Einrichtungen, vor dem Befestigen genau koaxial zur Elektrodenhaltestange 5 zu justieren.
Dennoch ist aber in jedem Fall ein gutes Anlegen der Stromübergangsflächen 12 an
die Kontaktflächen 3 des Stummels gewährleistet. Dies vereinfacht die Chargierung
eines Lichtbogenofens mit einer Abschmelzelektrode 1 sehr wesentlich.