DE1565207A1

DE1565207A1 - Elektrode fuer Lichtbogenelektrooefen

Info

Publication number: DE1565207A1
Application number: DE19651565207
Authority: DE
Inventors: Wolf Charles B; Decorso Serafino Mario
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1964-10-29
Filing date: 1965-10-29
Publication date: 1970-02-05
Also published as: FR1468879A; BE671580A; AT274403B; SE327028B; GB1116515A

Description

Elektrode für liohtbo$enelektroöfen Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode fUr Lichtbogenelektroöfen,: insbesondere auf eine beständige abbrandfeets Elektrode.
Bieher wurden Kohlenstoff- und Graphitelektroderi in allen elektrischen Liehtbogenöfen, die mit verdecktem, direktem oder indirektem Lichtbogen arbeiten, verwundet. Hei einem Ofen mit direktem Lichtbogen, d.h. unmittelbarer Beheizung, ist der größte Teil der Ofeneingangsleitung in einem Licht-' bogen enthalten, der zwischen der Elektrode und dem zu erhitzenden Material, allgemein Schmelze genannt, erzeugt wird. Bei einem Ofen mit mittelbarer Beheizung wird der Lichtbogen zwischen zwei Elektroden erzeugt; in diesem Falle bildet das zu erhitzende Material-nicht eine der Elektroden, wie bei dem Ofen mit unmittelbarer Beheizung. Bei einem mit verdecktem Lichtbogen arbeitenden Ofen wird die Elektrode in das zu erhitzende Material eingetaucht, und die Erhitzung der Schmelze wird durch Widerstandserhitzung, sowie durch eine große Anzahl kleiner Lichtbögen hervorgerufen, die sich zwischen der Elektrode und dem zu erhitzenden Material, d.h. dessen Teilchen, ausbilden. In allen diesen Fällen wircb das Blektrodenmaterial, Kohlenstoff oder Graphit, durch Oxydation, Sublimation, chemische Wirkung mit dem zu erhitzenden Material oder durch Bruch verbraucht. Kohlenstoff- oder Graphitelektroden müssen infolge-dessen dauernd ersetzt werden. Ausfallzeiten dinee Ofens, die durch das Eingeben der Elektroden, das Einschieben in ihre gupferhalerungen oder die Entfernung abgebrochener Elelgtrodenstüeke aus dem Ofen bedingt sind, können einen bemerkenswerten troduktionaterlust von sehätzungeweiae 2 bis 3 f der Botriebsseit ausmachen. In der Deutschen Patentanmeldung 'VOM 29. 10. 1965, die auf den gleichen inmelder zurüokgeht wie die vorliegende Anmeldung, wird eine beständige Elektrode be- schrieben, die einen großen Teil der Kosten, der Ausfallzeiten und der Betriebsschwierigkei ten der Kohlenstoff- und Graphit= elektroden, die während des Ofenbetriebes einem Verbrauch unterliegen, beseitigt. Diese beständige Elektrode besteht im wesentlichen aus einem ringförmigen wassergekühlten Elektroden- kopf mit Lichtbogenfläche sowie einer Halterung, die zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material besteht und die mit dem Elektrodenkopf leit end verbunden ist. Die Halterung enthält eine Einrichtung zur Zu- und Abführung einer Kühlflüssigkeit zum bzw. vom Elektrodenkopf. Der leitfähige Teil der Halterung ist mit einer Stromquelle für den lichtbogenstrom verbunden. Nahe dem Elektrodenkopf ist eine Magnetspule angeordnet, die bei Erregung ein Magnetfeld an der lichtbogenfläche des Elektrodenkopfes erzeugt, das eine kontinuierliche Bewegung des lichtbogens entlang der ringförmigen lichtbogenfläche des Elekürodenkopfes hervorruft. Ein Teil der Halterung besteht aus einem länglichen Element,@das aus sehr hitzefestem Material, z.B. Keramik, besteht und die restliche Halterung zum Schutz gegen Straalungs- und Konvektionswärme des Lichtbogens und der Gase umschließt. Außerdem ist ein Abschlußteil aus hitzefestem Material, z.B. Keramik, vorgesehen, das die mittlere Öffnung des ringtirmigen Elektrodenkopfes verschließt. Die vorliegende Erfindung besteht in einer vorteilhaften Weiterbildung der in der genannten Anmeldung beschriebenen Elektrode und trägt viele neue Wesenszüge .-Die Halterung ist röhrenförmig ausgeführt und enthält koachsial angeordnete Hülsen verschiedenen Durchmessers, durch die ringförmige bzw. zylindrische Kanäle für eine Kühlflüssigkeit gebildet werden. Eine Außenhülse, die vorzugsweise aus Stahl besteht, sorgt für eine maximale mechanische Festigkeit, und eine Keramikhülse, die diese -Stahlhülse umgibt, dient als Hitzeabschirmung. Es ist ein spezieller =d neuartiger Einsatzteil zur Bildung eines

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tung für den Elektrodenkopf dient und durch den die Kühlflüssigkeit nahe an der Lichtbogenfläche des Elektrodenkopfes vorbeigeführt wird. Die Magnetspule ist in einer solchen Zage angebracht, daß ihre Kraftlinien dem Umriß der Elekitrodenfläche entsprechend verlaufen. Die Halterung der Spule besteht vorzugsweise aus magnetischem Material, das den Widerstand des Magnetkreises herabsetzt. In einigen Ausführungsbeispielen ist ein wassergekühltes Abachlußteil in der mittleren Öffnung des ringförmigen Blektrodenkopfes vorgesehen.
Auch kann gemäß weiterer Ausbildung ein Teil der Fläche des Elektrodenkopfes zur Hitzeabschirmung gekapselt werden.
Die Erfindung besteht daher in der Schaffung einer verbesser-@ ten beständigen Elektrode für eJren Lichtbogenelektroofen. Weiterhin wird durch die Erfindung eine neue verbesserte Elektrode geschaffen, die während ihres Einsatzes in einen Lichtbogenofen nicht verbraucht wird und mit einer verbesserten Hitzeabschirmung versehen ist. Ferner wird bei der erfindungsgemäßen Elektrode der Lightbogen durch Einwirkung eines Magnetfeldes über die Elektroden-fläphe bewegt, wobei die Kraftlinien dem Umriß dgr Lichtbogenfläche entsprechend verlaufen.
Die Erfindung ermöglicht außerdem eine verbeBSerte WaauerkÜhlung für die beständige Elektrode. Diese sowie weitere Wesenzüge der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figuren beschrieben.
Fig.1A und 1B zeigen zusammen einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Elektrode gemäß der Erfindung.
Fig.2 zeigt die Aufsicht auf ein Ende der in Fig.1 gezeigten Elektrode.
Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem flüssigkeitsgekühlten achsialen Mittelstück.
Fig.4 zeigt die Ansicht eines Elektrodenkopfes, der zu einem Weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gehört.
Fig.5 zeigt die Teilansicht eines achsialen Mittelstückes gemäß diner Abwandlung der in Fig.3 gezeigten Einrichtung.
Fig.6 zeigt gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung eine Elektrode, bei der das achsiale Mittelstück mit einer Vertiefung versehen ist. In den Figuren sind-für ähnliche Teile ähnliche Bezugszeichen verwendet, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. In der Anordnung gemäß Fig.1 ist eine lange, vorzugsweise aus Stahl oderanderem Metall bestehende Röhre 1o vorgesehen, deren Teile 11 und 12 an ihren Enden durch eine Vergrößerung des Innendurchmessers mit vorspringenden Kanten 13 und 14 versehen äitd. Diese Kanten dienen, wie noch beschrieben wird, zur Einstellung der Zage dereRöhre in Bezug auf andere Teile der Flektrodenkonstruktion. In der folgenden Beschreibung wird der Teil der Elektrode, an dem der Lichtbogen erzeugt wird, als Elektrodenkopf oder Kopfteil bezeichnet, und dieser Teil ist am unteren Ende der Elektrode dargestellt. An ihrem oberen Ende ist ein Aufsatz 15 aus Metall angebracht, dessen Außenfläche 16 dicht mit der Röhre 10 abschließt. Die untere Fläche. des Aufsatzes 16 liegt auf der Kante 13 auf, während das benachbarte Ende der Röhre 10 mit der Kante 17 des Aufsatzes 15 abschließt. Der Aufsatz 15 ist nicht zylindrisch, sondern fast rechteckförmig, so daß der Raum 73 zwischen der Röhre 10 und einer koachsialen Innenhülse 21, die noch beschrieben wird, am oberen Ende der Elektrode teilweise offen ist, wodurch eine Belüftung-und eine Durchführung der Spulenanschlüsse möglich ist. Ein in achsialer Richtung bzw. nach unten sich.erstreckender Kanal 18 im Aufsatz 15 ist an seiner Innenseite mit dem Gewinde 19 versehen, das zur Verschraubung mit dem anliegenden Ende der vorzugsweise aus Kupfer hesgestellen Metallhülse 21 dient. Wie noch beschrieben wird, wird durch die Schraubverbindung 19 der Aufsatz 15 mit der Elektrodenkoratruktion über die Hülse 21 fest verbunden und ein positiver Stromfluß ermöglicht. Eine ringförmige Aussparung 22 (Fig.1A) im Aufsatz 15 dient zur Aufnahme eines Dichtungsringes 23. Innerhalb des Aufsatzes 15 ist eine ringförmige Kammer 24 gebildet, die mit einem Kanal 32 ringförmigen Querschnittes in Verbindung steht, der durch den Zwischenraum zwischen der Hülse 21 und der koachsialn. dünneren Hülse 31 gebildet wird. Die Kammer 24 ist mit einem Wassereintritt 25, der evtl. mit Gewinde 26 versehen ist, verbunden. Weiter ist zu erkennen, daß , der ,in lä,ngsrichtung verlaufende Kanal 18 einen Teil 30 mit

gering Innendurchmesser aufweist, wodurch die Kante 27

gebildet wird. Der Kanal 18 ist mit einem Wasseraustritt 28 verbunden, der mit Gewinde 29 versehen ist: Die Metallhülse 31 schließt mit der-Innenwand des Kanals 18 dicht ab und ihr Ende liegt an der Kante 27 an. Durch die Hülse 31 wird der Kanal 41 gebildet. Außerdem bildet sie, zusammen mit der Hülse 21, den bereits genannten ringförmigen Kanal 32, durch den Wasser zum Blektrodenkopf geleitet wird. Nahe dem oberen Ende der Hülse 31 liegt um sie herum in einer ringförmigen Vertiefung 33 ein Dichtungsring 34. Durch den Kanal 41 wird das Kühlwasser vom Elektrodenkopf zum Wasseraustritt 28 geleitet. Das untere Ende der Metallhülee 21 ist auf der Außenseite mit dem Gewinde 36 versehen und mit dem Innengewinde einer zylindrischen Tragevorrichtung 37 für die Magnetspule und den Elektrodenkopf verschraubt. Diese Tragvorrrichtung dient gleichzeitig auch als Flüssigkeitsleiter und als Teil des Magnetkreises, weshalb sie aus magnetischem Material besteht. Sie ist an ihrer Außenseite mit einer flachen ringförmigen Vertiefung 38 sowie mit großen auf dem Umfang verteilten Bohrungen zwischen `der Vertiefung 38 und ihrem Inneren versehen. Eine dieser Bohrungen ist bei 39 gegeigt. Die Bohrungen münden in den Kanal 32, so daß eine Wasserströmung vom Kanal 32 durch diene Bohrungen 39 in den durch die Vertiefung.38 gebildeten Baue möglich-ist.
a .Die Tragvorrichtung 37 wird von einer äetallhüle® Zoo singeebhlosnen. Durch einen etwae geringeren Durßbaeseer eines Teiles der Tragvorrichtung 37 wird zusammen mit der Hülse 100 ein Kanal 40 mit ringförmigem Querschnitt gebildet, durch den Wasser zum Blektrodenkopf fließt, wie noch be- schrieben wird. Eine ringförmige Aussparung 42 im Inneren der Tragvorrichtung dient zur Aufnahme eines Dichtungsringes 43 zum dichten Abschluß. In der äußeren ringförmigen Aussparung 59 liegt der Dichtungsring 60. Im Inneren der Tragvorrichtung 37 ist die Kante 44 gebildet, an der das Ende der Hülse 21 anliegt. Ein Teil der Innenfläche der Tragvor-richtung 37 ist mit Gewinde 46 versehen und mit der Außen- fläche eines Einsatzteiles 48 zur Bildung eines Kühlflüssigkeitkanals verschraubt. Dieses enthält eine Halteschraube 49, deren Aufgabe noch beschrieben wird. Das Einsatzteil 48 ist mit einem achsialen Kanal 51 versehen, dessen Innendurchmesser teilweise vergrößert ist, wodurch eine Kante 52 gebildet wird, an der das Ende der Hülse 31 anstößt. Das Einsatzteil 48 hat um seine Außenseite herum eine breite flache Vertbfung 53 und ist dort auf seinem Umfang mit querliegenden Bohrungen ver- sehen, von denen eine bei 54 gezeigt ist. Durch den Abstand seiner Außenfläche 55 von der Innenwand der Tragvorrichtung 37 wird der ringförmige Kanal 56 gebildet. Wie noch genauer beschrieben wird, fließt das Wasser vom Wassereintritt 25 aus nac)a unten durch den Kanal 32, den Querkanal 39, in'die ring- förmige Vertiefung 38, in den ringförmigen Kanal 40 und dann durch eine Kühlleitung nahe der Blektrodenfläche. Es ist zu erkennen, daß das Einsatzteil 48 an seiner Innenseite mit einer ringförmigen Aussparung 57 für die Aufnahme eines Dichtringes 58 versehen ist, der zur Abdichtung zwischen der Wandung des Einsatzteiles 48 und der Außenfläche der Hülse 31 dient. - .
Die Tragvorrichtung 37 für die Magnetspule und den Blek-. trodenkopf ist auf ihrer Innen- und Außenseite mit kleinen Abstufungen versehen, die auf der Innenseite die Kante 61, auf der Außenseite die Kante 62 bilden. Auf dem unteren Ende der Tragvorrichtung 37 ist eine ringförmige Kappe 64 angeordnet, die durch die in radialem Abstand zueinander liegenden Wände 67 und 83 gebildet ist: De Rirgläche 89,dieser Kappe ist nach außen hin gebogen und auf ihrer Innenseite flach, wie der Querschnitt zeigt. Die Außenwand 83 endet mit ihrem oberen Ende an der Kante 62, die Innenwand 67 an der Kante 61. In der ringförmigen Außennute 65 der Tragvorrichtung 37 liegt der Dichtungsring 66, in der Innennute 68 der Dichtungsring 69. Wie bereits bemerkt, bildet das Brie der Kappe 64 eine flache ringförmige Bodenfläche 70Der Zwischenraum zwischen der Fläche 70.und der flachen Innenfläche 63 der Tragvorrichtung 37 ist durch eine Magnetspule 71 in einem Gehäuse 72 aus elektrisch nichtleitendem Material, z.B. Keramik, ausgefüllt.
Die Spule-71 besteht vorzugsweise aus Kupferrohr mit isolierten Windungen, die parallel zur Blektrodenfläche gewickelt sind. Durch das Kupferrohr fließt Kühlwasser zur Abführung der in.der Spule gebildeten Wärme. Die Ausführung dieses Prinzips ist in Fig.6 gezeigt und wird noch genauer beschrieben. Zwei isolierte Zeitungen 121 und 122, in Fig.2 gezeigt, die zur Energieversorgung der Spule 71 dienen, sind vom Gehäuse 72 nach oben durch einen Kanal 124 in der Tragvorrichtung 37 geführt. Sie liegen in dem durch die Röhre 10 und die Hülse 21 gebildeten Zwischenraum 73. Die Leitungen 121 und 122 sind als Hohlleiter dargestellt. An ihren elektrischen AnschluB-klemmen erfolgt auch ihre Kühlwasserversorgung.
Die Tragvorrichtung 37 und die Kappe 64 bilden zusammen eine Einheit, durch deren Form ein Weg für die Kühlflüssigkeit vorgegegeben ist. Das bereits beschriebene Einsatzteil 48 zur Bildung eines Kühlflüssigkeitskanals hat an seinem unteren Ende einen Hohlraum deVÜurch den in achsialer Richtung sich erstreckenden Vorsprung 75 mit ringförmigem Querschnitt gebildet wird. In diesem Hohlraum ist ein Halteteil 76 befestigt, das mit einer ringförmigen Aussparung 77 für einen Dichtungsring 78 versehen ist.
Durch die achsiale Bohrung 79 des Halteteiles 76 ist der Schaft der bereits genannten Befestigungsschraube 49 geführt. Der Kopf 81 dieser Schraube 49 liegt auf der Kante 80 des Halteteiles 76 auf, wodurch dieses in seiner Lage am Einsatzteil 48 befestigt ist. Das Halteteil 76 besteht gleichfalls aus magnetischem Material und verringert damit auch den magnetischen Widerstand des Magnetkreises. Der Kopf 81 der Befestigungsschraube 49 ist von einer Schraubenfeder 82 umgeben, deren oberes Ende auf der Kante 80 des Halteteiles 76 aufliegt. Ihr , unteres Ende ruht auf einem Abschlußteil 84 aus sehr hitzefestem Material, wie z.B. Keramik. Es hat an seinem Ende 85 ' einen verringerten Durchmesser, wodurch eine Vertiefung ge- schaffen ist, in die teilbreiae ein Haltering 86 aus Keramik oder sonstigem sehr hitzefestem Material hineinragt.
Das Halteteil 76 hat an seinem unteren Ende einen verringerten Außendurchmesser und ist dort mit dem Gewinde87 versehen. Ein Dichtungsring 88 dient zur Abdichtung der Verbindung dieses Teiles mit einem ringförmigen oder zylindrischen Elektrodenkopf 90, dessen innere zylindrische Wandung an ihrer Außenseite mit dem Gewinde 91 versehen ist. Dieses ist mit dem :Gewinde 87 des Halteteile® 76 verschraubt. Außerdem ist der Blektrodenkopf 90 auf der Außenseite der äußeren zylindrischen Wandung mit dem Georinde 92 versehen, dessen Aufgabe noch erläutert wird. Das Stirnteil 93 des Elektrodenkopfes 90, das die Lichtbogenfläche bildet, hat ringförmige seitliche Rdndflächen 94 und 95. Wird der Elektrodenkopf 90 in der gezeigten Zage eingeschraubt, so entstehen ringförmige oder zylindrische Kanäle 96 und 98 zwisehen den Wandungen der Kappe 64 und den gegenüberliegenden Wandungen des Blektrodenkopfes 90. Ferner wird ein Kanal 97 mit gebogenem Querschnitt gebildet, der am unteren Ende des Elektrodenkopfes 90 dirök t hinter der lichtbogenfläche verläuft. Diese Kanäle 96, 97 und 98 vervollständigen den Kreislauf der Kühlflüsßigkeit vom Wassereintritt 25 zum Wasseraustritt 28. Dieser Kreislauf verläuft wie folgt. Einlaß 25, durch den Kanal 32 abwärts, durch die Querbohrungen 39 zur Vertiefung 38, durch den Kanal 40, durch den Kanal 98, durch den gebogenen Kanal 97, durch den Kanal 96, durch den Kanal 56, über die Vertiefung 53 zu den Querbohrungen 54, durch Kanal 41 aufwärts zum Wasseraus-, tritt 28. wie bereits beschrieben, ist die Röhre 10 an ihrem unteren Ende 12 innen mit einer gante 14 versehen. Anliegend an der Innenwand dieses Röhrenteiles 12 mit vergrößertem Durchmesser stößt die längliche Metallhülse 100 gegen die Kante 14. Am unteren Ende hat diese Hülse 100 ein Teil größeren Durchmessers 101. Sie wird außen von einem Ring 102 umgeben, der mit einem Flansch 103 und einem Gewinde 104 versehen ist. Das Gewinde 104 ist mit seinen, unteren Gewindegängen mit dem Gewinde 107 in der Innenwandung am Ende eines weiteren Ringes 106 verschraubt. Dieser Ring 106 ist auch an seinem anderen Ende mit einem Gewinde 108 versehen, das mit dem Gewinde 92 des Elektrodenkopfes 90 verschraubt ist. In den Aussparungen 109 und 110 des Ringes 106 sind Dichtungsringe 111 und 112 vorgesehen, die eine Dichtung zwischen dem Teil 101 der Metallhülse 100 und der Außenwandung des Elektrodenkopfes 90 bewirken. Die Ringe 102 und 106 sind gleichfalls im Sinne eines geringen Magn etkreiswiderstandes aus magnetischem Material hergestellt. Die Röhre 10 ist von einer Hülse 119 aus sehr hitzefestem Material, z.B. Keramik, umgeben, deren unteres Ende auf einem Ring 118 aus sehr hitzefestem Keramikmaterial aufliegt. Der Ring 118 grenzt an den Flansch 103 des Ringes 102xan@. Ferner ist das Unterteil der Elektrode von einem Keramikring 117 eingeschlossen, der mit einer Kante 116 versehen ist, die auf einem Ende des bereits beschriebenen Ringes 106 aufliegt. Die Keramikteile 119, 118 und 117, der Keramikring 86 und das keramische Abschlußteil 84 bilden eine Hitzeabschirmung für die Teile der Elektrode, die direkt der Strahlung des Lichtbogens und der Glühgase sowie der Konvektionswärnpg ausgesetzt sind. Die gesamte ringförmige Elektrodenfläche des Elektrodenkopfteiles 93 ist wassergekühlt. Die Magnetspule 71 wird derart z.B. durch Gleichstrom gespeist, daß der Lichtbogen in eine kontinuierliche Kreisbewegung längs der ring- oder kreisförmigen Fläche des Elektrodenkopfes versetzt wird. Die Kraftlinien des Magnetfeldes 115 haben eine Krümmung, die mit dem Umriß der Zichtbogenfläche konzentrisch ist. Dies folgt aus der Anordnung der Spulen-mittellinie auf der Mittellinie der Krümmungsradien der Lichtbogenfläche. Zum Zwecke der Darstellung des Magnetfeldes wurde für die Tragvorrichtung 37 willkürlich ein nichtmagnetisches Material vorausgesetzt. Zur Bewegung des Zichtbogens mit ausreichender Geschwindigkeit wird ein Magnetfeld entaprechnder Feldstärke erzeugt, wofür die entsprechenden Anweisungen der eingangs genannten Anmeldung von A.M.Bruning zu entnehmen sind. Die symbol.fmh dargestellte Zeitung 35 dient zur Stromversorgung der Elektrode.
Es wird nun nochmäls die in Fig.2 gezeigte Aufsicht auf das Elektrodenende betrachtet. Die bereits beschriebenen Anschlußleitungen für die Magnetspule 71 sind mit 121 und 122 bezeichnet. Falls erwünscht, kann eine nicht dargestellte Deckplatte auf dem Aufsatz 15.durch Schrauben in den Gewindebohrungen 125 befestigt werden.
Unter "Kopfteil der Elektrode" soll die aus dem Elektroden -kopf 90 und der Hülse 64 bestehende Einheit verstanden werden. Durch den Abstand beider Teile werden die Kühlflüssigkeitakanäle 96, 97 und 98 gebildet. Die beschriebene Anordnung vereinigt die zuvor genannten Wesenszüge der Erfindung. Der Lichtbogen wird auf einer Kreisbahn kontinuierlich über die Elektrodenfläche geführt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, durch die jegliche Verdampfung des Blektrodenmaterials an einem oder mehreren lichtbogenbrennflecken auf der lichtbogenfläche verhindert wird. Gemäß den Richtlinien der eingangs genannten Anmeldung von A.M.Eruning

wird die Wasserkühlung der ElektrodeÄu einem Maße durchgeführt,

das eine genügend niedrige Temperatur der lichtbogenfläche gewährleistet, so daß bei wiederholtem Auftreffen des Lichtbogens an einem Punkt dessen Temperatur nicht über den Schmelzpunkt des Blektrodenmaterials hinaus für einen Zeitraum erhöht wird, in dem ein merklicher Materialverbrauch entstehen könnte. Es ist verständlich, daß der Elektrodenkopf 90 und die Spulenkappe 64 aus nichtmagnetischem Material bestehen. Die Tragvorrichtung 37 besteht vorzugsweise aus magnetischem Material, was evtl. auch für das Einsatzteil 48 gilt. Die Teile 37 und 48 können auch aus nichtmagnetischem Material bestehen. Es wird nun Fig.3 betrachtet, die ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrode zeigt. Das keramische Abschlußteil 84 aus Fig.11) ist hier durch ein wassergekühltes achsiales Mittelstück 140 ersetzt, das den durch die mittlere Öffnung des ringförmigen Blektrodenkopfes gebildeten Zwischenraum ausfüllt und von der lichtbogenflä,che elektrisch isoliert ist um einen Lichtbogenüberschlag zu vermeiden. in Fig.3 ist ' die. ringförmige kanalbildende und den Blektrodenkopf haltende Tragvorrichtung 37# weitgehend ähnlich der entsprechenden Vorrichturig 37 aus Fig.1B ausgebildet. In der Anordnung ge-, mä.B Fig.3 wird eine Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, durch den Kanal 321 su® und durch den Kanal 411 abgeführt: Innerhalb der kanalbildenden Tragvorrichtung 37p is°@ bei 461 eine längliche zylindrische Hülse 128, die als Trag® und Halteteil dient, eingeschraubt. Sie ist innen mit einer ringförmigen Vertiefung 129 zur Aufnahme des Dichtungsringes 130 versehen, der die Innenfläche der Hülse 128 gegen die anliegende Mantelfläche der Hülse 31 abdichtet. Der durch die Hülse 128 gebildete Innenkanal ist bei 131 konisch ausgebildet, woran sich ein langes aus einem Stück bestehendes Hülsenteil. 132 mit verringertem Außendurchmesser anschließt. Die durch diese"Ver® ringerung des Durchmessers gebildete ringförmige Kante 133 der Hülse 128 ist mit einer Anzahl von in Längsrichtung verlaufenden und auf dem Umfang mit Abständen angeordneten Bohrungen versehen, von denen die beiden Bohrungen 134 und 135 dargestellt sind. In diesen sind die Abstandsbolzen 136 und 137 befestigt, die aus starkem und haltbarem elektrisch isolierendem Material. bestehen. Der Teil der Außenfläche der Hülse 128, der den Bohrungen 134 und 135 am nächsten liegt, ist mit dem Gewinde 138 versehen und mit dem gleichfalls mit Gewinde versehenen Ende 141 einer weiteren kanalbildenden Hülse 142 verschraubt. Diese hat an ihrem Teil 149 einen verringerten Innendurchmesser, wodurch eine ringförmige Kante 163 gebildet wird. An ihrem unteren Erde 143 ist ihr Außendurchmesser ver:°ingert und ein Außengewinde 144 aufgebracht. Dieses dient zur Verschraubung mit dem Gewinde 91 des Elektrodenkopfes. Es ist zu erkennen, daB die kanalbildende Hülse 142 mit einer Anzahl in radialer Richtung verlaufender und auf ihren Umfang in Abständen angeordneter Bohrungen versehen ist, von denen die beiden Bohrungen 147 und 148 dargestellt sind. Diese großen Bohrungen ermöglichen eine-Strömung von Wasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit, die im folgenden noch eingehender beschrieben wird.
Innerhalb der Traghülse 142 ist in dem Zwischenraum zur Hülse 132 eine Kappenabschlußvorrichtung 151 mit beiderseitigem Abstand angeordnet. Sie ist mit einem verschlossenen Abdchlußteil 152 versehen und ihr Innendurchmesser ist größer als der Außendurchmesser der bereits beschriebenen Hülse 132, wodurch ein Kanal 153 zwiLchen diesen beiden Teilen gebildet wird. Die Hülse 132 endet kurz vor der Innenfläche des Ab- . schlulU-eiles 152 der Ka.pe 151, wodurch der Kanal 154.gebildet wird. Die Kappe 151 bildet mit der Hülse 14.2 den ringförmigen Zwischenraum 150. Ihr oberes Ende hat eine verstärkte Wandung 155, deren Querschnittsfläche auf den beschriebenen isolierenden Abstandsbolzen 136 und 137 aufliegt, wodurch die zwecioräL?ice Lage der Kacpe 151 bestimmt ist. In einer r. ingf rmigen Ver tiefung 158 in der Außenfläche der ve-stäi-kte:_ dändun# 15.-i',' befindet sich ein Dichtungsring 159. Die Außen_l:che ist außerdem Mit einer K:;nte 160 versehen, die auf einem Ring 162 aus isolierenden. Material aufliegt. Dieser Ring 162 liegt auf der in der I-:_nenr:and der Hülse 142 gebildeten Kante 163, an er der Innendurcrmes-er sich abrupt ändert. Das untere Ende der Kappe 151 hat durch den isolierenden Haltering 86 aus vcrzugs;.:eise sehr hitzebeständiger Keramik einen Abstand zum Elektrodenkopf. Der Isolierring 86 ist in der Rind:-

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Die Kappe 151 wird in elektrisch neutralem Zustand gehalten durch den Isolierring 86 und den Isolierring 162, durch die ringförmigen Zwischenräume 150 und 153, durch die isolierenden Abstandsbolzen 136 und 137 sowie durch den Dichtungsring 159 aus Gummi oder anderem elektrisch isolierendem Material. Die beschriebene Kappe 151 und die Hülse 132 ermöglichen eine Wasserströmung hinter dem verschlossenen Ende 152, wodurch dort Wärme abgeführt wird. Das Wasser strömt abwärts dtrch den ringförmigen Kanal 32', durch die radialen Bohrungen 39 und weiter abwärts durch den ringförmigen Kanal 40. Von dort aus wird es durch die Kanäle 98, 97 und 96 um die Rückseite der Lichtbogenfläche herumgeführt und gelangt in den ringförmigen Kanal 56. Dann fließt es durch die radialen Bohrungen der Hülse 142, z.B. die Bohrungen 147 und 148. Durch den Kanal 153 strömt es dann zwischen der Hülse 132 und der Innenwand der Kappe 151 abwärts. Dann fließt es durch den Kanal 154 um das Ende der Hülse 132 herum und innerhalb der Hülse 132 aufwärts in den Kanal 41'. Durch die Wassemtrömung hinter der Abschlußfläche 152 der Kappe 151 wird die Wärme dort schnell abgeführt. Dadurch wird eine Zerstörung der Kappe durch Strahlungs- und Konvektionswärme infolge zu hoher Temperaturen vermieden. In Fig.4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, dessen zusätzliche Merkmale in den Anordnungen gemäß Fig.1B oder Fig.3 verwendet wurden können. Der Elektrodenkopf 90' ist auf seinen beiden abfallenden Seitenflächen, die seine Begrenzung bilden, mit einem Überzug.171 bzw. 172 aus hitzefestem Materia2_g-ekapselt. Diese Überzüge bestehen evtl. aus Keramik oder einem anderen verwendbaren Mäterial: Sie dienen der thermjwhen Isolation desjenigen Teiles des Blektrodenkopfes, der nicht als Lichtbogenfläche dient. Die Fläche 175 bleibt unbedeckt, da sie zur Erzeugung des Lichtbogens 1.76 dient.
Die freiliegende Fläche 175 kann durch geeignete Abmessungen vollständig als Lichtbogenfl äche ausgebildet werden. Daher werden durch die Überzüge 171 und 172 die Wärmeverluste verringert und die Ablagerung von Schmelzenmaterial auf der Elektrodenfläche vermieden. Der Zwischenraum 177 zwischen den benachbarten Kanten der Überzüge 171 und 172 kann je nach Erfordernissen beliebig breit ausgeführt werden.
Es ist dem Fachmann geläufig, daß die erfindungsgemäße beständige Elektrode im Falle einer Schmelze paramagnetischer oder ferromagnetischer Stoffe durch die Wirkung der in Pig.4 der Einfachheit halber nicht dargestellten Magnetspule 71 Schmalzenmaterial anzieht, das sich dann auf der Elektrode ansammelt. Dadurch kann das zur Bewegung des Lichtbogens erforderliche Magnetfeld geschwächt werden. Durch die Karamiküberzüge 171 und 172 wird diese Ablagerung von Schmelzenmaterial verringert, wodurch diese Überzüge einen weiteren Vorteil bieten.
Die thermische Isolation des Blektrodenkopfes bringt auch einen Rückgang der Wärmeübertragung vom Lichtbogen auf die Elektrode mit sich. Der Keramiküberzug kann durch Sprühen oder auch auf , andere geeignete Weise auf die Elektrodenfläche aufgebracht werden. Der wassergekühlte Abschluß der Elektrode gemäß Fig.3 hat gegenüber dem Keramik-Abschlußteil der. Anordnung aus Fig.1H einige Vorteile. I3ei.Anordnungen zur lichtbogenerhitz.ung mit beständiger Elektrode stellt der Elektrodenkopf den Teil dar, der den Lichtbogenstrom führen und den auftretenden Temperaturanstieg aushalten muß. Um die Abnutzung minimal zuhalten, hat die Elektrode ringförmige Gestalt, und der Lichtbogen wird durch ein senkrecht zu ihm gerichtetes Magnetfeld entlang der Elektrodenfl'äche bewegt. Durch die Zirkulation von Kühlwasser durch den Elektrodenkopf wird die durch die Elektrode aufgenommene Wärme abgeführt. Das Mittelstück der Elektrode ist extrem hohen Hitzeeinwirkungen 'ausgesetzt. Jedes an dieser Stelle verwendete nichtkeramische Material kann sich innerhalb kurzer Zeit aufläsen oder schmelzen. Einige Keramiksorten werden sogar nach längerem Gebrauch angegriffen und verfallen. Würde andererseits das Mittelstück aus wassergekühltem Metall besiien, und dasselbe Potential wie die Elektrode haben,-so würde der Dichtbogen eher auf das Mittelstück überspringen, als auf der Elektrodenfläche brennen. Gemäß der Erfindung ist das wassergekühlte metallene Abschlußteil 152 zur Vermeidung dieses Übere.prA&ens vom Elektrodenkopf 90 elektrisch isoliert. Dies wird durch die genannten Ringe 86 und 162 aus keramischem oder sonstigem Isoliermaterial erreicht. Ferner ist zu erkennen, daß die Kappe 151 die Hülse 132 an keim Stelle berührt, wie auch beschrieben wurde, und außerdem kann ein Abstand zwischen den Abstandsbolzen 136 und 137 und der ihnen benachbartem Fläche der Kappe 151 bestehen. Durch die Verwendung dieser Isolation für das Mittelstück ist ein tiefliegendes hohles Mittelstück nicht erforderlich. Weitere Vorteile sind durch die Verringerung der Fläche des Mittelstückes ggeben, so daß auch eine geringere Fläche der Sträalung ausgesetzt ist, wodurch auch Wärmeverluste vermieden werden. Durch die Verwendmig des erfindungsgemäßen wassergekühlten und elektrisch isolierten Mittelstückes wird diese Fläche klein gehalten.
Falls erwünscht, kann die Außenfläche des abgeschlossenen Endes 152 mit einem thermisch isolierenden keramischen Material, z.B. Aluminiumoxyd oder einem anderem Keramikmaterial, überzogen werden. Eine solche Anordnung ist in Fig.5 gezeigt, wo dieser kersnische Überzug mit 166 bezeichnet ist.
Es wird nun Fig.6 betrachtet, in der ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, welches sich von der in Fig-.1B gezeigten Anordnung dadurch unterscheidet, daß die keramische Umhüllung der äußeren Elektrode -zu einem Teil mit einer Drahteinlage versehen ist und daß eine wassergekühlte Ummantelung vorgesehen ist, wie noch näher eaJäutert wird. In der in Fig.6 gezeigten Anordnung entsprechen die Röhren 200 und 201, die durch ihren voneinander verschiedenen. Durchmesser den ringförmigen Kanal 202 bilden, den Hülsen 31 und 21 der Elektrode gemäß Fig.1. Wie bereits ausgeführt, kann das Wasser entweder durch die Röhre 200 eingespeist oder abgegeben werden. Die Anordnung in Fig.6 wird willkürlich unter der Vor-*-aussetzung beschrieben, daß das Wasser durch die Röhre 200 ausströmt und durch den ringförmigen Kanal 202 in die Elektrode hineinfließt. Die Röhre 201 besteht aus Kupfer. Sie ist bei 203 mit einer Tragvorrichtung 204 verschraubt, an der eine Magnetspule sowie der Elektrodenkopf befestigt sind und die der ähnlichen Tragvorrichtung 37 aus Fig.1 entspricht. Sie besteht vorzugsweise aus magnetischem Material. An ihrer Oberseite ist ein Ringteil 205 von etwas größerem Durchmesser als die Röhre 201 vorgesehen, wodurch ein ringförmiger Zwischenraum 206 gebildet wird. Durch ihn verlaufen die Zeitungen 207 und 208 zu der noch zu beschreibenden Magnetspule. Das Ringteil 205 ist auf seiner Außenseite mit einem Gewinde 209 versehen, das mit dem Innengewinde 211 einer Hülse 212 aus Metall oder anderem verwendbarem Materialverschraubt ist. Die Hülse 212 ist an ihrem Unteren Ende 213 mit einem größeren Innendurchmesser versehen, wodurch ein Raum für die Befestigung des Elektro-

denkopfes 215 gebildetkird. Es ist zu erkennen, daß zwischen

der Innenwand der Hülse 212 und der Außenwand der unteren Tragvorrichtung 204 der zylindrische Raum bzw. der Kanal 216 gebildet wird, in den Wasser durch eine Anzahl in Abständen angeordneter radialer Bohrungen oder Kanäle eintritt und weitergeleitet wird. Einer dieser radialen Kanäle ist der dargestellte Kanal 217. Er steht mit dem ringförmigen Kanal 202 in Verbindung. Eine ringförmige Aussparung 218 auf der Außenseite der Tragvorrichtung 204 in der Nähe der Kanäle 217 sorgt für den freien - Zustrom von Wasser in den zylindrischen Kanal 216: Das beschriebene Ringteil 205 hat einen teilweise vergrößerten Außendurchmesser 220, wodurch zwei Kanten 221 und 222 gebildet werden. Anstoßend an die Kante 221 ist das untere Ende einer Hülse 224 angeordnet. Sie ist in einigem Abstand von einer weiteren Hülse 225 aus Metall oder anderem verwendbarem Material umschlossen, mit der sie den ringförmigen oder zylindrischen Zwischenraum 226 bildet. In diesem Zwischenraum 226 strömt Wasser durch entsprechende Zu- und Abflußöffnungen, die zur besseren Übersicht nicht dargestellt sind. Durch diese Anordnung wird eine wassergekühlte Ummantelung für die Elektrode gebildet. Diese kann sich über die gesamte Länge der Elektrode von der Tragvorrichtung 204 bis zum oberen Ende erstrecken, das ähnlich der in Fig.2 und Fig.1A gezeigten Anordnung ausgebildet ist. Die keramische Hitzebschitmung 230, die a'ls keramische Hülse, in Form eines gesprühten Keramikmantels oder andersartigi ausgebildet ist, hat einen dünnen Teil 232 und einen stärkeren Teil 232. Durch diese Abschirmung aus Keramik wird die Elektrode auf ihrer Außenseite geger)Jtrahlungs- und Konvektionswärme geschützt, die durch den Lichtbogen und die in der Nähe befindlichen Glühgase erzeugt wird. Ddr dünnere Teil 231 erstreckt sich bis zum Blektrodenkopf 215 und stößt an diesen an, der stärkere Teil 232 ist mit Drahteinlagen 233 versehen. Dieser Teil kann sich praktisch über die gesamte Länge der Elektrode erstrecken. Das untere Ende der Tragvorrichtung 204 ist an der Innen- und Außenwandung mit zwei ringförmigen Kanten 261 und 262 versehen. Hier ist eine Spulenkappe 238 aus nichtmagnetischem Material befestigt, die aus den konzentrischen zylindrischen Seitenwänden 235 und 236 und dem ringförmigen Bodenteil 239 gebildet ist, dessen untere Fläche in der dargestellten Weise gebogen ist. Innerhalb der Spulenkappe 238 dät eine Isolierkappe 240 aus einem Polytetrafluoräthylenharz oder anderem verwendbaren Material vorgesehen, die aus dem ringförmigen Bodenteil-241. und den beiden konzentrischen zylindrigchen Seitenteilen 242 und 243 gebildet wird. Die Oberkanten dieser Seitenteile stoßen gegen die untere Fläche 272 der Tragvorrichtung 204. Der Abstandsring 273 hält die Spule in der dargestellten Zage und verhindert ihre Verlagerung in Längsrichtung der Elektrode. Es ist zu erkennen, daß zwischen der Außenwandung der Kappe-238 und der zylindrischen Innenfläche des Elektrodenkopfes 215 ein ringförmiger Kanal 298 gebildet ist. Außerdem wird zwischen der gebogenen unteren Fläche des Teiles 239 der Spulenkappe und der gegenüberliegenden Innenwand des Elektrocbikopfes 215 der im Querschnitt gebogene Kanal 297 gebildet. Zwischen der ringförmigen Außenfläche -der Innenwand 236 der Spulenkappe 238 und der gegenüberliegenden Innenfläche des Blektadenkopfes 215 wird der zylindrische Kanal 296 gebildet. Diese Kanäle 298, 297 und 296 stehen mit dem bereits beschriebenen Kanal 216 zwischen Tragvorrichtung 204 und Hülse 212 in Verbindung und ermöglichen die Stremung der Kühlflüssigkeit über einen Weg, der im folgenden noch ausführlicher beschrieben wird. Innerhalb der zylindrischen Tragvorrichtung ist ein achsiales IÜittelstück 248 angeordnet. Dieses ist an seinem oberen Ende mit dem Außengewinde:251versehen. Dieses ist mit dem Innengewinde 252 der Tragvorrichtung 204 verschraubt. Das Mittelstück 248 ist auf seinem Umfang in Abständen mit: radialen Bohrungen versehen, von denen die beiden Bohrungen 249 und 250 dargestellt sind. Die Bohrungen-stehen mit einem zylindrischen Kanal 256 in Verbindunk, der durch die Außenfläche des zylindrischen Mittelstückes 248 und die zylindrische Innenfläche der Tragvorrichtung 204 gebildet wird. Der Kanal 256 ist mit dem bereits beschriebenen Kanal 296 terbunden.
Das Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit flie% durch den ring= förmigen Kanal 202 abwärts, durch die radialen Bohrungen 217 in der Tragvorrichtung 204, durch die ringförmige Vertiefung 218, abwärts durch den zylindrischen Kanal 216, den Kanal 298, hinter der Lichtbogenfläche durch den Kanal 297, durch den Kanal 296 in den Kanal 256, durch die radialenBohrungen., z.B. 249 und 250, aufwärts durch den Kanal 246 in der Mitte des Mittelstückes 24.8 und durch die Röhre 200 nach außen.
Der Elektrodenkopf 215 besteht aus zwei konzentrischen zylindrischen Wandungen unterschiedlichen Durchmessers und einem festen unteren Abschluß, der die Lichtbogenfl äche bildet. Die innere ringförmige Wand des Elektrodenkopfes 215 ist mit dem Gewinde 258 versehen, das mit dem Außengewinde 257 auf dem vorstehendem Ende 255 des Mittelstückes 248 verschraubt ist. Der Kanal 246 des Mittelstückes ist durch die Wandung 254 nach außen hin verschlossen, wodurch ein Ausströmen von Wasser in das vorstehende Endteil 255 verhindert wird.
Anliegend an der Unterkante des Endteiles 255 ist ein Ring 266 aus einem sehr hitzefestem Keramikmaterial oder anderem feuer-*-festem Stoff angeordnet. Er wird durch die überstehende innere Randfläche 295 des Blektrodenkopfes 215 in seiner Zage gehalten. Eine ebenso überstehende Randfläche 294 ist auf der Außenseite des Elektrodenkopfea 215 gebildet, die an das Ende der Keramikhülle 231 und-das Ende 213 der Metallhülse 212 anstößt. Je nach Wunsch kann der Rand 294 mit dem Ende 213 der Metallhülse 212 verschweißt werden. In Fig.6 ist ferner der Aufbau einer flüssigkeitsgekühlten Magnetspule 237 gezeigt. Diese hat acht Windungen 281, von denen jede einen Flüssigkeitskanal 28'2 enthält. Die Windungen sind durch die Isolation 282 voneinander isoliert. Die hohlen Anschlußleitungen 207 und 208 dienen zur Zu- bzw. Abführung der Kühlflüssigkeit. Beim Aufbau der Spule kann der Draht oder das Rohr vor dem Wickeln mit der Isolation versehen werden. Dann wird die Spule gewickelt und wätere Isolation aufgebracht, wonach sie mit einem Kunstharz vergossen wird und dadurch eine feste Einheit bildet. Die Anschlußleitungen 207 und 208 der Magnetspule 237, durch deren Hohlräume 227 und 228 auch die KühlflüEsLgkeit geführt wird, liegen in einem in Längsrichtung der Elektrode verlaufenden Kanal 271 in der Tragvorrichtung 204. Die Zeitungen 207 und 208 sind von einer Wärmeisolierung 270 umgeben. Das Magnetfeld ist durch dieLinien 244 dargestellt. Zum Zwecke der Darstellung des Magnetfeldes wurde für die Tragvorrichtung 204 willkürlich magnetisches Material angenommen. Bei dem in Fig.6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist hinter oder über dem hitzefestem Keramikring 266 der Raum 275 von beträchtlicher Länge oder Tiefe angeordnet. Dadurch wird das Problem der Kühlung des. Mittelstückes 248 und der Absehirsung gegen Strahlungs- und Konvektiön,awärme des Lichtbogens bzw. der Gase, die das metallische Innere der Elektrode erreichen und so eine Beschädigung des Metalls bewirken können, vereinfacht. Das derart mit einer Ausparung versehene Mittelstück 248 kann mit dem Elektrodenkopf 215 verschweißt werden. In diesem Falle sind die Gewinde 257 und 258 nicht erforderlich. Das Mittelstück 248 und der Elektrodenkopf 215 können aus einem Stück bestehen. Insgesamt gesehen, ist die erfindungsgemäße Elektrode zur Verwirklichung der eingarg s geforderten Eigenschaften gut geeignet. Es wird eine Lichtbogenfl äche verwendet, auf der der Lichtbogen durch die Wirkung des Magnetfeldes einer Magnetspule in Bewegung versetzt wird. Die verwendeten Metallröhren zur Leitung des Kühlwassers und zur Stromversorgung des Elektrodenkopfes werden auch als strukturelle Bestandteile verwendet Durch eine Wärmeisolierung werden nichtgekühlte Teile geschützt und die Wärmeverluste des Ofens über die Elektrode begrenzt. Weiter sind Einrichtungen zur Befestigung sowie zum Anschluß an die Wasserversorgung und an die Simmversorgung vorgesehen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Magnetspule in Fig.1B; 3 und 6 gemäß der Erfindung derart angeordnet ist, daß die:Krümmung der magnetischen Kraftlinien konzentrisch mit dem Umriß der Lichtbogenfläche des Elektrodenkopfes verläuft. Anders ausgedrückt, befindet sich die Magnetspule am Mittelpunkt des Krümmungsradius für den gebogenen Querschnitt des Elektrodenkopfes. Dieser Effekt ist sehr erwünscht, weil dadurch das Magnetfeld zur umlaufenden Bewegung des Lichtbogens längs der ringförmigen Lichtbogenfläche opümal ausgebildet ist. Daher bietet dieses Magnetfeld an der.Elektrode im Hinblick auf die bessere Bewegung des Lichtbogens eine weitere vortezlhafte Eigenschaft. -Ein wichtiger Wesenzug der.Erfindung besteht in der röhrenförmigen Konstruktion der Einzelelemente, der damit erreichten mechanischen Festigkeit und der gleichzeitigen Verwendung zur Strom- und Wasserzuführung. Die keramischen Hülsen sind ihrem Zweck entsprechend zusammengesetzt und stellen eine wirksame Hitzeabschirmung für diejenigen Teile der Anordnung dar, die nicht der Strahlungs- und Leitungswärme des Lichtbogens ausgesetzt sind. Die Röhre 10 kann aus Stahl gefertigt sein. Sie dient als: Schutz für die Spulendrähte und gbt der Elektrode mechanische Festigkeit. Die Hülse 21 hält die übrigen röhren= förmigen Teile fest in ihrer Zage. Sie besteht aus Kupfer und führt daher den größten Anteil des Lichtbogenatromes. Für die Elektrodenkonstruktion wird eine wirksame Wärmeisolierung verwendet. Die auf die Elektrodenfläche und die :blektrodenkonstruktion-übertragene Wärmemenge wird dadurch sehr gering gehalten, wodurch die Wirksamkeit der Elektrode erhöht wird. In erster- Linie wird dies durch die zylindrische Keramikhülse oder die Hülsen, die die gesamte Korn truktion umschließen, erreicht. Ferner trägt auch die Verwendung eines keramischen oder wassergekühlten Abschlußstückes dazu bei.
Flls erwünscht, kann die-Elektrodenkonstruktion mit metallenen a Vorsprüngen versehen und eine Keramikschicht aufgepreßt werden. Der Halt für diese Schicht kann auch durch 'löeher in einigen Bauelementen ermöglicht werden. Durch eine solche aufgepreßte Keramikschicht werden gewisse Vorteile erreichtdurch evtl. hochgeschleuderte Schmelzenanteile mögliche Beschädigungen können festgestellt und zwischen zwei Arbeitsgängen schnell beseitigt werden.
Wie schon ausgeführt, wird in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Elektrodenkopf teilweise mit einer Wärmeisolation versehen, um den Wärmeübergang vom Lichtbogen und von der Schmelze auf die Elektrode zu verringern. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der leichten Auswechselbarkeit des Elektrodenkopfes 90. Diese wird durch die Halteschraube 81, Fig.1, und das Halteteil 76 erreicht. Werden diese beiden Teile entfernt, so kann auch der Elektrodenkopf ohne Beeinträchtigung der Igagnetapuleoder deren Kappe schnell entfent werden. Die in Fig.3 und 6 gezeigten Elektrodenköpfe sind gleichfalls schnell zu lesen. In einigen Anwendungsfällen der Lichtbogenerhitzung ist es sehr erwünscht, die gesamte Elektrode ohne Schwierigkeiten auszuwechseln,da sie durch die Schrottbe-

schickung einei>bfens oder durch normalen schleiß gelegentlich

beschädigt werden kann.

Die erfindungsgemäfÄusgebildete Elektrode vereinigt in ihrer Ge-

samtheit die vorstehend beschriebenen Wesenszüge und Einzelheiten, wodurch sich insgesamt folgende Vorteile ergeben: . 1. Wärmeisolation zur Vermeidung von Wärmeverlusten. 2. Schnell und leicht auswechselbarer Elektrodenkopf. 3. Billiges Kühlwasser-Zeitungssystem, nur zeitweises Kochen des Wassers und eine Wasserströmung senkrecht zum Lichtbogen und zu dessen Bewegungsrichtung.
4. Einfache und billige relativ feste Konstruktion von Metallröhren, die auch außergewöhnlichen Beanspruchungen widerstehen.
5. Insgesamt einfacher, kompakter und anpassungsfähiger Aufbau.

elektro-

6. Spezielle Verwendbarkeit in einem lichtboger@bfen, wo-

bei sich folgende zusätzliche Vorteile ergeben: a) die Möglichkeit einer Formgebung, die heiße Gasströmungen auf die Ofenseiten begrenzt, wodurch Korrosion der Elektrodenwandungen und die Wärmeableitung verringert wird, b) Kühlung und Bewegung des lichtbogenbrennflecks auf' der Elektrode, um den Abbrand der Elektrode zu verhindern.
7. Geringer Raum für die Magnetspule mit vorgegebener .Amperewindungszahl durch Wasserkühlung der Windungen; dadurch mögliche Anordnung der Spule am unteren Ende der Elektrode und optimale Ausnutzung des Magnetfeldes.
Die Erfindung wurde für eine in einem lichtbogenofen zu verwendende Elektrdde beschrieben. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Elektrode auch in einem Lichtbogenheizer oder in einem Plasma-Generator verwendet werden. Anstelle von Wasser können auch andere Kühlflüssigkeiten verwendet werden.
Elektroden, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind, sind weitestgehend hitzebeständig und abbrandfest und haben eine Lebensdauer, die um Größenordnungen höher liegt als die der heute allgemein verwendeten Kohlenstoff- oder Graphitelektroden. Selbstverständlich kann die viaGsergekühlte Spule gemäß Fig.6 auch in den Anordnungen der Fig.1 und 3 verwendet werden. Der Begriff "Fläche einer anderen Polarität", wie er in den Ansprüchen verwendet ist, bezeichnet die Schmelze o--,er auch eine weitere Elektrode sowie jede andere Lichtbogenfläche und bezieht sich auf Lichtbogenerzeugung durch Gleich- oder Wechselstrom. Die flüssigkeitsgekühlte Ummantelung der in Fig.6 gezeigten Anordnung kann auch --ei -.en in Fig.1 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen verwendet werden. Die erfindungsgemäße Elektrode kann in senkrechter, waagerechter oder jeder anderen Lage gleich gut eingebaut werden. Die beschriebene Elektrode kann in Kombinatiön mit weiteren Elektroden, z.B. in einem mit drei Elektroden arbeitenden Dreh-Stromofen, verwendet werden. Der,Begriff "leitfähig" in der Beschreibung und in den Ansprüchen bezeichnet, wenn nicht anders ausgedrückt, die elektrische Zeitfähigkeit eines Stoffes.
Werden die Tragvorrichtungen 37 und 204 statt aus nichtmagnetischem aus magnetischem Material gefertigt, so-steigt die magnetische Feldstärke an der hichtbogenfläche um ca. 10 % an. Die Erfindung wurde au Hand einiger befriedigend,_: arbeitender Ausführungsbeispiele beschrieben. Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung noch andere Ausführungsformen und gleichwertige Lösungen möglich.

Claims

P a t e n t a n s r ü c h e . Elektrode für lichtbogenelektroöfen, gekennzeichnet durch einen Elektrodenkopf (90, Fig.1B) aus nichtmagnetischem leitfähigem Material mit einer den Lichtbogen erzeugenden Fläche (93), durch eine nahe der Fläche (93) des Elektrodenkopfes (90) angeordnete Einrichtung (71) zur Erzeugung eines Magnetfeldes (115), durch mindestens einen eine Kühlflüssigkeit führenden Kanal (97) innerhalb des Elektrodenkopfes (90) nahe der Fläche (93), durch eine zumindest teilweise aus leitfähigem Material bestehende Konstruktion röhrenförmiger Teile (z.B. 21,31,37), die die Einrichtung (71) zur Erzeugung des Magnetfeldes (115) und den mit ihr elektrisch verbundenen Elektrodenkopf (90) trägt, durh eine solche Anordnung der röhrenförmigen Teile (z.B. 21, 31,37), daB zumindest ein Kanal (z.B. 40) ringförmigen Querschnittes zur Führung der Kühlflüssigkeit zum Kanal (97) des Elektrodenkopfes (90) und ein Kanal (z.B. 56) zur Abführung der Kühlflüssigkeit vom Elektrodenkopf (90) gebildet wird, durch den Anschluß (35) einer Stromquelle an die leitfähigen röhrenförmigen Teile (z.B. 21,31,37) zur Lieferung des Lichtbogenstromes an die Fläche (93), durch eine Kraftwirkung dies Magnetfeldes (115), die den Lichtbogen auf der Fläche (93) in eine kontinuierliche Bewegung versetzt, und durch eine Wärmeisolierung (z.B. 117), die zumindest die Außenseiten der in der Nähe des Blektrodenkopfes (90) liegenden Teile umgibt.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Konstruktion röhrenförmiger Teile (z.B. 21,31,37) eine erste Hülse (31) mit einem in ihr verlaufenden Kanal (41) und eine diese erste Hülse (31) koachsiä umgebende zweite Hülse (21) enthält, daß mindestens eine (z.B. 31) dieser Hülsen (31,21) aus leitfähigem Material besteht, daß zwischen der ersten Hülse (31) und der zweiten Hülse (21) größeren Durchmessers ein zusätzlicher Kanal (31) mit ringförmigem Querschnitt gebildet wird, daß an einem Ende der Konstruktion ein Elektrodenaufsatz (15) mit einer Eintrittsöffnung (25) und einer Austrittsöffnung (28) für die Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, die mit dem zusätzlichen Kanal (32) bzw. dem Kanal (41) in Verbindung stehen, daß der genannte Elektrodenkopf (90) ringförmig ausgebildet und am anderen Ende der Konstruktion befestigt ist, unddaß er über die genannten Kanäle (41,32) mit der Eintrittsöffnung (25) und der Austrittsöffnung (28) verbunden ist.
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Elektrodenkopf (90) mit einer achsialen ringförmigen Vertiefung versehen ist, daß eine zylindrische kanalbildende Tragvorrichtung (37) zumindest teilweise in diese Vertiefung hineinragt, daß der Elektrodenkopf (90) durch Befestigungsteile (76,48,117) mit Abstand zur Tragvorrichtung (37) befestigt ist und mit den Flächen seiner Vertiefung und den in sie hineinragenden Flächen der Tragvorrichtung (37) Kanäle (96,97,98) für die Kühlflüssigkeit bildet, die mit den durch die erste (31) und mite Hülse (21) gebildeten Kanälen (41,32) verbunden sind und die Strömung der Kühlflüssigkeit längs der Wandungen der Vertiefung des Elektrodenkopfes (90) ermöglichen. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daB der ge-' nannte ringförmige Elektrodenkopf (90) mit der Elektrodenkonstruktion fest verschraubt ist und schnellgelöst werden kann. 5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Anspr#che, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkopf (90) aus Kupfer besteht. 6. Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lichtbogen erzeugende Fläche (93) des Elektrodenkopfes (90) einen nach außen gebogenen Querschnitt hat und zumindest unter der Fläche (93) mit einem Hohlraum versehen ist und daß die Einrichtung (71) zur Erzeugung des Magnetfeldes (115) aus einer Spule (71) iresteht, die zumindest teilweise in dem Hohlraum des Elektrodenkopfes (90) angeordnet ist. 7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (71) auf der Linie angeordnet ist, die durch die Mittelpunkte aller Krümmungsradien des gebogenen Querschnittes der Fläche (93) gebildet wird, so daß die Kraftlinien (115) des durch die Spule (71) gebildeten Magnetfeldes konzentrisch mit der Krümmung der Fläche (93) verlaufen. B. Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Elektrodenkopf (90,Fig.4) auf seiner inneren und seiner äußeren Mantelfläche zumindest teilweise mit einem Überzug (171,172) aus sehr hitzebeständigem Material versehen ist, und daß der dazwischen liegende restliche unbedeckte Teil (175) der Fläche des Elektrodenkopfes (90') die den Lichtbogen erzeugende Fläche bildet. 9. Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet. durch Einrichtungen (84,Fig.1B; 151, Fig.3) zur Abschirmung' (Fig.1B) und/oder zur Kühlung (Fig.3), die in der mittleren Öffnung des ringförmigen Elektrodenkopfes (90) angeordnet sind und einen Wärmeübergang durch diese Öffnung auf die Elektrodenkonstruktion verhindern, sowie durch Hülsen (z.B. 117) aus sehr hitzebeständigem Material, die die Elektrodenkonstruktion teilweise umschließen. 10. Elektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (84) zur Abschirmung aus einem Abschlußteil (84) aus sehr hitzebeständigem Material besteht, das in der*mittleren Öffnung des ringförmigen Elektrodenkopfes (90) befestigt ist. 11. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeitnet, daß ein Haltering (86) aus sehr hitzebeständigem Material vorgesehen ist, der das Abschlußteil (84) an seiner Stelle hält, und daß eine Feder (82) das Abschlußteil (84) gegen den Haltering (86) drückt. 12. Elektrode nach Anspruch 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (151, Fig.3) zur Abschirmung oder zur Kühlung aus einem kappenförmigen Bauteil (151) besteht, dessen zylindrischer Teil innerhalb der kanalbildenden Tragvorrichtung (37') angeordnet ist und sich bis zu der mittleren Öffnung des ringförmigen Elektrodenkopfes (90) erstreckt, daß das Ende (152) des kappenförmigen Bauletles (151) verschlossen und in unmittelbarer Nähe der den Lichtbogen erzeugenden Fläche des Elektrodenkopfes (90') angeordnet ist, daß eine zusätzliche Hülse (128) mit geringerem Durchmesser als der Durchmesser des Bauteiles (151) koachsial in diesem angeordnet ist und mit ihm einen Kanal (153) ringförmigen Querschnittes bildet, der mit einem der durch die Tragvorrichtung (37') gebildeten Kanäle (Z.B. 56) in Verbindung steht, so daß die Kühlflüssigkeit auch durch die Hülse (128) geführt wird, deren im Inneren der Elektrodenkonstruktion liegendes Ende mit einem (41') der Kühlflüseigkeitskanäle (41',32') in Verbindung steht. auf 13. Elektrode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß/die

Außenfläche des verschlossenen Enäao (152) des kappenförmigen Beuteiles (151) ein Überzug aus sehr hitzefestem Material aufgebracht ist. 14. Elektrode nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (86,162,136,137,159) Zur elektrischen Isolation des kappenförmigen Bauteiles (151) von der restlichen Elektrode vorgesehen sind. 15. Elektrode nach einem der Anspräche 3 bis 8, gekennzeichnet durch ein achsiales Mittelstück (140, Fig.3) innerhalb der . kanalbildenden Tragvorrichtung (37'),durch eis Kanal (56) zwischen der Ineanwand der zylindrischen Tragvorrichtung (37') und der Außenwand des Mittelstückes (140), durcgradiale Kanäie

(147,148) in dem Mittelstück (140) zur Flüssigkeiteführung vom Kanal (56) in seinen Innenraum, durch eine Verbindung (Ka-= nal 56) des Mittelstückes (140) mit dem die Kühlflüseigkeit vom Elek>rodenkopf (GO) abführenden Kanal (96), durch eine Einrichturig (152) zum Abschluß des Mittelstückes (140) und durch einen äm Ende des Mittelstückes (140) befestigten Ring (86) aus sehr hitzefestem Material. 16. Elektrodach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich-

net durch eine flüssigkeitsgekühlte Ummantelung (,225,Fig.6) für zumindest einen großen Teil der Elektrodenaußenfläche, und durch einen feuerfesten Überzug (232) der gesamten Elektrode vom Elektrodenkopf (215) bis zum Aufsatzteil (15). 17. Elektrode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug 4(232) mit Drahteinlagen (233) versehen ist. 18. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (z.B. 237, Fig.6) wassergekühlt ist. 19. Elektrode nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (237) aus einem Hohlleiter (281,282) besteht und mit hohen Anschlußleitern (207,208) versehen ist, wodurch die Flüssigkeitskühlung ermöglicht wird.