DE1900317A1

DE1900317A1 - Kohleelektroden fuer Lichtbogenelektrooefen

Info

Publication number: DE1900317A1
Application number: DE19691900317
Authority: DE
Inventors: Alfred Robiette
Original assignee: Foseco Trading AG
Current assignee: Foseco Trading AG
Priority date: 1968-10-01
Filing date: 1969-01-03
Publication date: 1970-10-15
Also published as: US3715440A; GB1214078A; SE362334B; ES362621A1; FR2019521A6

Description

»-ATE NlANWAlTE . , - ,

Ί Q Γ) Π 1'

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN ' °

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBU RG

telefon: 555476 βοοο müNchen ιs, 3 . Januar 1969

TELEGRAMME: KARPATENT N U SS BAUMSTRASSE 10

^T,7. 14 060/68

Foseco Trading A.G-. Chur, Graubünden (Schweiz)

Kohleelektroden für Lichtbogenelektroöfen (Zusatz zu Patent ...... (Patentanmeldung P 15 65 538.6))

Die Erfindung bezieht 3ich auf Kohleelektroden für Lichtbogenofen gemäß dem deutschen Patent ......

(deutsche Patentanmeldung P 15 65 538.6),

In dem deutschen Patent (Patentanmeldung

P 15 65 53B.6)ist ein Lichtbogenelektroofen beschrieben, dor dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens eine dor Bogenelektroden eine Substanz trägt oder einschließt, die unter der Lichtbogenwirkung einen Dampf oder ein Medium erzeugt oder in einen Dampf oder ein I.Iediun übergeführt wird, das die elektrische Leitfähigkeit desBogens erhöht. Die vorliegende Erfindung π tollt eine Vorbor;rorung der in dom genannton deutschen ι:··!.tont bo.'iohrioboner) Erfindung Ίηι;₀

Iri dom o.Iöl:UM fjohori Llohlbogonofon wird gov/'ihn-Lioh e'n Li.ohthogon /,um fJchrnolzon oinor fjohrotto'lr-r« A'jf>>.^! ι ·.!:■<'.".! I'rj'i.'iohl.ckung odor '/,um fjchrnolzon o.l.nor ■'. rj':}i^;'-i'.ii' ·; /on V,vv, uml lioduk '/Ι.οηπκιI 'J;o'l onthal ton-

00984 27 044·). ■ BADORiGiNAL

dam Matall, boiaploluwoiao oinou Motalloxydu und von Brechkoks verwendete Der Bogen kann direkt zwischen zwei Elektroden geschlagen werden oder gebräuchlicher zwischen den Elektroden und der Beschickung geschlagen werden. Bei größeren Öfen, beispielsweise mit einem Fassungsvermögen von mehr als etwa Io Sonnen. (Io tons) ist nahezu immer das letztere der Fall. Die verwendeten Bögen sind gewöhnlich von sehr hoher Stromstärke, üblicherweise höher als 3o ooo Ampere»

Wenn der Lichtbogen zwischen den Elektroden und der Beschickung geschlagen wird, werden die Elektroden einer sehr strengen Erhitzung, Erschütterung und einem hohen Verschleiß unterworfen. Außerdem ist das Schlagen und die Beibehaltung eines Bogens außerordentlich schwierig, insbesondere wenn die Beschickung eine sehr unregelmäßige Gestalt aufweist, z.B. eine Beschickung aus ungeschmolzenem Schrottmetall. Dies

trifft insbesondere während der anfänglichen Stufe des Schmelzen3 zu. ^v

Eine weitere Schwierigkeit, die sich bei Lichtbogenöfen ergibt, betrifft die Beibehaltung des Bogons, wenn dieser, wie eu üblicherweise der Fall ist, durch einen Wechselstrom erregt odor erzeugt wird. In diesom Fall geht die zwischen den Elektroden oder zwischen Elektrode und Beschickung angelegte Spannung vorübergehend durch einen Nullwert, und zwar hundertmal je Sekunde, wobei der Bog on auf diese Woiso zum Brechen neigt. Die Wiederherstellung doa Bogens in dom nachfolgenden halbon Cycliuj ist schwierig,, insbüoondere kurz nach Büginn dun Betriebs, währond. dio

2/0445

BAD ORIGINAL

Beschickung noch eine unregelmäßige Gestalt aufweist. Tatsächlich ist die JTa tür eines Kohle licht "bogens von hoher Stromdichte, wie er von solchen, die in großtechnischen Lichtbogenofen auftreten, veranschaulicht wird, grundsätzlich von derjenigen verschieden, die gerade oder direkte Kohle-zu-Kohle-Bögen betreffen, beispielsweise in Bogenlampen. Die Stabilität ist in dem ersteren Gebiet wegen der Energiezufuhr und der Gefahr des Überschreitens des maximal zulässigen Spannungsstoßes von großer Wichtigkeit, während sie bei einer Bogenlampe von geringer Bedeutung ist, abgesehen hinsichtlich des Flackerns des erzeugten Lichtes» Im Falle eines Lichtbogenofens treten Probleme bei derartigen starken Strömen beim Durchgehen durch den Nullpunkt eines Wechselstromcyclus auf; bei einem direkten Bogen zwischen zwei Kohleelektroden in einer Lampe ergibt sich kein Problem bezüglich der Wiederherstellung de3 Bogens nach dem Nullpunkt. Überdies ist ein Kohle-zu-Kohle-Bogen von sich aus stabil, da keine Wahrscheinlichkeit für eine Änderung de3 Abstandes zwischen den Elektroden besteht und da der Abstand in jedem Fall von verhältnismäßig kleinen Abmessungen ist. Andererseits besteht bei einem Bogen zwischen eimer Elektrode und einer Schrottbeschickung die Wahrscheinlichkeit, daß dieser darunter leidet, daß der Abstand zwischen dem Bogen und der Beschickung sioh wahrscheinlich ändert und daß Hauptschwankungen auftreten, wenn die Beschickung schmilzt und sich bewegt. Die Probleme der Stabilisierung des Bogens sind somit in letzterem Fall wesentlich größer. Außeruem wird angenommen, daß die Hauptenergieübertragung in einem Lichtbogenofen eher in Form eines Plasmas als in Form einer Wolke von Ionon oder Elektronen, wie im Falle einer Lampe_}erfolgt.

009842/0443 _nDirMM

ORfGiNAL INSPECTED

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung von Kohleelektroden für lichtbogenofen, die bei Gebrauch die vorstehend geschilderten Nachteile vermeiden, jedoch die notwendigen Anforderungen von derartigen Elektroden erfüllen.

Gemäß der Erfindung v/erden daher Kohleelektroden für Lichtbogenöfen geschaffen, die aus einen äusseren hohlen Zylinder, der hauptsächlich aus Kohle besteht, und einem inneren Kern bestehen, wobei dieser Kern einen Hauptanteil eines kohlenstoffhaltigen Füllstoffs, 1 bis 25 Gew.^ eines Materials, das sich unter der Einwirkung des elektrischen Lichtbogens bei Gebrauch ionisiert, um die elektrische Leitfähigkeit des Bogen3 zu erhöhen, und ein kohlenstoffhaltiges Bindemittel umfaßt. Das Material, das sich unter der Einwirkung des Lichtbogens ionisiert, um dessen elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen, wird der Einfachheit halber nachstehend vereinfacht als "Promotormaterial" bezeichnet.

Die Elektroden weisen normalerweise einen Durchmesser im Bereich von Ιο,ΐβ bis 61,ο cm (4 bi3 24 inch) auf. Der Durchmesser des Kerns ist vorzugsweise im Bereich von 1/4 bis 1/2 des Durchmessers der Elektrode jeweils in Abhängigkeit davon, ob der Durchmesser der ursprünglichen Elektrode groß oder klein ist.

Der äußere hohle Zylinder der/elektrode besteht gewöhnlich aus im wesentlichen reinem Kohlenstoff und kann nach irgendeiner der an sich bekannton Arbeitsweisen für die Herstellung von Kohleelektroden für Licht-'bogenöfen hergestellt wordene Die Elektrode kann in Form eines festen Zylinders gebildet werden, der danach

009842/0443

ORIGINAL INSPECTED

10 0" 3 Ί7

eine Bohrung erhält, oder sie kann, in Form eines Hohlzylinders direkt hergestellt werden.

Das kohlenstoffhaltige Füllstoffmaterial, das in dem Kern vorzugsweise in einer Menge von 5 5 "bis 9o Gew.# vorhanden ist, kann aus gemahlenem Koks (Preßkoks), gemahlenem calciniertem Anthrazit, gemahlenem Graphit oder einem ähnlichen Material bestehen.

Das Promotormaterial stellt insbesondere bevorzugt etwa 2o$ des Kernes dar. Besonders bevorzugt besteht das Promotormaterial aus einer Verbindung von einem Alkalimetall (vorzugsweise Natrium oder Kalium aus wirtschaftlichen Gründen), beispielsweise aus einem Carbonat, Oxyd oder Halogenid. Von den Halogeniden werden die Jodide bevorzugt. Chromate, Silicate, Aluminate und Aluminosilicate der Alkalimetalle sind ebenfalls brauchbar. Besonders bevorzugte Promotormaterialien sind Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumjodid und Kaliumiodid. In dem Kern können gleichzeitig ein oder mehrere Promotormaterialien verwendet werden.

Das Bindemittel in dem Kern muß, wie vorstehend angegeben, ein kohlenstoffhaltiges Bindemittel sein, um zu gewährleisten, daß der Kern eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist. Geeignete kohlenstoffhaltige Bindemittel 3ind bestimmte Teermatorialien, Pechmaterialien und Bitumen. Es ist wichtig, sicherzustellen, daß die relativen Koeffizienten der Y/ärmeaus dehnung dea Kerns und der umgebenden Kohleeloktrodonhülae nicht derartig sind, daß beim Erhitzen die Hülse aufgerissen wird oder der Kern herausfallen kann, Aus diesem Grund wird vorzugsweise ein Kern vorwendot,

009842/0443

I Q Π Γ": 3

dor oino gewisso geringe Plastizität, v/io aio z.B. unter Verwendung eines mit einem geeigneten Teer, Pech, oder Bitumen gebundenen Kerns erhalten werden kann, aufweist.

Eine geeignete oder brauchbare "Vorschrift für das Kernbindemittel (die zur Begrenzung von bevorzugten Kernbindemitteln für den Gebrauch gemäß der Erfindung dient) ist die folgende:

Erweichungspunkt: 49 bis 55°G spezifisches Gewicht bei 15,6⁰G: 1,14 bis 1,31 unlösliches Material: maximal 27 Gew.^i Asche bei Verbrennung: maximal o,7 Gew.^S Wassergehalt: maximal o,5 Gew.^ Öle bis 27o°C: maximal 4 Gew-^ό Öle bis 3oo°C; maximal 8 Gew.?»,,

Daß Bindemittel soll auch mit den VorsCiUvJten übereinstimmen, die in B.S.S. 131o (195o) angegeben sind.

Um den Kern zuverlässig in der Elektrode zu verankern, wird vorzugsweise die Innenoberfläche des äußeren Hohlzylinders mit Nuten, Rillen, Vertiefungen od.dgl. ausgestattet, in welche der Kern eingreifen kann ·

Die bevorzugte Arbeitsweise zur Herstellung der .mit Kern ausgestatteten Elektroden i3t die folgende:

Die Bestandteile des Kerns in Teilchenform worden bei Raumtemperatur trocken gemischt, um oiue liomogono Mischung zu erhalten. Diese Mischung wird dann auf otwa 8o°C erhitzt, um eine gleichförmige»dicke

Q09842/0U3

ORIGINAL «

1 9 U -^] ν;

mastixahnliche Mischung zu ergeben. Die hohle Außenhülse wird auf 60⁰C erhitzt und die Mischung wird in die Außenhülse eingestampft. Danach kann die Elektrode während etwa 1 Stunde bei 4oo°G gebacken v/erden, um die bei niedriger Temperatur flüchtigen Bestandteile auszutreiben, obgleich dies bei größeren Elektroden als unnötig festgestellt wurde.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Standardelektroden einer Länge von 91,4 cm (36 inch) und mit einem Durchmesser von 22,86 cm (9 inch) wurden verwendet und in die Elektroden wur-.de ein mittleres Loch mit einem Durchmesser von 7,62 cm und einer Länge von 61,ο cm (diameter 3 inch, length 24 inch) gebohrt ο In dieses wurde eine Mischung der nachstehend angegebenen Zusammensetzung gestampft.

Gew. ja

Calciniertes Anthrazit · 60 Pech (Erweichungspunkt 5o°C und
entsprechend der vorstehend gegebenen Vorαehrift) 2o Natriumcarbonat 2o

Diese Elektrode wurde in einen elektrischen Z -Phasenschmelzofen mit einem Fassungsvermögen von 8128 kg (8 tons) eingesetzt, der mit Stahlschrott beschickt war. Die Schrottbeschickung wurde dann geschmolzen und die Leistungsfähigkeit dor mit Korn versehenen Elektrode

009842/QU3

wurde mit derjenigen von zwei ähnlichen Standardelektroden, die an den anderen beiden Phasen verwendet wurden, verglichen. Die mit Kern versehene Elektrode zeigte keine Neigung zum Aufbrechen oder zu Verschleiß in größerem Ausmaß als die kernfreien Elektrodenο

Während der ersten 5 bis Io Minuten des Schmelzens ergab die mit Kern versehene Elektrode für eine größere Zeitdauer eine Bogenbildung als die kernfreion Elektroden (um 5o bis 2oo$ mehr). Nach einer V/eiie wurde eine kontinuierliche Bogenbildung bei allen drei Elektroden erhalten. Die mit Kern versehene Elektrode besaß eine niedrigere Wiederzündspannung auf die Metallbeschickung und die Pausen bei Stromstärke Null waren wesentlich vermindert. Die Beanspruchung auf den Transformator, der zur Energieversorgung des Ofens verwendet wurde, war dementsprechend etwas.geringer (und wäre natürlich wesentlich geringer, wenn drei mit Kern versehene' Elektroden verwendet würden)ο

009842/0443

Claims

j^r ■ G " 3 ] / - 9 -

f±7) Kohleelektroden für Lichtbogenelektroöion

gemäß Patent (Patentanmeldung P 15 65 538_O6),

v/obei wenigstens eine der Bogenelektroden eine Substanz trägt oder einschließt, die unter der Lichtbojenwirkung einen Dampf oder ein Medium erzeugt oder in einen Dampf oder ein Medium übergeführt wird, das die elektrische Leitfähigkeit des Bogens erhöht, und wobei die Kohleelektrode aus einem äußeren Hohlzylinder, der im v/esentlichen aus Kohlenstoff besteht, und einem inneren Kern besteht, dadurch gekennzeichnet, dcJi der Kern einen Hauptanteil eines kohlenstoffhaltigen Füllstoffs, 1 bis 25 Gew.$ eines Promotoren, terials, das unter der Einwirkung des elektrischen Licnübogens im Gebrauch unter Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Bogens sich ionisiert, und ein kohlenstoffhaltiges Bindemittel enthält.

2. Kohleelektrodennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß da3 kohlenstoffhaltige Füllütoffinaterial in einer Menge von 55 bis 9o Gew.^ des Kernen vorhanden ist.

1 oder

3. Kohleneiektroden nach Anspruch/2, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Fullstoffr/iaterial aun gemahlenem calciniertem Anthrazit oder gemahlenem Graphit besteht.

4. Kuhloolektroden nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Promotormaterial etwa 2o Güw.$ doa Korno bildet.

0984 2/0443 _ommi _LNSPECTH)

-Ιοί. Kohleoloktrodcn nach einoiii dor Ansprüche 1 bia 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Promotormaterial eine Alkaliverbindung ist, z.B. ein Oxyd, Garbonat oder Halogenid von Natrium oder Kalium oder eine Mischung von zwei oder mehreren hiervon.

6. Kohleelektroden nach einem der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Bindemittel aus einem Teer, Pech ode+· Bitumen besteht.

7. Kohleelektroden nach einem der Ansprüche

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Außenzylinder an seiner Innenoberfläche mit Uu ten, Rillen oder Vertiefungen, die ^er Verankerung des Kernes in dom hohlen Außenzylinder ^enen, versehen ist„

8 ο Lichtbogenofen mit einer oder mehreren Elek-

trodon, dadurch gekennzeichnet, * d die Elektroden

Kohleelektroden gekäß einem der Ansprüche 1 bis 7 sind ο

009842/0443