DE19921287A1 - Gleichstromofen - Google Patents
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Abstract
Bei einem Gleichstromofen, insbesondere für das Erschmelzen von Stahl, mit mindestens einer Schmelzelektrode und einer Bodenelektrode, wird eine maschinenbaulich einfache Anordnung erreicht, bei der das Verhältnis und die Verteilung der Anodenfläche in direktem Kontakt mit der Schmelze zur Ofenbodenfläche frei wählbar ist, wenn der Ofenboden aus einer eine Elektrode bildende Metallplatte besteht, die als Elektrodenbodenplatte mit in eine Feuerfestmasse eingebetteten, zueinander orientierten, den Strom direkt in die Schmelze leitenden Elektrodenblechen versehen ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Gleichstromofen, insbesondere für das Erschmelzen
von Stahl, mit mindestens einer Schmelzelektrode und einer Bodenelektrode.
Durch die EP 0 219 650 B1 ist ein solcher Gleichstrom- Lichtbogen- oder Wider
standsschmelzofen bekanntgeworden. Dieser besitzt eine austauschbare Kon
taktelektroden-Anordnung, wobei die Kontaktelektrode aus einer metallischen
Tragplatte und einer im Abstand davon angeordneten, mittels Bolzen mit der
Tragplatte verbundenen metallischen Basisplatte besteht. Einer oder mehrere
metallische Kontaktstäbe sind mit ihren Hälsen an der Basisplatte befestigt. Zwi
schen der Oberkante der Kontaktstäbe und der Tragplatte befindet sich eine feu
erfeste Ausstampfung, während unterhalb der Basisplatte Strom- und Kühlmittel
leitungen angeordnet sind.
Vor allem im Bereich der Bodenelektrode, die vorwiegend als Anode betrieben
wird, sind zahlreiche technische Lösungen entwickelt worden, die das Ziel haben,
die Lebenszeit des Ofenbodens, der aus Elektroden und Feuerfestmaterial be
steht, zu erhöhen wie auch die Schmelzleitung zu vergleichmäßigen und zu erhö
hen. So ist es beispielsweise bekannt, Stahlelektroden mit direktem Kontakt zur
Schmelze vorzusehen, die entweder einen Durchmesser von ca. 200 bis 300 mm
aufweisen und von denen maximal drei vorhanden sowie wassergekühlt sind, oder
Stahlelektroden vorzusehen, die aus zahlreichen Stahlstiften von ca. 10 bis 20 mm
Durchmesser bestehen. Im Falle von Stahlstiften sind diese auf einer als Anode
ausgebildeten Bodenplatte befestigt, vorzugsweise aufgeschweißt. Diese Elektro
den sind eingebettet in den Feuerfestboden, der vorteilhaft aus C-haltigem Dolomit
besteht.
Die Lebenszeit solcher als Anoden ausgebildeten Ofenböden wird im wesentli
chen über die Stromdichte bestimmt, die durch die Schmelze in die Stahlelektro
den geführt wird. Mit steigender Stromdichte übernimmt die Feuerfestmasse einen
Teil der Leitung und wird folglich in ihrer Standzeit beeinflußt. Es sind auch Be
strebungen bekannt, mit dem Ziel, den gesamten Ofenboden als Elektrode nutzen
zu können. Hierzu ist eine Grenzlösung bekannt, bei der der gesamte mit Kohlen
stoff getränkte Ofenboden, der auf einer Kupferplatte aufliegt, genutzt wird. Diese
Lösung hat sich aber nicht als geeignet herausgestellt, da die Feuerfest-
Oberfläche - obgleich eine niedrige Stromdichte pro Flächeneinheit vorliegt - zu
schnell zerstört wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen
Gleichstromofen die genannten Nachteile zu vermeiden, insbesondere eine ma
schinenbaulich einfache Anordnung zu finden, bei der das Verhältnis und die
Verteilung der Anodenfläche im direkten Kontakt mit der Schmelze zur Ofenbo
denfläche frei wählbar ist.
Eine unerwartete Lösung dieses Problems bieten die in den Patentansprüchen
angegebenen Merkmale. Die Erfindung besteht demnach darin, daß der Ofenbo
den aus einer eine Elektrode bildenden Metallplatte besteht, die als Elektrodenbo
denplatte mit in eine Feuerfestmasse eingebetteten, zueinander orientierten, den
Strom direkt in die Schmelze leitenden Elektrodenblechen versehen ist. Hierbei
versteht es sich, daß die Elektrodenbodenplatte bzw. Bodenelektrode gegen das
Gefäß isoliert wird, um Überschläge des Lichtbogens zum Gefäß zu vermeiden.
Die Dichte der Bodenelektrode kann über das Verhältnis der Elektrodenfläche zum
Gesamtofenboden mit Hilfe der Blechdicke und Blechdichte bestimmt werden,
wobei sich das Verhältnis von Feuerfestmaterial und Stahl so abstimmen läßt, daß
Strom immer zu der Stahlelektrode geht. Es ist damit möglich, die Bodenelektro
den so auszuführen, daß sie eine geringe Stromdichte bezüglich der Stahlelektro
den/Fläche und eine gleichförmige und kontrollierte Stromdichtenverteilung über
den Ofenboden unter Berücksichtigung der Top- bzw. Schmelzelektroden-Position
zuläßt. Mit einer solchen Anordnung der Elektroden kann die Schmelzleistung des
Ofens und die Lebenszeit des Ofenbodens maximiert werden.
Wenn die Elektrodenbleche nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung
über die gesamte Elektrodenbodenplatte im wesentlichen senkrecht zueinander
ausgerichtet sind oder konzentrisch zur Schmelzelektrode in der Elektrodenbo
denplatte angeordnet sind sowie bei beiden Altrnativen vorzugsweise verzahnend
ineinandergreifend miteinander verschachtelt sind, läßt sich die Aufteilung des
Stroms auf die Gesamtfläche vergleichmäßigen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, daß die Elektrodenbleche
vorzugsweise bis 30 mm dick sind und fest mit der Elektrodenbodenplatte verbun
den, mit dieser vorzugsweise verschweißt sind.
Eine alternative Ausführung sieht vor, daß die Elektrodenbleche lösbar mit der
Elektrodenbodenplatte verbunden sind. Dies läßt sich durch Verklemmen oder
Verschrauben erreichen und ermöglicht einen einfachen Austausch der Bodenble
che.
Wenn nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung der die Elektrodenbo
denplatte umfassende Ofenboden als Wechselelement ausgebildet ist, läßt sich
eine Anordnung erreichen, die einen schnellen Austausch des Ofenbodens ge
stattet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentan
sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen in schematischer Form:
Fig. 1 im Längsschnitt einen Zwei-Elektroden-Gleichstromofen mit einer ausgebil
deten Bodenelektrode;
Fig. 2 als Einzelheit eine Teilansicht auf den Ofenboden nach Fig. 1 mit Schnitt
durch die beiden Top- bzw. Schmelzelektroden dargestellt;
Fig. 3 als Einzelheit eine der Ansicht nach Fig. 2 entsprechende Darstellung mit
demgegenüber konzentrisch zu den Schmelzelektroden angeordneten
Elektrodenblechen.
Fig. 4 als Einzelheit ein Schnitt durch die Bodenplatte mit den zwischen der Feu
erfestmasse angeordneten Elektrodenblechen;
Fig. 5 in perspektivischer Darstellung als Einzelheit eine rechteckige Anordnung
von Elektrodenblechen mit Verzahnungseingriff; und
Fig. 6 im Teilschnitt durch die Bodenplatte des Gleichstromofens nach Fig. 1 meh
rere Varianten der Verbindung der Elektrodenbleche mit der Bodenplatte.
Ein als solcher hinlänglich bekannter Gleichstromofen 1 ist bei der Ausführung
nach Fig. 1 mit zwei Top- bzw. Schmelzelektroden 2 ausgestattet. Sein Ofenbo
den 3 besteht aus einer eine Elektrode bildenden Metallplatte 4, die als Elektro
denbodenplatte mit in eine Feuerfestmasse 5 eingebetteten, zueinander orientier
ten, den Strom direkt in die Schmelze 6 leitenden Elektrodenblechen 010 bzw. 001
versehen ist.
Die Dichte der Bodenelektrode 4 kann über das Verhältnis der Elektrodenfläche
zum Gesamtofenboden mit Hilfe der Dicke und der Dichte der Elektrodenbleche
010 bzw. 001 bestimmt werden. Deren Einbettung in das Feuerfestmaterial 5 des
Ofenbodens 3 zeigt Fig. 4, während in den Fig. 2 und 3 einerseits die Elektroden
bleche in der Anordnung (001) und (010) mit zueinander senkrechter Ausrichtung
(Fig. 2) und andererseits mit konzentrisch zu den Schmelzelektroden 2 angeord
neten Elektrodenblechen (100) dargestellt sind.
Aus Fig. 5 läßt sich am Beispiel von zueinander rechteckig angeordneten Elektro
denblechen (001; 010) deren mögliche Verbindung durch einen verzahnungsarti
gen Eingriff entnehmen; eine Verbindung durch ineinander verzahnte Elektroden
bleche kann auch bei deren konzentrischer Anordnung gemäß Fig. 3 verwirklicht
werden. Die Fig. 6 zeigt Alternativen zur Verbindung der blechförmigen Bodene
lektrode mit der Elektrobodenplatte bzw. Metallplatte 4. Bei der links dargestellten
Variante sind die Elektrodenbleche (010) in Schlitzausnehmungen der Metallplatte
4 gesteckt, nach der mittigen Darstellung sind sie mit der Metallplatte 4 verklemmt
und gemäß der rechts dargestellten Variante mit dieser verschweißt. In jedem Fall
ist in den Zwischenräumen benachbarter Elektrodenbleche bzw. abschlußseitig
zur Ofenwand hin Feuerfestmaterial 5 eingebracht.
Claims (8)
1. Gleichstromofen, insbesondere für das Erschmelzen von Stahl, mit minde
stens einer Schmelzelektrode und einer Bodenelektrode,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ofenboden (3) aus einer eine Elektrode bildenden Metallplatte (4)
besteht, die als Elektrodenbodenplatte mit in eine Feuerfestmasse (5) ein
gebetteten, zueinander orientierten, den Strom direkt in die Schmelze (6)
leitenden Elektrodenblechen (001, 010; 100) versehen ist.
2. Gleichstromofen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrodenbleche (001, 010) über die gesamte Elektrodenboden
platte (3) im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
3. Gleichstromofen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrodenbleche (100) konzentrisch zur Schmelzelektrode (2) in
der Elektrodenbodenplatte (3) angeordnet sind.
4. Gleichstromofen nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrodenbleche (001, 010; 100) verzahnend ineinandergreifend
miteinander verschachtelt sind.
5. Gleichstromofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrodenbleche (001, 010; 100) bis 30 mm dick sind.
6. Gleichstromofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrodenbleche (001, 010; 100) fest mit der Elektrodenboden
platte (3 bzw. 4) verbunden sind.
7. Gleichstromofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrodenbleche (001, 010; 100) lösbar mit der Elektrodenboden
platte (3 bzw. 4) verbunden sind.
8. Gleichstromofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der die Elektrodenbodenplatte (4) umfassende Ofenboden (3) als
Wechselelement ausgebildet ist.
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