DE2055757A1

DE2055757A1 - Elektrodenhalter fur Lichtbogenofen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2055757A1
Application number: DE19702055757
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Suzuki Kunio Tokio Shikano Gohei Chigasaki Kana gawa Yoshimura, (Japan) P
Original assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd
Priority date: 1969-11-12
Filing date: 1970-11-12
Publication date: 1971-06-16
Also published as: US3717445A; SE377264B; DE2055757B2; GB1325179A

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PATE MTAKWl Ι/Γ Κ D-8000 MÖNCHEN 81 ■ ARABEUASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

1. Mitsubishi Seiko Kabushiki Kai cha, Tokyo, Japan

2. Toyo Carbon Kabushiki Kai.^r:ha, Tokyo, Japan

Elektrodenhalter für Lichtbogenofen und Verfahren zu meiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Auskleidung bei Elektrodenhaltern zur Verv/endung bei einem Graphitelektrodenhalter beim Lichtbogenofen, insbesondere auf einen Elektrodenhalter mit einer porösen pulvermetallurgischen Auskleidung.

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Es lot bekannt, Elektrodenhalter zu verwenden, die so gebaut sind, daß öle direkt die Graphitelektrode trafen und dieser elektrischen Strom zuführen.

Bei diesen bekannten Elektrodenhalter!! besteht die Gefahr eines schlechten Kontaktes mit der Elektrode, vioraus eine Deformation des Elektrodenhalters selbst auf Grund der bei längerer Verwendung entstehenden Wärmehycterese resultiert, was zu einer hohen lokalen Stromdichte führt; diese Erscheinung wird immer mehr beschleunigt, bis der Halter beschädigt ist, auch wenn die durch einen Kontaktwiderstand an der Oberfläche des Elektrodenhalters erzeugte Wärme v/irksam durch Zuführung eines Kühlmittels durch den Elektrodenhalter abgeleitet v/ird.

*o^v

Bei einem derartigen, ,-rie oben erwähnten, Aufbau des Elektrodenhalter*; liegt ein weiteres Problem in der kugelförmigen Kontaktfläche zwischen der Graphitelektrode und dem Elektrodenhalter, was zu einer so hohen Beschädigung des Elektrodenhalters führt, daß eine Reparatur äußerst schwierig wird.

Um viele der erwähnten Nachteile auszuschalten, ging man in letzter Zeit zu einem Auskleidungssyatem über, bei dem zwischen der Graphitelektrode und dem Elektrodenhalter, wie in Pig. I gezeigt, eine Kupferblechauskleidung angebracht wird.

Bei dem oben erwähnten System kann der ansonsten schlechte Kontakt zwischen dem Elektrodenhalter und de ν Graphitelektrode verbessert v/erden, auch wenn die Kühlwi rkung an der Kontaktfläche zwischen dem Elektrodenhalter und der Graphitelektrode in gewisser Weise abnimmt,, wobei jedoch

SA© ORIGINAL ->

eine Beschädigung des Elektrodenhalters ausgeschaltet ist. Besonder,- bei einer Kupferblechauskleidung ist es möglich, diene jederzeit zum Nachschleifen zu entfernen, durch welchen Vorgang der schlechte Kontakt und die .■.schlechte elektrische .Leitfähigkeit verbessert werden. *:irci die KuT-ferblechauskleidung zum Nachschleifen zu dünn, rnu-ö nur die Auskleidung erneuert werden, "./as die Re;v.i'atur erleichtert und billiger macht.

Da auf Grund der· Konstruktion eines Lichtbogenofens der Elektrodenhalter durch die heißen, im Ofen erzeugten Gane und durch den durch ihn fließenden elektrischen Gtrom erwärmt wird, ist es unvermeidlich, daß die Kupferblechauc-kleiduns unter hoher Temperatur gehalten wird.

Der '.iärmeaucaeluiungrskoeffizient der Kupferblechauskleidung unterscheidet sich von dem der Graphitelektrode, wie in Tabelle 1 jeseigt, ebenso \iie der Durchmesser der Elektrode nicht bei allen Stücken gleich ist, wie Tabelle 2 zeiijt, wodurch es sehr schwierig wird, auf der Kontaktfläche zwischen dem Elektrodenhalter und der Graphitelektrode einen juten Kontakt aufrechtzuerhalten,

Tabelle 1

Wärrneausdelmungskoeffizienten von Graphit und Kupfer

	Wärmeausdehnungskoeffizient χ lo~ / C	Temperatur ⁰C
Graphit	o.6 l.o	2o loo° C
Kupfer	16.6	*d.Q Kj*

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BA8 ORIGINAL

Tabelle 2 Durchmesser der Graphitelektrode (Einheit mm)

Durchmesser der Elektrode	Toleranzbereich	nach den Bestlm-
	munden JIS R	720I
Soll-Durchmesser	Max.Durchmesser	Mind.-Durchmesser
3oo	3o7	303
35o	357	353
4oo	4o8	4o4
45o		455
5oo	5I0	506
55o	561	557

( JIS, Japanische Industrienorm)

In letzter Zeit geht man beim Betrieb von Lichtbogenöfen mehr und mehr dazu über, diese mit elektrischer Hoch- und Höchstleistung zu betreiben, um die Produktivität zu erhöhen. Da dabei höhere Stromstärken und höhere Spannungen verwendet werden, nimmt die lokale Stromdichte in der Auskleidung zu. V/ie schon erwähnt, ist es fast unmöglich, einen gleichbleibenden guten Kontakt zwischen der Graphitelektrode und der Auskleidung des Elektrodenhalters aufrechtzuerhalten. Aus diesem Grund entstehen an den Kontaktstellen Stromspitzen, wodurch eine außergewöhnliche lokale Erwärmung wie auch die Bildung von einer Kupferoxidschicht hervorgerufen werden kann. Da das gebildete Kupferoxid ein schlechter Strom- und Wärmeleiter ist, wird der Temperaturanstieg beschleunigt, bis eine Beschädigung der Kupferblechausklei-

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dung eintritt. Um diesem Machteil abzuhelfen, sollte die Kupferblechauskleidung in regelmäßigen Zeitabständen alle paar Tage nachgeschliffen werden, um die Oxidschicht zu entfernen und somit einer lokalen Erwärmung vorzubeugen. Mit dem Anstieg der elektrischen Leistung nehmen auch die Zeiten zum Nachschleifen der Kupferblechauskleidung zu, während die jeweilige tatsächliche Betriebszeit der Auskleidung abnimmt. Aus diesem Grund nehmen die tatsächlichen Betriebsstunden mit steigender elektrischer Leistung ab, während die Wartungskosten steigen.

Beim Betrieb des Lichtbogenofens mit elektrischer Hoch- und Höchstleitung, führt die Verwendung eines elektrischen Stromes, der zwei-bis viermal so hoch ist wie gewöhnlich, zu einem Anstieg der elektrischen Stromdichte, wodurch die oben genannten Nachteile sehr leicht auftreten können.

Aus diesem Grunde wurde oft bei mit elektrischer Höchstleistung betriebenen Lichtbogenöfen eine Auskleidung für den Elektrodenhalter verwendet, bei der durch die Auskleidung selbst Wasser geführt wird und der Klemmdruck mehr als doppelt so hoch wie normal ist.

Bei einem wie oben erwähnten Aufbau des Elektrodenhalters bildet sich leicht eine KupferoxidschiGht, die als isolierendes Material wirkt, und leicht Funken abgibt.

Angesichts dieser Tatsachen war es notwendig, die Auskleidung jede Woche zu erneuern.

Ziel der Erfindung ist es, eine neue Auskleidung zur Ver-■ wendung bei Graphitelektrodenhaltern zu schaffen, die viele Nachteile ausschaltet, den Betriebswirkungsgrad erhöht und die Wartungskosten niedrig hält.

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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Auskleidung aus jfo - loo Gew.^ mindestens eines Metallpulvers aus der Gruppe Kupfer Eisen oder Aluminium als Hauptkomponente des Metallpulvers, ο - 5o Gew./o Graphitpulver und o-^o Ge\ufo eines weiteren Metallpulvers und ο - 5 Gew.% Kohlenstoff- oder Graphitfasern, bezogen auf das Gesamtgewicht der pulvermetallurgischen Auskleidung besteht.

Die Erfindung umfaßt die poröse pulvermetallurgische Platte selbst, eine beschichtete und geformte Platte, die aus zv/ei oder mehr porösen pulvermetallurgischen Platten besteht, wobei diese verschiedene Zusammensetzungen haben, oder laminierte Platten, die auf die Oberfläche nur einer Platte aufgetragen sind. Die Auskleidung kann auf eine oder beide Seiten der beim Elektrodenhalter des Lichtbogenofens verwendeten Metallplatte aufgesintert sein.

Im folgenden 1st eine kurze Beschreibung der Zeichnungen gegeben. Es zeigen:

Fig, 1 eine Draufsicht auf einen Elektrodenhalter mit einer erfindungsgemäßen Auskleidung,

Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Elektrodenhalters ,

Fig. 3 die charakteristische Kurve für eine durch Druck hervorgerufene De-formation einer pulvermetallurgischen Platte unter Verwendung von Kupfer, verglichen mit der charakteristischen Kurve für Kupferolech,

BAD ORIGINAL

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Fig. 4a - 4c die charakteristischen Kurven für die Wechselbeziehung zwischen einem elektrischen Kontaktwiderstand und dem Kontaktdruck einer pulvermetallurgischen Platte der Zusammensetzung 2, 5 oder 4j der Zusammensetzung 7 und für eine "beschichtete und geformte Platte', die aus Platten der Zusammensetzungen 1, 5 und 2 besteht, und für pulvermetallurgische Platten der Zusammensetzungen 12, 13 oder 14 (unter Zusatz von Kohlenstoff-Pasern) wie in'Tabelle gezeigt, jeweils verglichen mit den bei Zimmertemperatur gemessenen Vierten für eine Graphitplatte,

Pig. 5a - 5c die charakteristischen Kurven für die Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontaktwiderstand und dem Kontaktdruck der Auskleidungen für die in den Fig. 4a ~ 4c dargestellten Proben, nach Behandlung bei einer Temperatur von 3oo° C gemessen in der jeweiligen Umgebungstemperatur, wie auch unter den jeweiligen Arbeitsbedingungen,

Pig. 6a -11b schematis&e Darstellungen der erfindungsgemäßen pulvermetallurgischen Auskleidung,

Fig. 6a - 6b eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf die pulvermetallurgische Auskleidung ohne Aussparungen auf der Oberfläche,

Pig. ¹Ja. die Vorderansicht der pulvermetallurgischen Auskleidung selbst mit schräg angeordneten, rautenförmigen Ausspannen 9 auf der inneren gebogenen Oberfläche 3,

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Fig. 7b eine Teilansicht im Schnitt entlang der Linie c-ö der Pig. Ja.,

Fig. 8a u.8b eine Draufsicht auf eine auf eineSeite der Metallplatte aufgesinterte Auskleidung, wobei die pulvermetallurgische Platte 11 keinerlei Aussparungen hat,

Fig. 9a u.9b Vorderansicht und Draufsicht auf eine auf

eine Seite der Metallplatte 12 aufgesin erte Auskleidung, wobei die pulvermetallurgische Platte 15 vertikal angeordnete Aussparungen trägt,

Fig.loa u.lob eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf die auf eine Seite der.Metallplatte 15 aufgesinterte Auskleidung, wobei die pulvermetallurgische Platte 16 horizontal angeordnete Aussparungen 17 trägt,

Fig.11a u.11b eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf

die auf beide Seiten der Metallplatte 18 aufgesinterte Auskleidung, in Form von pulvermetallurgischen Platten 19*

Fig.12a u.12b eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf

die Auskleidung, die aus pulvermetallurgischen Platten besteht, die auf pulvermetallurgische Platten der Zusammensetzungen 1,5 und 2 geschichtet sind, und

Fig. IJ) und 13b schematische Darstellungen des Elektrodenhalters, bei dem die in Fig. 12a bis 12b gezeigte pulvermetallurgische Auskleidung angewandt ist.

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In Pig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 die Graphitelektrode, Ziffer 2 den Elektrodenhalter mit Wasserkühlung, Ziffer

5 die Kupferblechauskleidung, Ziffer 4 ein Zuleitungsrohr für elektrischen Strom, Ziffer 5 ein Druckelement, Ziffer

6 den Kühlwassereinlaß und Ziffer 7 den Kühlwasserauslaß.

Im folgenden ist eine Beschreibung des bevorzugten AusfUhrungsbeispiels gegeben.

Die poröse pulvermetallurgische Auskleidung wurde dadurch hergestellt, daß die Hauptkomponenten des Metallpulvers Graphitpulver, die zusätzlichen Metallpulver und Kohlenstoff- oder Graphitfasern in einem vorgegebenen, in Tabelle j5 gezeigten Verhältnis gut miteinander vermischt und unter vorgegebenem Druck geformt und danach bei einer gewissen Temperatur geschichtet wurden.

Das Zusammensetzungsverhältnis bei den Ausgangsstoffen beträgt Jo bis loo, vorzugsweise 8o - 95 Gew.^, für mindestens ein Metallpulver der Gruppe Kupfer, Eisen und Aluminium, ο - 5o?o, vorzugsweise 3-15 Gew.$, von Graphitpulver, ο - ;5o$, vorzugsweise 2-5 Gew.$ eines weiteren Metallpulvers und ο - y/o, vorzugsweise o,2 - 1,5 Gew.$ Kohlenstoff- oder Graphitfasern bezogen auf das Gesamtgewicht der in Tabelle j gezeigten'pulvermetallurgischen Platte.

Es ist unerläßlich, die Kohlenstoff- oder Graphitfasern mit den Metallpulvern gut zu vermischen, um auf diese Weise eine gleichmäßige Verteilung der Fasern im Metallpulver zu erzielen.

Auch wenn sich die Bedingungen zur Schichtung und Formung der Platten je nach Art der verwendeten Metallpulver und

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nach dem Zusammensetzungsverhältnis ändern, werden die verwendeten Metallpulver unter einem Druck von 1,5-8 t/cm vorzugsweise in ihre gewünschte Form gebracht, und dann bei einer Temperatur von 5oo°C bis 125o°C für 15'bis l8o Minuten gesintert.

Bei der Herstellung von laminierten Platten werden vorzugsweise Metallpulverschichten der Zusammensetzungen 1, 5 und 2, wie in Tabelle j5 gezeigt, laminiert, wonach diese Schichten unter den oben erwähnten Bedingungen geformt und gesintert werden.

Die Teilchengröße und die Reinheit der zu verwendenden Metallpulver sind in den Tabellen 4 und 5 gezeigt.

Tabelle 4

Haup tkomp onent e

Kupferp.

Eisenp.

Alumlnlump.

Graphitp.

zusätzl. MetalIp.

Kohlenstoff oder Graphit faser

Reinheit

mehr
als

98,5

mehr als

91%

mehl¹
als

mehr als

Teilchen

Größe

weniger als

looo a

weniger als
o,912 lichte Maschenweite (mm)

weniger als

looo a

weniger als o,912 mm

weniger
als

looo u

weniger
als
o, 912
mm

weniger als

looo p. weniger als o,9li: rnrn

weniger als

2oo in

weniger als

mm

Span

βΑΟ ORIGINAL

Tabelle 5

Charakteristische Werte für Kohlenstoff oder Graphitfasern (Einzelfaser)

	Charakteristischer Wert	Form
Spezifisches Gewicht (gr/cc) Durchmesser ( ja) Zugfestigkeit (kg/cm²) Ausdehnung (%)	1.4 - 2.ο 7 - 2o 6 - 25 o,3 - 1,8	Span lang 2 - 15 m/m

Die zusätzlichen zu verwendenden Metallpulver gehören zur Gruppe Pe, Cu, Sn, Al, Pb, Zn, Mg, W, No, Co, Ta, Cr, Ti, Be, Ag, Mn, Cd und zu deren Metalloxiden.

Vorzugsweise werden die folgenden Gruppen untereinander kombiniert:

Eisen, Kupfer, Zinn, Aluminium; Blei, Zink, Magnesium; Wolfram Molbydän; Kobalt, Tantal, Chromj Titan, Beryllium; Silber, Mangan, Cadmium.

Vorzugsweise haben die Partikel der verwendeten Metallpulver einheitlich eine runde Form, wie auch ein Mindestdruck zur Formung und eine derartige Sintertemperatur gewählt werden, daß auf dem Metallpulver eine Oberflächendiffusion entsteht, um die erfindungsgemäße poröse pulvermetallurgische Auskleidung herzustellen. \'

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Angesichts der Tatsache, daß die Kontaktfläche zwischen der Auskleidung und dem Elektrodenhalter gebogen ist, darf die Biegung zwischen dem Elektrodenhalter und der Auskleidung nicht um eine Minute voneinander abweichen, da ansonsten die Kupferblechauskleidung an einigen Stellen oder Linien mit dem Elektrodenhalter In Berührung kommt, wodurch der Kontaktwiderstand erhöht wird.

In dem Fall, daß anstelle der in Fig. J5 gezeigten Kupferblechauskleidung die pulvermetallurgische Auskleidung verwendet wird, ist der elektrische Kontaktwiderstand, verglichen mit dem der Kupferblechauskleidung in Betrieb, trotz seiner porösen Struktur relativ niedrig, da die Plattenauskleidung einem höheren Deformationsdruck widersteht, wobei durch einen Klemmdruck von gewöhnlich 5 bis 3o kg/cm ein guter Kontakt aufrechterhalten wird, verglichen mit dem der Kupferblechauskleidung, wegen der porösen Struktur der Auskleidung.

Fig. 3 zeigt eine charakteristische Kurve für eine durch Druck hervorgerufene Derformation einer pulvermetallurgisohen Auskleidung unter Verwendung von Kupfer, verglichen mit der Kurve bei Verwendung einer Kupferplatte, wobei auf der Ordinate

der Klemmdruck (kg/cm ) und auf der Abszisse die Druckdeformation der pulvermetallurgischen Auskleidung unter Verwendung von Kupfer, die auf eine Kupferplatte aufgesintert ist, aufgetragen sind. (Kurve O).

Für eine pulvermetallurgische Auskleidung unter Verwendung von Kupfer, unter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern (Kurve

Für eine laminierte Auskleidung, geformt aus pulvermetallurgischen Platten unter Verwendung von Kupfer (Kurve ®).

Kurve für die laminierte Auskleidung (Abmaße des Probestükkes: 4o χ 2o χ Io mm), die aus pulvermetallurgischen Platten

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unter Verwendung von Kupfer und unter Zusatz von Kohlenstoff-Pasern gebildet ist, (Kurve X).

Fig. 4a bis 4c zeigen Meßergebnisse für die Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontaktwiderstand und Klemmdruck der erfindungsgemäßen pulvermetallurgischen Auskleidung bei Zimmertemperatur mit einer Größe von 8o χ Io mm, wobei der Klemmdruck (8 kg/cm ) auf der Abszisse und der elektrische Kontaktwiderstand ( μ H) auf der Ordinate aufgetragen sind; zum Vergleich sind die Ergebnisse für eine Kupferblechauskleidung angegeben (Kurve X).

Pig. 4a zeigt eine charakteristische Kurve für die Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontaktwiderstand und Klemmdruck einer pulvermetallurgischen Auskleidung unter Verwendung von Kupfer mit der Zusammensetzung 2 (Kurve θ), für eine Auskleidung unter Verwendung von Aluminium mit der Zusammensetzung 2 (Kurve p)j unter Verwendung von Eisen mit der Zusammensetzung 4 (Kurve A).

Pig, 4b zeigt eine charaktristische Kurve für die Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontaktwiderstand und Klemmdruck einer pulvermetallurgischen Auskleidung unter Verwendung von Kupfer mit der Zusammensetzung 7 (Kurve O).

Pur eine gefomte und geschichtete Auskleidung, gebildet aus Platten mit der Zusammensetzung 1, 5 und 2 (Kurvet).

Pig. 4c zeigt eine charakteristische Kurve für die Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontaktwiderstand und Klemmdruck bei einer pulvermetallurgisehen Auskleidung mit Zusatz von Kohlenstoff-Pasern, Zusammensetzung 12 (Kurve 0), für eine Auskleidung unter Verwendung von Eisen unter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern, Zusammensetzung 13(Kurve Δ ) und für eine Aua-

hf-.

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kleidung unter Verwendung von Aluminium unter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern, Zusammensetzung 14 (Kurve O ).

Die jeweiligen experimentellen Bedingungen entsprechen den Bedingungen vor dem ersten Auswechseln der Auskleidung..Es stellte sich heraus, daß.in diesem Fall die pulvermetallurgische Auskleidung, ausgenommen eine Auskleidung unter Verwendung von Kupfer, einen größeren elektrischen Kontaktwiderstand besitzt als eine Kupferblechauskleidung, wegen der für Metall typischen elektrischen Leitfähigkeit.

Fig. 5a bis 5c zeigen den elektrischen Kontaktwiderstand der in Fig. 4a bis 4c gezeigten Probestücke nach einer Wärmebehandlung unter 5°° C gemessen bei normaler Zimmertemperatur, zum Vergleich sind die entsprechenden Werte für den elektrischen Kontaktwiderstand unbehandelter Probestücke angegeben.

Aus den in den Fig. 5a bis 5c erhaltenen Werten wurde festgestellt, daß der elektrische Kontaktwiderstand zwischen einer pulvermetallurgischen Auskleidung unter Verwendung von Kupfer und einer Graphitplatte bei einem Klemmdruck von 5 bis J5o kg/cm kleiner ist als bei einer Kupferblechauskleidung, da der Kontaktwiderstand zwischen der Kupferblechauskleidung und der Graphitelektrode sehr stark durch die Bildung einer Oxidschicht beeinträchtigt wird, während das bei einer pulvermetallurgischen Auskleidung nicht der Fall ist.

Bei Verwendung einer Kupferblechauskleidung war es unumgänglich, deren Oberfläche äußerst fein zu bearbeiten, während eine derartige Bearbeitung bei einer erfindungsgemäJen pulvermetallurgischen Auskleidung nicht notwendig ist, da eine aus schlechtem Kontakt zwischen der Auskleidung und der Graphitelektrode resultierende Zunahme des Kontaktvidet·;:;tandem selbst bei fehlendem Nachschleifen der Au:;kleiiU:a.; iii. ·ί·1 auf-

8AD ORIGINAL ,

r^:&i25/ ms

tritt, da die Druckdeformation des Elektrodenhalters mit Hilfe des Klemmdruckes möglich ist.

Der Einfachheit halber wurde zwar nur eine Auskleidung mit einer glatten gebogenen Oberfläche beschrieben, jedoch kann die pulvermetallurgische Auskleidung auch vertikal, horizontal oder gitterförmig angeordnete Aussparungen tragen, wobei sie die Form einer auf eine oder beide Seiten einer metallischen Grundplatte aufgesinterten oder einer beschichteten Auskleidung haben kann. In gleicher Weise kann bei Bedarf eine derartige pulvermetallurgische Auskleidung mit Zusatz von Kohlenstoff- oder Graphitfasern in gleicher Weise verwendet werden.

Durch diese Aussparungen wird die Kontaktflache der Plattenauskleidung verkleinert, jedoch nimmt die Druckbelastung pro Flächeneinheit zu, wodurch der elektrische Kontaktwiderstand der Auskleidung klein und die Biegung der Auskleidung durch die Anordnung der Aussparungen leichter wird, womit die Auskleidung und der Elektrodenhalter, wie auch die Auskleidung und die Elektrode besser zusammenhalten.

Ausgehend von den oben erwähnten Vorteilen stellt die Arbeitsleistung einer Auskleidung mit und ohne Aussparungen gegenüber einer Kupferblechauskleidung eine Verbesserung dar.

Bei einer beschichteten und geformten Auskleidung, die aus mehr als zwei pulvermetallurgischen Platten besteht, die sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden, besteht ein Vorteil darin, daß die Festigkeit erhöht wird, und daß die Handhabung im Vergleich zu rein pulvermetallurgischen Platten leichter ist, die sich auf die Adliäsionsei-genschaft wegen der niedrigen Elastizität und der großen durch Druck hervorgerufenen Derformatlon wesentlich verbessert.

BAß ORIGiNAL ~^l6~

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Bei der oben erwähnten pulvermetallurgischen Auskleidung, die gleichmäßig mit Kohlenstoff- oder Graphitfasern versetzt ist, und bei laminierten Platten dieser Zusammensetzung, besteht der Vorteil darin, daß die Widerstandsfähigkeit gegenüber Verschleiß wegen der zunehmenden Biegefestigkeit und Wärmeleitfähigkeit wesentlich verbessert wird, d.h. daß die Betriebszeit wesentlich länger ist, während auf der anderen Seite sich die um 2o - ^>o% höher liegenden Herstellungskosten wegen der komplexen Herstellungsmethode als nachteilig erwiesen haben.

Fig. 6a - 11b zeigen verschiedene Arten der erfindungsgemäßen pulvermetallurgischen Auskleidung. Pigi 6a und 6b zeigen eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf eine pulvermetallurgische Auskleidung ohne jede Aussparungen.

Fig. 7 a zeigt eine Vorderansicht der Auskleidung 8 mit schräg angeordneten, gitterförmigen Aussparungen 9 auf ihrer inneren gebogenen Oberfläche, Fig. Jb zeigt eine Ansicht der Auskleidung entlang der Schnittlinie Q-O der Fig. 7a. Die Fig. 8a und 8b zeigen eine Vorderansicht und einen Aufriß des oberen Teils einer Auskleidung, bei der die pulvermetallurgische Schicht 11 aufgesintert wurde und wobei auf einer Seite der Metallplatte Io keine Aussparungen vorhanden sind. Fig. 9a und 9b zeigen eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf eine Auskleidung, bei der eine pulvermetallurgische Schicht l~$ mit vertikal angeordneten Aussparungen 14 auf eine Oberfläche der Metallplatte 12 aufgesintert ist. Fig. loaünd lob zeigen eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf eine Auskleidung, bei der die pulvermetallurgische Platte l6 mit vertikal angeordneten Aussparungen 17 auf eine Seite der Metallplatte 15 angeordnet ist. Fig. 11a und 11b zeigen eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf die Auskleidung, bei der die pulvermetallurgischen Schichten 19 auf beide Oberflächen der Metallplatte 18 aufgesintert sind. Fig. 12a und 12b zeigen eine Vorderansicht

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und eine Drauf1seht auf eine Auskleidung, bei der pulvermetallurgische Platten der Zusammensetzungen Ij 5 und 2 wie in Tabelle j5 angeführt, zusammengefügt sind.

Die in den Fig. 6a bis 11b gezeigten pulvermetallurgischen Platten können durch beschichtete pulvermetallurgische Platten ersetzt werden.

Die nur aus pulvermetallurgischen Platten bestehende und in den Fig. 6a bis 12b gezeigte Auskleidung kann bei einem Elektrodenhalter verwendet werden, in den sie wie in Fig. Ij5 eingesetzt wird.

Die Auskleidung, bei der pulvermetallurgische Platten auf eine metallische Grundplatte in geschichteter Form wie in Fig. 8a - 12b gezeigt, aufgesintert sind, kann wie in Fig. 1 ein Elektrodenhalter angebracht werden.

Die Auskleidung für den erfindungsgemäßen Elektrodenhalter wird in den folgenden Beispielen näher erklärt.

Bei der erfindungsgemäßen Auskleidung muß die Oberfläche zwischen zwei- und zehnmal so oft wie bei einer gewöhnlichen Kupferblechauskleidung nachgeschliffen werdan, auch wenn die Stromdichte um 5o - loo$ ansteigen sollte, während die auf einer Erhöhung angeordnete Auskleidung bei hohen Temperaturen nicht so oft ausgewechselt werden muß, was zu höherer Arbeitsleistung und Sicherheit, wie auch zur Erhöhung der Produktivität und rationeller Arbeitsweise führt, d.h. die Auskleidung kann während eines Arbeitszyklus laufend ohne Störungen eingesetzt werden. Außerdem ist bei einer pulvermetallurgischen .

Auskleidung kein Nachschleifen notwendig, was bei Kupferblechen

auskleidung αehr wichtig ißt, und ihre Lebensdauer wird wesentlich verlängert,.wodurch oloh die für die herkömmlichen Auckleidungen notwendigen Aufwendungen oder Kosten um 2o - Jofo verringern.

BABORlGJNAt -18-

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Beispiel 1;

Bei einem Elektrostahlofen mit einer nominalen Kapazität von 25 t, einem Transformator mit 75oo KVA und I²I- T-Elektrode mit j)5o mm Durchmesser ermöglicht die pulvermetallurgische Auskleidung auf Kupferbasis, die weder Aussparungen noch eine Grundplatte der Zusammensetzung 1 nach Tabelle j) hat, eine ununterbrochene Einsatzzeit von j; Wochen {hj>o Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Stromdichte auf ;5o A/crn^" ansteigt.

Die beschichtete und geformte pulvermetallurgische Auskleidung ohne Aussparungen und auch ohne Grundplatte, die pulvermetallur· gische Platten der Zusammensetzungen 1, 5 und 2 nach Tabelle j5 umfaßt, ermöglicht eine ununterbrochene Einsatzzeit von 4 Wochen (57o Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Stromdichte auf Jo A/cm ansteigt.

Die pulvermetallurgische Auskleidung mit Kupfer unter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern ohne jede Aussparungen und ohne Grundplatte der Zusammensetzung 11 nach Tabelle 3 ermöglicht eine ununterbrochene Arbeitszeit von 5 Wochen (72o Arbeitsstunden)

ohne Nachschleifen, auch wenn die durchschnittliche Strom-

2 dichte auf j?o A/cm ansteigt.

Bei einer herkömmlbhen Kupferblechauskleidung war es notwendig, nach einer ununterbrochenen Arbeitszeit von 1 Woche (l44 Arbeitsstunden) die Oberfläche nachzuschleifen, wobei die durch-

schnittliche Stromdichte 2o A/cm¹" betrug. Beispiel 2:

Bei einem Elektron bahlof on mit ei.net¹ nominalon Kapaz¹. "t ν υ a 4o t, einem Transformator mit li^'ioo KVA un.i eine·.· Ib T-Cl-L'apliiü-

8AO ORIGINAL

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elektrode mit einem Durchmesser von 45o mm ermöglicht die pulvermetallurgische Auskleidung auf Kupferbasis mit der Zu-' simmensetzung 2 nach Tabelle 3* mit vertikal angeordneten Aussparungen und einer Kupfergrundplatte, eine ununterbrochene Arbeitszeit von 3 Wochen (²KJo Arbeitsstunden) ohne Nachschlei-

2 fen, auch wenn die Stromdichte auf 35 A/cm ansteigt.

Die pulvermetallurgische Auskleidung auf Kupferbasis mit der in den Fig. 11a und 11b gezeigten Struktur ohne Aussparungen, wobei die pulvermetallurgische Platte die Zusammensetzung 2 nach Tabelle 3 aufweist, ermöglicht eine ununterbrochene Arbeitszeit von 4,5 Wochen (64o Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch vienn die Stromdichte auf 35 A/cm ansteigt.

Die pulvermetallurgische Auskleidung auf Kupferbasis mit der in den Fig. 11a und 11b gezeigten Struktur ohne Aussparungen, wobei die Auskleidung einen Zusatz von Graphitfasern gemäß der Zusammensetzung 12 nach Tabelle 3 aufweist, ermöglicht eine ununterbrochene Arbeitszeit von 5*5 Wochen (79o Arbeitsstunden)

ohne Nachschleifen, auch wenn die Stromstärke auf 52 A/cm ansteigt, wobei der Transformator eine nominale Kapazität von 264oo KVA aufweist.

Im Gegensatz dazu mußte nach einer Woche (1A4 Arbeit stunden) die Oberfläche der Auskleidung nachgeschliffen werden» wobei

die durchschnittliche Stromdichte nur 25 A/cm betrug. Beispiel 3:

Bei einem Elektrostahlofen mit einer nominalen Kapazität von 25 t, einem Transformator mit 75oo KVA Kapazität und einer l4 T-Elektrode mit 35° mm Durchmesser ermöglicht die pulvermetallurgische Auskleidung auf Aluminiumbasis ohne Aussparungen, wobei die Platte die Zusammensetzung 3 nach Tabelle 3

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hat, eine ununterbrochen Arbeitszeit von 2 Wochen (288 Arbeits stunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Stromdichte auf J>o A/cm² ansteigt.

Die pulvermetallurgische Auskleidung auf Aluminiumbasis, die in der in den Pig. 12a und 12b laminiert ist und keine Aussparungen trägt, wobei die einzelnen pulvermetallurgischen Schichten auf Aluminiumbasis die Zusammensetzungen j5, 8 und 3 nach Tabelle J5 haben, ermöglicht eine ununterbrochene Arbeitszeit von j5 Wochen (4^o Arbeitsstunden) ohne Nachschiel

en

fen, auch wenn die Stromdichte auf j5o A/cm ansteigt.

Die pulvermetallurgische Auskleidung auf Aluminiumbasis mit der in den Fig. 11a und 11b gezeigten Struktur ohne Aussparungen, die aus einer pulvermetallurgischen Platte auf Aluminiumbasis mit Zusatz von Kohlenstoff-Pasern gemäß der Zusammensetzung 14 nach Tabelle 2 aufweist, ermöglicht eine ununterbrochene Arbeitszeit von 4 Wochen (57° Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Stromstärke auf Jo A/cm ansteigt.

Im Gegensatz dazu war es bei den herkömmlichen Kupferblechauskleidungen notwendig, nach einem Ablauf von einer Woche (144 Arbeitsstunden) die Oberfläche nachzuschleifen, auch wenn die durchschnittliche Stromdichte nur 2o A/cm betrug.

Beispiel 4;

Bei einem Elektrostahlofen mit der nominalen Kapazität von 4o t, einem Transformator mit 125000 KVA Kapazität und einer 18 T-Graphitelektrode mit 45o mm Durchmesser, ermöglicht die pulvermetallurgische Auskleidung auf Eisenbasis mit der Zusammensetzung 4 nach Tabelle 3 und ohne Aussparungen eine ununterbrochene Arbeitszeit von J> Wochen (4^o Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Stromdichte 35 A/cm erreicht.

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Die laminierte pulvermetallurgische Auskleidung auf Eisenbasis mit der in den Fig. 12a und 12b gezeigten Struktur ohne Aussparungen, die aus pulvermetallurgisohen Platten auf Eisenbasis mit den Zusammensetzungen ^, 5 und k nach Tabelle j5 besteht, ermöglicht eine ununterbrochene Arbeitszeit von 4 Wochen (570 Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Stromdichte einen Wert von 52 A/cm erreicht, wobei ein Transformator mit der nominalen Kapazität von 264oo KVA verwendet wird.

Die pulvermetallurgisehe Auskleidung auf Eisenbasis mit der in Pig. 12a und 12b gezeigten Struktur ohne Aussparungen, die aus pulvermetallurgischen Platten auf Eisenbasis unter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern besteht, mit der Zusammensetzung 13 nach Tabelle ]5, ermöglicht eine ununterbrochene Arbeitszeit von 5 Wochen (?2o Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Stromdichte einen Wert von 52 A/cm erreicht, wobei ein Transformator mit nominaler Kapazität von 2β4οο KVA verwendet wird.

Im Gegensatz dazu war es bei einer herkömmliohen Kupferbleohauskleidung notwendig, die Oberfläche nach einer ununterbrochenen Arbeitszeit von einer Woche (l44 Arbeitsstunden) nachzuschleifen, auch wenn die durchschnittliche Stromdichte nur den Wert von 25 A/cm erreichte.

Zusammenfassend umfaßt die Erfindung einen Elektrodenhalter mit einer pulvermetallurgischen Auskleidung zur Verwendung bei einem Lichtbogenofen unter elektrischer Hoch- und Höchstleistung. Die Auskleidung ist aus einer porösen pulvermetallurgischen Platte selbst hergestellt, oder dadurch, daß die Platten auf eine oder beide Seiten einer Metallplatte aufgesintert sind, wobei die Metallplatte aus mindestens einem Metall der Gruppe Kupfer, Eisen und Aluminium besteht., mit oder ohne Graphitpulver, einem zusätzlichen Metallpulver und falls •notwendig, auch unter Zusatz von Kohlenstoff- oder Graphitfaaern.

109825/12BS

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrodenhalter mit pulvermetallurgischer Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus Jo - loo Gew.% mindestens eines Metallpulvers aus der Gruppe Kupfer, Eisen oder Aluminium als Hauptkomponente des Metallpulvers, ο - 5o Gew.% Graphitpulver und ο - J5o Gew.% eines weiteren Metallpulvers und ο - 3 Gevi.% Kohlenstoffoder Graphitfasern, bezogen auf das Gesamtgewicht der pulvermetallurgischen Auskleidung besteht.

2. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenhalters mit pulvermetallurgischer Auskleidung, dadurch gekennzeichnet, daß 3o - loo Gew.% mindestens eines Metallpulvers aus der Gruppe Kupfer, Eisen und Aluminium als Hauptkomponente des Metallpulvers, ο - 5o Gew.# Graphitpulver und ο - J5o Gew.% eines \\reiteren Metallpulvers und ο - j> Gew.% Kohlenstoff- oder Graphitfasern, bezogen auf das Gesamtgewicht der pulvermetallurgischen Auskleidung unter einem Druck von 1,5-8 t/cm geformt und danach bei einer Temperatur von 5oo 125o° C gesintert werden.

35. Elektrodenhalter mit einer pulvermetallurgischen Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus 8o - 95 Gew.% mindestens eines Metallpulvers der Gruppe Kupfer, Elsen und Aluminium als Hauptkomponente des Metallpulver, 3-15 Gew.$ Graphitpulver und 2-5 Gew.°p des weiteren Metallpulvers und o,2 - 1,5 Gew.?o Kohlenstoff- oder Graphltfacer bezogen auf das Gesamtgewicht der pulvermetallurgischen Auskleidung besteht.

4. Verfahren zur Her β bei lang eines Elektrodenhalter mit pulvermetallurgischer Auskleidung nach Anspruch ;>, dadurch

gekennzeichnet, daß die Mischung ein Mischverhältnis nach Anspruch 3 aufweist, und unter den Bedingungen nach Anspruch 2 behandelt wird.

5. Elektrodenhalter mit pulvermetallurgischer Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung auf eine oder beide Seiten einer Metallplatte aufgesintert ist.

6. Elektrodenhalter mit pulvermetallurgischer Auskleidung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei oder mehr pulvermetallurgischen Platten laminiert ist.

7. Elektrodenhalter mit pulvermetallurgischer Auskleidung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung auf eine oder beide Seiten der Metallplatte aufgesintert ist.