DE2055757B2

DE2055757B2 - Elektrodenhalter fuer lichtbogenoefen

Info

Publication number: DE2055757B2
Application number: DE19702055757
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Suzuki Kunio Tokio Shikano Gohei Chigasaki Kangawa Yoshimura (Japan)
Original assignee: Mitsubishi Seiko K K , Toyo Carbon K K , Tokio
Priority date: 1969-11-12
Filing date: 1970-11-12
Publication date: 1972-01-05
Also published as: DE2055757A1; US3717445A; SE377264B; GB1325179A

Description

Graphit Kupfer WärmciiLisdehnungskoefli/.icnt 10 '" C

0.6 1.0 16.6

Tcmpcratui C

20

100 C

20 C

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektrodenhalter mit pulvermctallurgischcr Auskleidung für die Graphitelektrode!! eines Elektrolichtbogenofen* sowie auf ein Verfahren /u seiner Herstellung.

Rs ist bekannt. Elektrodenhalter zu verwenden, die so gebaut sind, daß sie direkt die Graphitelektrode 5" tragen und dieser elektrischen Strom zuführen.

Bei diesen bekannlcn Elektrodenhalter!! besteht die Gefahr eines schlechten Kontaktes mit der Elektrode, woraus eine Deformation de> Elektrodenhalter selbst auf Grund der hei längerer Verwendung entstehenden Wärmehysterese 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 Elektrodenhalter erzeugte Wärme wirksam durch Zuführung eines Kühlmittels durch den Elektrodenhalter abgeleitet wird.

Bei einem derartigen, wie oben erwähnten. Aufbau des Elektrodenhalter liegt ein weiteres Problem in tier kugelförmigen Kontaktteile zwischen der GrapliM.elcktrodc und dem Elektrodenhalter, was zu einer so hol,en Beschädigung des Elektrodenhalter führt, daß ei: Reparatur äußerst schwierig wird.

Tabelle 2
Durchmesser der Graphitelektrode (Einheit mm)

Durchmesser	Toleranzbe reich	Vlintl.- Durchmesser
der Hleklmile	iiiich ilen Bestimmungen JIS* R 7201	303
Snll-Duii limesser	Max.- Dinclimesser	353
300	307	404
350	357	455
400	408	506
450	459	557
500	510
550	561

.1IS .!»panische Ituliistricnorm.

In letzter Zeit geht man beim Betrieb von Lichtbogenofen 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. Wie schon erwähnt, ist es fast unmöglich, einen gleich-

hleir· cleki .iiifri den

Hc ein ho tri N;

H kl di

!.leihenden guten Kontakt /wischen der Graphitelektrode und der Auskleidung des Elektrodenhalter lulreclit.'Lierhalten. Aus diesem Grund entstehen an >!e.n Kontaktstellen Stromspitzen, wodurch eine außergewöhnliche lokale Erwärmung wie auch die Bildung Ii einer Kupferoxidschiclii hervorgerufen werden ,mi. Da das gebildete Kupferoxid ein schlechter

■T.im- und Wärmeleiter ist. wird der Temperaiur-

:--tieg beschleunigt, bis eine Beschädigung der : .,pferhlechauskleidung eintritt. Um diesem Nachteil . - /uhelfen. sollte die Kupferbleehauskleidung in jclmäßigen Zeitabständen alle paar Tage naehge-,iiffen werden, um die Oxidschicht zu entfernen

■ I somit einer lokalen Erwärmung vorzubeugen. ' ; i dem Anstieg der elektrischen Leistung nehmen . . h die Zeiten zum Nachschleifen der Kiipferblech- :.·.>!>leidung zu, während die jeweilige tatsächliche '■:. .riebszeit der Auskleidung abnimmt. Aus diesem ι .iLiiid nehmen die tatsächlichen Betriebssturden mit ■ ■.ei.iciider elektrischer Leistung ab. während die ^v-.'.π liiiiL'skosten steigen.

Heim Betrieb des Lichtbogenofens mit elektrischer Hoch- und Höchstleistung führt die Verwendung eines elektrischen Stromes, der zwei- bis \iermal so ,,..·. Ii ist v.ie gewöhnlich, zu einem Anstieg der elektrischen ^c'!'.mdichte. wodurch die obengenannten Nachteile Se₁." leicht auftreten können.

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

Bei einem wie obenerwähnten Aufbau des Elektrodenhalters bildet sich leicht eine Kupferoxidschicht, 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 Verwendung bei Graphitelektrodenhaltern zu schaffen, die viele N.'iehicilc ausschaltet, den L'eiriebsvvirkungs-L'rad erhöht und die Wartungskosten niedrig hält.

Dieses Ziel wird erfmdungsgemäß dadurch erreicht. i.iß die Auskleidung aus 30 bis 100 Gewichtsprozent mindestens eines Metallpulver aus der Gruppe Kupfer. Eisen oder Aluminium als Haupikomponcnte des Metallpulver. 0 bis 50 Gewichtsprozent Graphitpulvcr und 0 bis 30 Gewichtsprozent eines weiteren Metallpulver und 0 bis 3 Gewichtsprozent Kohlenstoff- oder Graphilfascr l. bezogen auf das Gesamtgewicht der pulvermetallurgischen Auskleidung besteht.

Die Erfindung umfaßt die poröse puivermciallurgische Platte selbst, eine beschichtete und geformte Platte, die aus zwei oder mehr porösen pulvcrmclalliirgischen Platten besteht, wobei diese verschiedene Zusammensetzungen haben, oder laminierte Platten, die auf die Oberfläche nut einer Platte aufgetragen sind. Die Auskleidung kann auf eine oder beide Seiten der beim EScktiodcnhaltcr des Lichtbogenofens verwendeten Metallplatte aufgesintert sein.

Im folgenden ist eine kurze Beschreibung dei Zeichnungen gegeben. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Elektrodenhalter mit einer crfmdungsgcmäßcn Auskleidung.

F i g. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Elektrodenhalter.

I-i g. 3 die charakteristische Kurve für eine durch Druck hervorgerufene Deformation einer pulv ermetallurgischen Platte unter Verwendung von Kupier, verglichen mit der charakteristischen Kurve für Kupferblech.

Fig. 4a bis 4c die charakteristischen Kursen für die Wechselbeziehung zwischen einem elektrischen Kontaktwiderstand und dem Kontaktdruck einer P'ilvermeiaiiiirgischen Platte der Zusammensetzung 2,

in 3 oder 4; der Zusammensetzung 7 und für eine beschichtete und geformte Platte, die aus Platten der Zusammensetzungen 1. 5 und 2 besteht, und tür pulvermetallurgische Platten der Zusammensetzungen 12. 13 oder 14 (unter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern).

wie in Tabelle 3 gezeigt, jeweils verglichen mit den bei Zimmertemperatur gemessenen Werten für eine Graphitplatte.

Fig. 5a bis 5c die charakterisi.-chen Kurven für die Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontaktwiderstand und dem Kontaktdruck der Auskleidungen für die in den F i g. 4a bis 4c dargestellten Proben, nach Behandlung bei einer Temperatur von 300° C gemessen in der jeweiligen Umgebungstemperatur, wie auch unter den jeweiligen Arbeitsbedingungen, F i g. 6a bis 11b schematiche Darstellungen der erfindungsgemäßen pulvermetallurgischen Auskleidung.

Fig. 6a und 6b eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf die pulvermetallurgisch^ Auskleidung ohne Aussparungen auf der Oberfläche.

Fig. 7a die Vorderansicht der pulvermetallurgischen Auskleidung selbst mit schräg angeordneten, rautenförmigen Aussparungen 9 auf der inneren gebogenen Oberfläche 8,

Fig. 7b eine Teilansicht im Schnitt entlang der Linie c-c der F i g. 7a.

F i g. 8a und 8b eine Draufsicht auf eine auf eine Seite der Metallplatte aufgesinterte Auskleidung, wobei die pulvermeialliirgische Platte 11 keinerlei Aus-

4c sparungen hat.

Fig. 9a und 9b Vorderansicht und Draufsicht auf eine auf eine Seite der Metallplatte 12 aufgesinterte Auskleidung, wobei die pulvermetallurgische Platte 13 vertikal angeordnete Aussparungen 14 trägt.

Fig. 10a und 10b eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf die auf eine Seite der Metallplatte 15 aufgesinterte Auskleidung, wobei die pulvcrmetallurgischc Platte 16 horizontal angeordnete Aussparungen 17 trpnt.

Fig. II a und I I b eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf die :iuf beide Seiten der Metallplatte 18 aufgesinterte Auskleidung, in Form von pulvermetallurgischen Platten 19.

Fig. 12a und 12b eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf tue Auskleidung, die aus pulvermetallurgischen Platten besteht, die auf pulvcrmetallurgische Platten der Zusammensetzungen I. 5 und 2 geschichtet sind, und

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

In F i g. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 die Graphitelektrode, Ziffer 2 den Elektrodenhalter mit Wasserkühlung. Ziffer 3 die Kupferbleehauskleidung. Ziffer 4 ein Zuleitungsrohr für elektrischen Strom. Ziffer 5 ein Druckelement, Ziffer 6 den Kühlwassereinlaß und Ziffer 7 den Kühlvvasscrauslaß.

Im folgenden ist eine Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels gegeben

Die poröse pulvermetallurgische Auskleidung wurde dadurch hergestellt, daß die Hauptkomponenten des Metallpulver Graphitpulver, die zusätzlichen Metallpulver und Kohlenstoff- oder Graphitfasern in einem vorgegebenen, in Tabelle 3 gezeigten Verhältnis gut miteinander vermischt und unter vorgegebenem Druck geformt und danach bei einer gewissen Temperatur beschichtet wurden.

Das Zusammensetzungsverhältnis bei den Ausgangsstoffen beträgt 30 bis 100, vorzugsweise 80 bis 95 Gewichtsprozent, für mindestens ein Metallpulver der Gruppe Kupfer, Eisen und Aluminium. 0 bis 50°/₀. 5 vorzugsweise 3 bis 15 Gewichtsprozent von Graphitpulver. 0 bis 30%. vorzugsweise 2 bis 5 Gewichtsprozent eines weiteren Metallpulvers und 0 bis 3ⁿ/„. vorzugsweise 0.2 bis 1.5 Gewichtsprozent Kohlenstoff oder Graphitfasern, bezogen auf das Gesamtgewicht ίο der in Tabelle 3 gezeigten pulvermetallurgischen Platte.

Tabelle 3 Zusammensetzung und Eigenschaften einer pulvermetallurgischen Auskleidung

Mischverhältnis	Poro sität	Relativer Wider stand	Elastizitäts modul	Zug festigkeit	Wärme ausdehnungs- koeffizient	Kontakt widerstand	(B) μΓ
	/n	μ Ω-cm	kg/cnV^!	kg/cm²	:· 10-"/^:C	(A) μΩ
1 Erfindungsgemäße pulvermetallurgische Auskleidung							200
1. Kupferpulver 93°/₀ (Gew.%) Graphitpulver 5°/₀ (Gew.%) Zinnpulver 2% (Gew.⁰/,,)	\|.	2,5	5800	9	19	120	180
2. Kupferpulver 82°/₀ (Gew.⁰/,,) Graphitpulver 15°/„ (Gew.°/„) Zinkpulver 3"/„ (Gew."/₀)	I"	5.5	3700	2,5	17	100	1800
3. Aluminiumpulver 86% (Gew."/₀) Graphitpulver 10°'₀ (Gew.°/₀) Zinkpulver 4°/₀ (Gew. ⁰Z₀)		7	3000	2	2.5	1000	610
4. Eisenpulver 75°/₀ (Gew.⁰/,,) Kupferpulver 20°/₀ (Gew.°/₀) Graphit Bleipulver 5°/„ (Gew.°/₀)	I-	17	6500	8	15	370	30C
5. ΚυριεφυΙνεΓ 100⁰Z₀ (Gew.⁰Z₀)	5	2	8000	15	18	130	80C
6. Eisenpulver 100 °/₀ (Gew.°/₀)	10	19	7000	12	13	400	15C
7. Kupfeφulver 80°/₀ (Gew.°/₀) Graphitpulver 20°/₀ (Gew.%)		10	3200	2	17	90	200(
8. Aluminiumpulver 92% (Gew.°/₀) Graphitpulver 8 ⁰Z₀ (Gew.⁰/,,)		6	3100	2.7	23	900	84(
9. ΚυρίεφυΙνεΓ 40⁰Z₀ (Gew.%) Eisenpulver 30% (Gew.%) Aluminiumpulver 10° ₀ (Gew.%) Graphitpulver 15% (Gew.⁰ ₀) Zinn 5°₀ (Gew." ₀)	23	12	3600	3.(3	23	450	91«
10. Kupf^ulver 30°^: ₀ (Gew.⁰ ₀) Eisenpulver 40°; (Gew.°₀) Aluminiumpulver 10" „ (Gew." ₀) Zinnpulver 10" „ (Gew.%) Graphitpulver 10^0;„ (Gew." ₀)		16	4200	6	20	630	15
11. Kupf^ulver 85°_;O (Gew.⁰ ₀) Graphitpulver 14.5% (Gew.%) Kohlenstoffaser 0.5% (Gew.⁰ ₀)	• 18	5	3400	6	16	100	14
12. ΚυρίεφίιΙνεΓ 89 °₀ (Gew.%) Graphitpulver 10° ₀ (Gew.%) Graphitfaser 1% (Gew.%)	15	4	3600	9	16	95

Gew.'¹ „ = Gewichtsprozent

1. Der Wärmeausdehnungskoeffizient wurde bei einer Temperatur von 20 bis 300 C gemessen.

2. Der Koniaktwiderstand (A) in μΩ wurde bei Zimmertemperatur beim Kontakt einer ebenen Testplatte mit 40 cnv mit einer Graphitplatte unter einem Druck von 10 kg/cm² gemessen.

V Der Kontaktwiderstand (B) in μΩ wurde bei Zimmertemperatur beim Kontakt einer ebenen Testplatte mit 40 cm- mit Graphit von 300^:C unter einem Druck von 10 kg/cm² semessen.

einer Fläche
einer Fläche

Tabelle 3 (Fortsetzung)

Missverhältnis

13. eisenpulver 70% (üc.v.°₀) Kupferpulver 15% (Gew.%) Graphilpulver R.5% (Gew.%) Zinkpulver 5% (Gew.%) KohlenstolTaser 1.5% (Gew." _n)

14. Aluminiumpulver 85% (Gew." J Ziiikpiilver 5% (Gew.%) Magnesiumpulver 1% (Gew.%) Graphitpulver 8% (Gew.%) Kohlcnstoffaser 1 % (Gcw.%)

II Metallplatte für Vcrglcichszwecke

Kupferpulver

Aluminiumpulver

Eisenpulver

Porosität

25

24

0 0 0

Relativer Widerstand

•ι. 12-cm

in

1.7

2.8

10.0

Filastmtäts- iiiodul	Zug festigkeit
kg'Cin²	kg cm-
5800	6
2800	4
12000 7300 20000	20 8 25

Wärmeausdehnungs- koeffizient

■ 10 λ C

15

28

17 25 12

Kontaktwiderstand

(Λ)μί2 (R) ·ι.

280 500

830 1400

150 2100 1300

450 —

Es ist unerläßlich, die Kohlenstoff- oder Graphitfasern mit den Metallpulvern gut zu vermischen, um auf Hiese 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 nach dem Zusammensetzungsverhältnis ändern, werden die verwendeten Metallpulver unter einem Druck von 1.5 bis 8 t/cm² vorzugsweise in ihre eewünschte Form gebracht und dann bei einer Temperatur von 500 bis 1250 C für 15 bis 180 Minuter gesintert.

Bei der Herstellung von laminierten Platten vverder vorzugsweise Metallpulverschichten der Zusammen Setzungen 1. 5 und 2. wie in Tabelle 3 gezeigt, laminiert wonach diese Schichten unter den obenerwähnter Bedingungen geformt und gesintert werden.

Die Teilchengröße und die Reinheit der zu ver wenden Metallpulver sind in den Tabellen 4 und : gezeigt.

Tabelle

Hauptkomponente Kupferpulver Eisenpulver Aluminiumpulver

Graphitpulver

Zusätzliches Metallpulver

KohlenstofT-

oder Graphitfaser

Reinheit

Teilchen
Größe .

mehr als 98.5%

weniger als

1000 μ weniger als 0.912 mm

lichte Maschenweite

mehr als 97%

weniger als

1000 μ weniger als 0.912 mm

mehr als 98%

weniger als 1000 μ als

0.912 mm mehr a's

85%

weniger als

1000 μ
weniger als

0.912 mm

mehr als 98%

wenieer als

20Όμ weniger als

3.5467 mm

meht als 90%

Span

Tabelle 5

Charakteristische Werte für Kohlenstoff oder Graphitfasern (Einzelfaser)

Spezifisches Gewicht

(gem³)

Durchmesser (μ)
Zugfestigkeit (kg/cm²)
Ausdehnung (%) ....

Charakteristischer Wert

1.4 bis 2.0 7 bis 20 6 bis 25 0.3 bis 1.8

Form

Span

lang

2 bis 15m/m

Die zusätzlichen zu verwendenden Metallpulver gehören zur Gruppe Fe. Cu. Sn. AL Pb₇ Zn. Mg. W.

No. Co. Ta. Cr. Ti. Be. Ag. Mn. Cd und zu dere Metalloxiden.

Vorzugsweise werden die folgenden Gruppen untei einander kombiniert: Eisen. Kupfer. Zinn. Aluminiurr Blei. Zink. Magnesium: Wolfram Molybdän; Kobal Tantal. Chrom: Titan. Beryllium; Silber. Mangai Cadmium.

Vorzugsweise haben die Partikeln der verwendete Metallpulver einheitlich eine runde Form, wie auc ein Mindestdruck zur Formung und eine derartis Sintertemperatur gewählt werden, daß auf dem Metal pulver eine Oberflächendiffusion entsteht, um d erfindungsgemäße poröse pulvermetallurgische Au kleidung herzustellen.

Angesichts der Tatsache, daß die Kontaktfläcl zwischen der Auskleidung und dem Elektrodenhaiti

109 582/3!

ίο

gebogen ist. darf die Biegung > wischen dem Elektrodenhalter und der Auskleidung nicht um I 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 EaIl. daß an Stelle der in Fig. 3 gezeigten Kupferblechauskleidung die pulvermetalliirgische Auskleidung verwendet wird, ist der elektrische Kontakt-

Zusatz von Kohlenstoff-Fasern, Zusammensetzung 13 (Kurve Δ) und für eine Auskleidung unter Verwendung von Aluminium unter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern. Zusammensetzung 14 (Kurve [_'<).

Die jeweiligen experimentellen Bedingungen entsprechen den Bedingungen vor dem ersten Auswechseln der Auskleidung. Es stellte sich heraus, daß in diesem Fall die pulvermetallurgische Auskleidung,

wendet wird, ist eier n»u»u_K ^,„^- ausgenommen eine Auskleidung unter Verwendung verglichen mit dem der Kupferblech- 10 von Kupfer, einen größeren elektrischen Kontakt-,uskleidung in Betrieb, trotz seiner porösen Struktur widerstand besitzt als eine Kupferb echauskle.dung. 'relativ niedrig da die Plattenauskleidung einem höhe- wegen der für Metall typischen elektrischen Le.tfah.gren Deformationsdruck widersteht, wobei durch einen keit.

Kenin druck von gewöhnlich 5 bis 30 kg/cm« ein Fig. 5a bis Sc zeigen den elektrischen Kontakt-

S e K akt aufrichterhalten wird, verglichen mit .5 widerstand der in Fig. 4a bis 4c gezeigten Probedem der Kupferblechauskleidung, wegen der porösen stücke nach einer Wärmebehandlung unter 300 C ei λ r A .«kieidune gemessen bei normaler Zimmertemperatur, zum Ver-

^TiriT^™*'™^* ^{Klirve fÜr eine gleidl Sind die entSPreCh}f ^ndeu ^T,^fÜr ίΤ'ίΐ" durchDruckhervorgerufeneDerformationeinerpulver- sehen Kontaktw,derstand unbehandelter Probestucke

mptilhireischen Auskleidung unter Verwendung von 20 angegeben.

Scr Sihen mit der Kurve bei Verwendung Aus den in den F i g. 5a bis 5c erhaltenen Werten SKupfa?laue?wobei auf der Ordinate der K lemm- wurde festgestellt, daß der elektrische Kontaktwiderdruck (kp/cm*) und auf der Abszisse die Druckdefor- stand zwischen einer pulvermetallurgischen Auskleimation der pulvermetallurgischen Auskleidung unter dung unter Verwendung von Kupfer und einer Graphit-Verwendung von Kupfer, die auf eine Kupferplatte ,5 platte be, einem Klemmdruck von 5 bis 30 kg/cmiuSert ist. aufgetragen sind (Kurve Q). kleiner ,st als be. einer Kupferblechauskittdung da Für efne pulvermetallurgische Auskleidung unter der Kontaktwiderstand zwischen der K'-ipferblech-Vervvendung von Kupfer, unter Zusatz von Kohlen- auskleidung und der Graphitelektrode sehr stark Tf iilKurve Δ) ^{durrii dle Blldun}S einer Oxidschicht beeinträchtigt ^St°Für examinierte Auskleidung, geformt aus pulver- 30 wird, während das bei einer pulvcrmetallurgischen metallurgischen Platten unter Verwendung von Kupfer Auskleidung nicht der Fall ist. nc %\ Verwendung einer Kupferblechaiiskleidung war Sie für die laminierte Auskleidung (Abmaße des es unumgänglich, deren Oberfläche äußerst fein zu Probestückes-40-20-10 mm), die aus pulvermetall^- bearbeiten, während eine derartige Bearbeitung bei aischen Platten unter Verwendung von Kupfer und 35 einer erfindungsgemäßen pulvermetaliurgischen Ausunter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern gebildet ist kleidung nicht notsvendig ist. da eine aus schlechtem K \\ Kontakt zwischen der Auskleidung und tier Graphit-F?e 4i bis 4c zeigen Meßeraebnisse für die elektrode resultierende Zunahme des Kontaktwider-Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontakt- Standes selbst bei fehlendem Nachschleifen der widerstand und Klemmdruck der erfindungsgemäßen 40 Auskleidung nicht auftritt, da die Druckdeformation Dulvermctalliirgischen Auskleidune bei Zimmertem- des Elektrodenhalters mit Hilfe des Klemmdruckcs peratur mit einer Größe von 80 · 10 mm. wobei der möglich ist

Klemmdruck (8 kg cm²) auf der Abszisse und der Der Einfachheit halber wurde zwar nur eine Auselektr.sche Kontaktwiderstand (/,Ω) auf der Ordinate kleidung mit einer glatten gebogenen Oberfläche bca if «trauen sind· zum Vergleich sind die Ergebnisse 45 schrieben, jedoch kann die pulvermetallurgische Ausfür eine Kupferblechauskleidung angegeben (Kurve X). kleidung auch vertikal, horizontal oder gitterförmig an-F i 2. 4 a zeist eine charakteristische Kurve für die geordnete Aussparungen tragen, wobei sie die Form Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontaktwiderstand und Klemmdruck einer pulsermetallurgischen Auskleidung unter Verwendung son Kupfer
mit der Zusammensetzung 2 (Kurve ~ 1. für eine
Auskleidung unter Verssendung son Aluminium mit
der Zusammensetzung 3 (Kurse ~ϊ: unter Verwendung
son Eisen mit eier Zusammensetzung 4 (Kurve Δ).

50

einer auf eine oder beide Seiten einer metallischer, Grundplatte oder einer beschichteten Auskleidung haben kann. In gleicher Weise kann bei Bedarf eine derartige pulsermetallurgischc Auskleidung mit Zusatz von Kohlenstoff- oder Graphitfasern in gleicher Weise verwendet werden.

Durch diese Aussparungen ssird die Kontaktflächc

4b zei2t eine

us'iiii!iicii>ci/ui!« - uvi...^ — f Durch d pgen ird die Kontaktflä

charakteristisch! Kurve für die 55 der Plattenauskleidung verkleinert, jedoch nimmt die ih Ktkt Druckbelastung pro Flächeneinheit zu wodurch de

Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontaktvs idei stand und Klemmdruck einer pulvermetallurgischen Auskleidung unter verwendung von Kupfer mit der Zusammensetzung 7 (Kurve Z)-

Für eine geformte und geschichtete Auskleidung, gebildet aus Platten mit der Zusammensetzung!. und 2 (Kurve Δ).

F i 2. 4c zeigt eine charakteristische Kurve für die Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontakt-

Druckbelastung pro Flächeneinheit zu. wodurch der elektrische Kontaktwiderstand der Auskleidung klein und die Biegung der Auskleidung durch die Anordnung der Aussparungen leichter ssird. womit die Auskleidung und der Elektrodenhalter ssie auch die Auskleidung und die Elektrode besser zusammenhalten.

Ausgehend von den oben erwähnten Vo/teilen stellt die Arbeitsleistung einer Auskleidung mit und ohr.e Aussparungen gegenüber einer Kupferblechausklei-

Klemmdruck bei einer pulvermetall^- 6₅ dung eine Verbesserung dan

_T/-uiff R<»i ρτπργ ΗρςΓΐιίΓΗΐΡϊρη i;nr

Wl^i- .

ojschen Auskleidung mit Zusatz von Fasern Zusammensetzung 12 (Kurve Auskleidung unter Verwendung von

Kohlenstoff- Bei einer beschichteten und geformten Auskleidung.

~ ) für eine die aus mehr als zwei p'ilvermetallurgischen Platten Eisen unter besteht, die sich in ihrer Zusammensetzung unter-

scl erl zu sie \l\ πι

di d. \s

scheiden, besteht ein Vorteil durin, daß die Festigkeit erhöht wird und daß die Handhabung im Vergleich zu rein pulvermetallurgisehen Platten leichter ist, die sich auf die Adhäsionseigenschaft wegen der niedrigen Elastizität und der großen durch Druck hervorgerufenen Deformation wesentlich verbessert.

Bei der obenerwähnten 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 20 bis 30°/„ höherliegenden Herstellungskosten wegen der komplexen Herstellungsmelhode als nachteilig erwiesen haben.

F i g. 6a bis 11b zeigen verschiedene Arten der L-rrindungsgemäßen pulvermetallurgischen Auskleidung. F i g. 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 Aussparjngen 9 auf ihrer inneren gebogenen Oberfläche. Fig. 7 b zeigt eine Ansicht der Auskleidung entlang der Schnittlinie C-C 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 aufgesinteit wurde und wobei auf einer Seite der Metallplatte 10 keine Aussparungen vorhanden sind. Fig. 9a und 9b zeigen eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf eine Auskleidung, bei der eine pulvermetallurgische Schicht 13 mit vertikal angeordneten Aussparungen 14 auf eine Oberfläche der Metallplatte 12 aufgesintert ist. F i g. IDa und 10b zeigen eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf eine Auskleidung, bei der die pulvermetallurgische Platte 16 mit vertikal angeordneten Aussparungen 17 auf einer Seite der Metallplatte 15 angeordnet ist. Fig. lla 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. F i g. 12a und 12b zeigen eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf eine Auskleidung, bei der pulvermetallurgische Platten der Zusammensetzungen 1. 5 und 2. wie in Tabelle 3 angeführt, zusammengefügt sind.

Die in den F i g. 6a bis 11b gezeigten pulvermetalluraischen Platten können durch beschichtete pulvenv.etallurgische Platten ersetzt werden.

Die mir aus pulvermetallurgischen Platten bestehende und in den F i g. 6a bis 12b gezeigte Auskleidung kann bei einem Elektrodenhalter verwendet werden, in den mc wie in Fig. 13 eingesetzt wird.

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

Die Auskleidung für den erfindungsgernäßen Elektrodenhalter wird ^;n den folgenden Beispielen näher erklärt.

lici der erfindungsgemäßen Auskleidung muß die Oberfläche zwischen zwei- und zehnmal so oft wie bei einer gewöhnlichen Kupferblechauskleidung nachgeschliffen werden, auch wenn die Stromdichte um 50 bis 100¹Vo ansteigen sollte, während die auf einer Erhöhung angeordnete Auskleidung bei hohen Temperaturen r.icht so oft ausgewechselt werden muß, was zu höherer Arbeitsleistung und Sicherheit, wie auch zur Erhöhung der Produk'ivität 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 Kupferblechauskleidungen sehr wichtig ist. und ihre Lebensdauer wird wesentlich verlängert, wodurch sich die für die herkömmlichen Auskleidungen notwendigen Aufwendungen oder Kosten um 20 bis 70% verringern.

Beispiel 1

Bei einem Elektrostahlofen mit einer nominalen Kapazität von 25 t, einem Transformator mit 7500 kVA und 14 T-Elektrode mit 350 mm Durchmesser ermöglicht die pulvermetallurgische Auskleidung auf Kupferbasis, die weder Aussparungen noch eine Grundplatte der Zusammensetzung 1 nach Tabelle 3 hat. eine ununterbrochene Einsatzzeit von 3 Wochen (430 Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Stromdichte auf 30 A/cm² ansteigt.

Die beschichtete und geformte pulvermetallurgische Auskleidung ohne Aussparungen und auch ohne Grundplatte, die pulvermetallurgische Platten der Zusammensetzungen 1. 5 und 2 nach Tabelle 3 umfaßt, ermöglicht eine ununterbrochene Einsatzzeit von 4 Wochen (570 Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Stromdichte auf 30 A/cm² 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 (720 Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn d'v durchschnittliche Stromdichte auf 30 A/cm² ansteigt.

Bei einer herkömmlichen Kupferblechauskleidung war es notwendig, nach einer ununterbrochenen Arbeitszeit von 1 Woche (144 Arbeitsstunden) die Oberfläche nachzuschleifen, wobei die durchschnittliche Stromdichte 20 A/cm² betrug.

Beispiel 2

Bei einem Elektrostahlofen mit einer nominalen Kapazität von 40 t. einem Transformator mit 12 500 kVA und einer 18 T-Graphitelektrode mit einem Durchmesser von 450 mm ermöglicht die pulvermetallurgische Auskleidung auf Kupferbasis mit der Zusammensetzung 2 nach Tabelle 3. mit vertikal angeordneten Aussparungen und einer Kupfergrundplatte, eine ununterbrochene Arbeitszeit von 3 Wochen (430 Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn

So die Stromdichte auf 35 A cm⁵ ansteigt.

Die pulvermetallurgische Auskleidung auf Kupferbasis mit der in den Fig. lla und lib gezeigten Struktur ohne Aussparungen, wobei die pulvermetallurgische Platte die Zusammensetzung 2 nach Tabelle 3 aufweist, ermöglicht eine ununterbrochene Arbeitszeit von 4.5 Wochen (640 Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Stromdichte auf 35 A/cm² ansteigt.

Die puKermetallurgische Auskleidung auf Kupferbasis mil der in ucn Fig. Ha und 11b gezeigten Struktur ohne Aussparungen, wobei die Auskleidung einen Zusatz ν on Üraph.tfasern gemäß der Zusammen- ^ scizung 12 nach Tabelle 3 aufweist, ermöglicht eme 5 1-3 ununterbroL-hene Arbeitszeit von 5.5 Wo.iien I W Ar- l beistunden) ohne Nachschleifen, auch wenn d.e Stromstärke auf 52 A cm* ansteigt, wobei der Transformator eine nominale Kapazität von 26 400 kVA

^;U'i;;^eiGe_aensatz dazu mußte nach einer Woche ,144 Arbeitsstunden) die Oberfläche der Auskleidung nachueschliften werden, wöbe, die durchschnittliche te nur 25 A.cm* betrug.

bei einem

Beispiel 4

ktrosiahlofen mit der nominak-i _%OI1 40 t. einem Transformator mit Λ Kapazität und einer IS T-Graphiielek.rode mit 450 mm Durchmesser ermöglicht ,!„ pulvermetallurgische Auskleidung au Eisenbaus rr.:: der Zusammensetzung 4 nach Tabelle 3 und ohne Aussparungen
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Beispiels

Bei einem Elektrostahlofen mit einer nominalen Kapazität von 25 t. einem Transformator mit 750OkVA Kapazität und einer 14 T-Elektrode mit 350 mm Durchmesser ermöglicht die pulvermetallurgische Auskleidung auf Alumin.umbasis ohne Aussparungen. wooei die Platte die Zusammensetzung 3 nach Ta-

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Zusammensetzungen 4. 5 und 4 _;

besteht, ermöglicht eine ununterbrochene Arbeits-. von 4 Wochen (570 Arbeitsstunden) ohne !W-schleife,, auch wenn die Stromdich^ einen S e,

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einzelnen pulvermetallurgischen Schichten auf AIuminiumbasis die Zusammensetzungen 3. 8 und 3 nach Tabelle 3 haben, ermöglicht eine ununterbrochu,c Arbeitszeit von 3 Wochen (430 Arbeit*- stunden) ohne Nachschleifen auch wenn die Strom-''S!: Sv^SürS^Auskleidung auf Aluminiumbasis mit der in den F i g. 11 a und 11 b gezeigten ^ ^^^l verwendet *,:d

Im Gegensatz dazu war " «*·' obcrfläclio

Kup.erblechauskleidung no._Wendg. d^ OberlU

£i7 ,^ESife,, a,cii durchschmttHche S.romdich,. nur den Wert von 25 A cm- erreichte. _h

broc Ic c Arbeitszeit von 4 Wochen (570 Arbeits-STi; Nachschleifen, auch wen e Strom-

,ΐΑ ns"! daVu^ar t bei den herkömmlichen K ί e bedKHiileidungen notwendig, nach einem Ablauf von einer Woche (144 Arbeitsstunden) die Oberfläche nachzuschleifen, auch wenn die durchschnittlichc Stromdichte nur 20Ac^ betrug.

Auskleidung ist aus einer p
g-schen «-«^Κ'

UUIgL-MIIiLi ι sind, wobei die Metallplatte aus mindestens einem Metall der Gruppe Kupfer. Ijscii und Aluminium besteht, mit oder ohne Graphitpulver, einem zusätzlichen Metallpulver und. falls notwendig, auch unter Zusatz von Kohlenstoff- oder Graphitfasern.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. ^elektrodenhalter mit pulvermetallurgischer Auskleidung für die Graphitelektrode!! eines Elektrolichtbogenofen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus 30 bis 100 Gewichtsprozent mindestens eines Metallpulver aus der Gruppe Kupfer. Eisen oder Aluminium als Hauptkomponente des Metallpul ν er. 0 bis 50 Gewichtsprozent Graphit pulver und 0 bis 30 Gewichtsprozent eines weiteren Metallpulver und 0 bis 3 Gewichtsprozent Kohlenstoffof'er Graphitfasern, bezogen auf das Gesamtgewicht, der pulvermetallurgischen Auskleidung besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus 80 bis 95 Gewi.-htsprozent mindestens eines Metallpulver der Gruppe Kupfer. Eisen und Aluminium als Hauptkomponente des Metallpulvers. 3 bis 15 Gewichtsprozent Graphitpulver und 2 bis 5 Gewichtsprozent des weiteren Metallpulvers und 0.2 bis 1.5 Gewichtsprozent Kohlenstoff- oder Graphitfaser, bezogen auf dar, Gesamtgewicht der pulvermetallurgischen Auskleidung, besteht.

3. Vorrichtung n;: :!i Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei oder mehr pulvermetallurgischen Platten laminiert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansr"üche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung auf eine oder beide Sehen einer Metallplatte aufgesintert ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenhalter mit pulvermetalliirgischer Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die puivermeiaiiurgische Auskleidung unter einem Druck von 1.5 bis 8 t mgcformt und danach bei einer Temperatur von 500 bis 1250 C gesintert wird. .»■>

Vm viele der erwähnten Nachteile auszuschalten ging man in letzter Zeit zu einem Auskleidimgssystein über, bei dem zwischen der Graphitelektrode und den. Elektrodenhalter, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Kupfer blechauskleidur.g angebracht wird.

Bei dem obenerwähnten System kann der ansor. sten schlechte Kor.takt zwischen eiern Elektrodenhalter und der Graphitelektrode verbessert werden, auch wenn die Kühlwirkung an der Kontaktfolie zwischen dem Elektrodenhalter und der Graphitelektiode in gewisser Weise abnimmt, wobei jedoch eine Beschädigung des Elektrodenhalters ausgeschaltet ist. Besonders bei einer Kupferblechauskleidung ist es möglich, diese jederzeit zum Nachschleifen zu entfernen, durch welchen Vorgang der schlechte Kontakt und die schlechte elektrische Leitfähigkeit verbe- ert werden. Wird die Kupferblechauskleidung zum Nachschleifen zu dünn, muß nur die Auskleidung erneuert werden, was die Reparatur erleichtert und billiger macht.

Da auf Grund der Konstruktion eines Lichtbogenofens der Elektrodenhalter durch die heißen, im Ofen erzeugten Gase und durch den durch ihn fließenden elektrischen Strom erwärmt wird, ist es unvermeidlich, daß die Kupferblechauskleidung unter hoher Temperatur gehalten wird.

Der\Värmeausdermungskoeffizient der Kupferblechauskleidung unterscheidet sich von dem der Graphitelektrode, wie in Tabelle 1 gezeigt, ebenso wie der Durchmesser der Elektrode nicht bei allen Stücken gleich ist. wie Tabelle 2 zeigt, wodurch es sehr schwierig wird, auf der Kontaktfläche zwischen dem Elektrodenhalter und der Graphitelektrode einen guten Kontakt aufrechtzuerhalten.

Tabelle 1

Wärmeausdehnungskoeffizienten von Graplr't und Kupfer