DE2055757B2 - Elektrodenhalter fuer lichtbogenoefen - Google Patents
Elektrodenhalter fuer lichtbogenoefenInfo
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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 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 100;„ (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
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.
Hauptkomponente Kupferpulver Eisenpulver Aluminiumpulver
Graphitpulver
Zusätzliches Metallpulver
KohlenstofT-
oder Graphitfaser
Reinheit
Teilchen
Größe .
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
weniger als
0.912 mm
mehr als 98%
wenieer als
20Όμ weniger als
3.5467 mm
meht als 90%
Span
Charakteristische Werte für Kohlenstoff oder Graphitfasern (Einzelfaser)
Spezifisches Gewicht
(gem3)
Durchmesser (μ)
Zugfestigkeit (kg/cm2)
Ausdehnung (%) ....
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»uK ^,„^- 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 entSPreChf 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 BlldunS 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).
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.
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.
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;;eiGeaensatz dazu mußte nach einer Woche
,144 Arbeitsstunden) die Oberfläche der Auskleidung nachueschliften werden, wöbe, die durchschnittliche
te nur 25 A.cm* betrug.
bei einem
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
ίο 3 Wochen ""(43O A
auch wenn die
ίο 3 Wochen ""(43O A
auch wenn die
Die laminierte r
auf E;:,enbasih mit der in
ohne
auf E;:,enbasih mit der in
ohne
rochene Arbeitszeit :n) ohne Nachschleife
du
und 4 nach
mit üo
Tabeü,
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-
α·2α
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,
,o von 52 A ^' ^'^^ ,6 4oJkVA verwendet
der nominalen kapazität von _o tuv
wird ,lureische Auskleidung auf Ei^- -
Du. puKernicWMurgiscn σβ7βίβ,εη Struk: r
basis mit der in - ι g- 1-a unü i-o_ ? t
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'
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 (5)
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
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9067669 | 1969-11-12 | ||
JP8932970A JPS5022737B1 (de) | 1970-10-13 | 1970-10-13 | |
JP8933070A JPS5022738B1 (de) | 1970-10-13 | 1970-10-13 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2055757A1 DE2055757A1 (de) | 1971-06-16 |
DE2055757B2 true DE2055757B2 (de) | 1972-01-05 |
Family
ID=27306091
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19702055757 Withdrawn DE2055757B2 (de) | 1969-11-12 | 1970-11-12 | Elektrodenhalter fuer lichtbogenoefen |
Country Status (4)
Country | Link |
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