DE2055757C - Elektrodenhalter für Lichtbogenofen und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Bei dem obenerwähnten System kann der ansonsten schlechte Kontakt zwischen dem Elektrodenhalter und der Graphitelektrode verbessert werden, auch wenn die Kühlwirkung an der Kontaktfläche zwischen dem Elektrodenhalter und der Graphitelektrode 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 verbessert 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 Wärmeausdehnungskoeffizient der Kupferblechauskleidung unterscheidet sich von dem der Graphitelektrode, wie in Tabelle 1 gezeigt, ebenso wie der Durchmesser der Elektrode nicht bei allen Stücken gleieh 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 Graphit und Kupfer

Graphit Kupfer Wärmeausdehnungskoeffizient χ 10 TC

0,6 1,0 16,6

Temperatur °C

20 100⁰C 20⁰C

Die Erlindung bezieht sich auf einen Elektrodenhalter mit puivermetallurgischer Auskleidung für die Graphitelektroden eines Elektrolichtbogenofens sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

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

Bei diesen bekannten Liektrodenhaltcrn besteht die Gefahr eines schlechten Kontaktes mit der Elektrode, woraus eine Deformation des Elektrodenhalters selbst auf Grund der bei 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 Kontaklwiderstand an der Oberfläche des lilektrocJenhalters erzeugte Wärme wirksam durch Zuführung eines Kühlmittels durch den Elektrodenhalter abgeleitet wird.

Hei einem derartigen, wie oben erwähnten, Aufbau des filektrodenhalters liegt ein weiteres Problem in der kugelförmigen Konlaklllüche zwischen der Graphitelektrode und dem Elektrodenhalter, was zu einer so hohen Beschädigung des lilektrodenhaltcrs führt, dal.) eine Reparatur äußerst schwierig wird.

45 Tabelle 2
Durchmesser der Graphitelektrode (Einheit mm)

Durchmesser	Toleranzbereich	Mind.- Durchmesser
50 der Elektrode	nach den Bestimmungen JIS* R 7201	303
Soll-Durchmesser	Max.- Durchmesser	353
300	307	404
350	357	455
55 400	408	506
450	459	557
500	510
550	561

60

JIS Japanische Industrienorm.

In letzter Zeit geht man beim Betrieb von Lichtbogenöfen mehr und mehr dazu über, diese mit elektrischer loch--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-

bleibenden guten Kontakt zwischen der Graphit- F: g. 3 die charakteristische Kurve für eine durch elektrode und der Auskleidung des Elettrodenhalters Druck hervorgerufene Deformation einer pulveraufrechtzuerhalten. Aus diesem Grund entstehen an metallurgischen Platte unter Verwendung von Kupfer, den Kontaktstellen Stromspitzen, wodurch eine außer- verglichen mit der charakteristischen Kurve für gewöhnliche lokale Erwärmung wie auch die Bildung 5 Xupferblech, ·

von einer Kupferoxidschicht hervorgerufen vverden F i g. 4a bis 4c die charakteristischen Kurven für kann. Da das gebildete Kupferoxid ein schlechter die Wechselbeziehung zwischen einem elektrischen Strom- und Wärmeleiter ist, wird der Temperatur- Kontaktwiderstand und dem Kontaktdruck einer anstieg beschleunigt, bis eine Beschädigung der pulvermetallurgischen Platte der Zusammensetzung 2, Kupferblechauskleidung eintritt. Um diesem Nachteil io 3 oder 4; der Zusammensetzung 7 und für eine beabzuhelfen, sollte die Kupferblechauskleidung in schichtete und geformte Platte, die aus Platten der regelmäßigen Zeitabständen alle paar Tage nachge- Zusammensetzungen 1, 5 und 2 besteht, und für schliffen werden, um die Oxidschicht zu entfernen piilvermetallurgische Platten der Zusammensetzungen und somit einer lokalen Erwärmung vorzubeugen. 12, 13 oder 14 (unter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern), Mit dem Anstieg der elektrischen Leistung nehmen 15 wie in Tabelle 3 gezeigt, jeweils verglichen mit den bei auch die Zeiten zum Nachschleifen der Kupferblech- Zimmertemperatur gemessenen Werten für eine Graauskleidung zu, während die jeweilige tatsächliche phitplatte,

Betriebszeit der Auskleidung abnimmt. Aus diesem Fig. 5a bis 5c die charakteristischen Kurven für Grund nehmen die tatsächlichen Betriebsstunden mit die Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontaktsteigender elektrischer Leistung ab, während die ao widerstand und dem Kontaktdruck der Auskleidungen Wartungskosten steigen. für die in den F i g. 4a bis 4c dargestellten Proben,

Beim Betrieb des Liehtbogertofens mit elektrischer nach Behandlung bei einer Temperatur von 300⁰C Hoch- und Höchstleistung führt die Verwendung gemessen in der jeweiligen Umgebungstemperatur, eines elektrischen Stromes, der zwei- bis viermal so wie auch unter den jeweiligen Arbeitsbedingungen, hoch ist wie gewöhnlich, zu einem Anstieg der elek- 25 Fig. 6a bis 11b schematische Darstellungen der trischen Stromdichte, wodurch die obengenannten erfindungsgemäßen pulvermetallurgischen Ausklei-Nachteile sehr leicht auftreten können. dung.

Aus diesem Grunde wurde oft bei mit elektrischer F i g. 6a und 6b eine Vorderansicht und eine

Höchstleistung betriebenen Lichtbogenofen eine Aus- Draufsicht auf die pulvermetallurgische Auskleidung

kleidung für den Elektrodenhalter verwendet, bei der 30 ohne Aussparungen auf der Oberfläche,

durch die Auskleidung selbst Wasser geführt wird F i g. 7a die Vorderansicht der pulvermetallur-

und der Klemmdruck mehr als doppelt so hoch wie gischen Auskleidung selbst mit schräg angeordneten,

normal ist. rautenförmigen Aussparungen 9 auf der inneren

Bei einem wie obenerwähnten Aufbau des Elektro- gebogenen Oberfläche 8,

denhalters bildet sich leicht eine Kupferoxidschicht, 35 Fig. 7b eine Teilansicht im Schnitt entlang der

die als isolierendes Material wirkt und leicht Funken Linie c-c der F i g. 7a,

abgibt. Fig. 8a und 8b eine Draufsicht auf eine auf eine

Angesichts dieser Tatsachen war es notwendig, die Seite der Metallplatte aufgesinterte Auskleidung, wobei Auskleidung jede Woche zu erneuern. die piilvermetallurgische Platte Il keinerlei Aus-Ziel der Erfindung ist es, eine neue Auskleidung zur 40 sparungen hat,

Verwendung bei Graphitelektrodenhaltern zu schaffen, F i g. 9a und 9 b Vorderansicht und Draufsicht auf

die viele Nachteile ausschaltet, den Betriebswirkungs- eine auf eine Seite der Metallplatte 12 aufgesinterte

grad erhöht und die Warlungskosten niedrig hält. Auskleidung, wobei die pulvermetallurgische Platte 13

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, vertikal angeordnete Aussparungen 14 trägt,

daß die Auskleidung aus 30 bis 100 Gewichtsprozent 45 Fig. 10a und 10b eine Vorderansicht und eine

mindestens eines Metallpulver aus der Gruppe Draufsicht auf die auf eine Seite der Metallplatte 15

Kupfer, Eisen oder Aluminium als Hauptkomponente aufgesinterte Auskleidung, wobei die pulvermetalUir-

des Metallpulvers, 0 bis 50 Gewichtsprozent Graphit- gische Platte 16 horizontal angeordnete Aussparungen

pulver und 0 bis 30 Gewichtsprozent eines weiteren 17 trägt,

Metallpulver und 0 bis 3 Gewichtsprozent Kohlen- 50 Fig. lla und 11b eine Vorderansicht und eine stoff- oder Graphitfasern, bezogen auf das Gesamt- Draufsicht auf die auf beide Seiten der Metallplatte 18 gewicht der pulvermetallurgischen Auskleidung be- aufgesinterte Auskleidung, in Form von pulversteht, metallurgischen Platten 19,

Die Erfindung umfaßt die poröse pulvermetallur- Fig. 12a und 12b eine Vorderansicht und eine

gische Platte selbst, eine beschichtete und geformte 55 Draufsicht auf die Auskleidung, die aus pulver-

Platte, die aus zwei oder mehr porösen pulvermetallur- metallurgischen Platten besteht, die auf pulver-

gischen Platten besteht, wobei diese verschiedene metallurgische Platten der Zusammensetzungen 1, 5

Zusammensetzungen haben, oder laminierte Platten, und 2 geschichtet sind, und

die auf die Oberfläche nur einer Platte aufgetragen Fig. 13 und 13b schematische Darstellungen des

sind. Die Auskleidung kann auf eine oder beide 60 Elektrodenhalters, bei dem die in Fig. 12a und 12b

Seiten der beim Elektrodenhalter des Lichtbogenofens gezeigte piilvermetallurgische Auskleidung angewandt

verwendeten Metallplatte aufgesintert sein. ist.

Im folgenden ist eine kurze Beschreibung der In F i g. I bezeichnet die Bezugsziffer 1 die Graphit-Zeichnungen gegeben. Es zeigt elektrode, Ziffer 2 den Elektrodenhalter mit Wasscr-

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Elektrodenhalter 65 kühlung. Ziffer 3 die Kupferblechauskleidung, Ziffer 4

mit einer erfindungsgemäßen Auskleidung, ein Zuleitungsrohr für elektrischen Strom, Ziffer 5 ein

F i g. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Druckelement, Ziffer 6 den Kühlwassereinlaß und

Elektrodenhalters, Ziffer 7 den Kühlwasserauslaß.

Im folgenden ist eine Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels gegeben.

Die poröse pulvermetallurgische Auskleidung wurde dadurch hergestellt, daß die Hauptkomponenten des Metallpulvers Graphilpulver, 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, vorzugsweise 3 bis 15 Gewichtsprozent von Graphitpulver, 0 bis 30°/₀, vorzugsweise 2 bis 5 Gewichtsprozent eines weiteren Metallpulvers und 0 bis 3%. vorzugsweise 0,2 bis 1,5 Gewichtsprozent Kohlenstoff- oder Graphilfasern, bezogen auf das Gesamtgewicht ίο der in Tabelle 3 gezeigten pulvermetallurgischen Platte.

Tabelle 3 Zusammensetzung und Eigenschaften einer pulvermetallurgischen Auskleidung

Mischverhältnis	93·/,	(Gew.·/,)	Poro sität	)	11	I	25	j	20	27	ι	18	I	15	I	Relativer Wider stand	Elastizitäts modul	Zug festigkeit	Wärme ausdehnungs- koeffizient	Kontafct- widerstand	(B) μΩ
	5°/o	(Gew.%)	7.	t 10	1				1	μ Ω-cm	kg/cm«	kg/cm1	X 10"1Y0C	(Α)μΩ
	2%	(Gew.%)		J	5
	82·/,	(Gew.%)		1	10
	15°/,	(Gew.·/,)							200
1 Erfindungsgemäße pulvermetallurgische	3°/.	(Gew.%)	Γ»	2,5	5800	9	19	120
Auskleidung	86·/,	(Gew.%)	1
1. Kupferpulver	io°/.	(Gew.%)							180
Graphitpulver	4%	(Gew.%)	1 M	5,5	3700	2,5	17	100
Zinnpulver f	75·/,	(Gew.%)
2. Kupferpulver	20·/,	(Gew.%)	)						1800
Graphitpulver	5%	(Gew.%)		7	3000	2	2,5	1000
Zinkpulver	lOO°/o	(Gew.%)
3. Aluminiumpulver	100%	(Gew.%)						610
Graphitpulver	80% 20%	(Gew.%) (Gew.%)	17	6500	8	15	370
Zinkpulver	92% «%	(Gew.%) (Gew.%)						300
4. Eisenpulver	40%	(Gew.%)	2	8000	15	18	130	800
Kupferpulver Graphit	30%	(Gew.%)	19	7000	12	13	400	150
Bleipulver	10%	(Gew.·/,)	10	3200	2	17	90	2000
5. Kupferpulver	15%	(Gew.%)	6,	3100	2,7	23	900
6. Eisenpulver	5%	(Gew.%)
7. Kupferpulver Graphitpulver	30%	(Gew.%)						840
8. Aluminiumpulver Graphitpulver	40%	(Gew.·/,)	12	3600	3,6	23	450
9. Kupferpulver	10%	(Gew.%)
Eisenpulver	10%	(Gew.%)
Aluminiumpulver	10%	(Gew.%)
Graphitpulyer	85%	(Gew.%)						910
Zinn	14,5%	(Gew.%)	16	4200	6	20	630
10. Kupferpulver	0,5%	(Gew.%)
Eisenpulver	89%	(Gew.%)
Aluminiumpulver	10%	(Gew.%)						150
Zinnpulver	1%	(Gew.%)	5	3400	6	16	100
Graphitpulver
11. Kupferpulver						140
Graphitpulver	4	3600	9	16	95
Kohlenstoffaser
12. Kupferpulver
Graphitpulver
Graphitfaser

Gew."/, = Gewichtsprozent

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

2. Der Kontaktwiderstand (A) in μΩ wurde bei Zimmertemperatur beim Kontakt einer ebenen 40 cm* mit einer Graphitplattc unter einem Druck von 10 kg/cm' gemessen.

3. Der Kontaktwiderstand (B) in μ Ω wurde bei Zimmertemperatur beim Kontakt einer ebenen 40 cm¹ mit Graphit von 300" C unter einem Druck von 10 kg/cm¹ gemessen.

Testplatte mit einer Fläche von Testpbtte mit einer Fläche von

, ι

Tabelle 3 (Forlsetzung)

Mischverhältnis

Porosität Relativer
Widerstand
μ Π-cm

Elastizitätsmodul

kg/cm^!

Zugfestigkeit

kg/cm*

Wärmeausdehnungs-
koeffizient

χ 10-,/⁰C

Kontaktwiderstand

(A)μΩ| (B) μΓ

13. Eisenpulver 70% (Gew.⁰/,,) Kupferpulver 15·/· (Gew.%) Graphitpulver 8,5 °/„ (Gew.°/₀) Zinkpulver · 5°/₀ (Gew.⁰/,,) Kohlenstoffaser Ι,5·/ο (Gew.%)

14. Aluminiumpulver 85% (Gew.%) Zinkpulver 5% (Gew.%) Magnesiumpulver 1 % (Gew.%) Graphitpulvci 8% (Gew.%) Kohlenstoffaser 1 % (Gew.%)

H Metallplatte für Vergleichszwecke Kupferpulver Aluminiumpulver Eisenpulver

18

10

1,7

2,8

10,0

5800

2800

12000

7300

20000

15

28

17 25 12

280

830

150

1300

450

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 nach dem Zusammensetzungsverhältnis ändern, werden die verwendeten Metallpulver unter einem Druck von 1,5 bis 8 t/cm² vorzugsweise in ihre gewünschte Form gebracht und dann bei einer

Temperatur von 500 bis 1250⁰C für 15 bis 180 Minuter

as gesintert.

Bei der Herstellung von laminierten Platten werder 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 verwenden Metallpulver sind in den Tabellen 4 und i gezeigt.

Tabelle 4

Hauptkomponente	Kupferpulver	Eisenpulver	Aluminiumpulver	Graphitpulver	Zusätzliches K* mf allniilvpr	Kohlenstoff- oder
mehr als	mehr als	mehr als		ITiC MtUfJUI VCI	Graphitfaser
98,5%	97%	98%	mehr als	mehr als ,	mehl als
weniger als	weniger als	weniger als	85%	98%	90%
ΙΟΟΟμ.	ΙΟΟΟμ	ΙΟΟΟμ	weniger als	weniger als
weniger als	weniger als	weniger als	ΙΟΟΟμ	200 μ
0,912 mm	0,912 mm	0,912 mm	weniger als	weniger als
lichte			0,912 mm	3,5467 mm	Span
Maschenweite

Reinheit

Teilchen Größe .

Tabelle 5

Charakteristische Werte für Kohlenstoff oder Graphitfasern (Einzelfaser)

Spezifisches Gewicht

(g/cm¹)

Durchmesser (μ)

Zugfestigkeit (kg/cm*) ... Ausdehnung (%)

Charakteristischer Wert

1,4 bis 2,0 7 bis 20 6 bis 25 0,3 bis 1,8

Form

Span

lang

2bisl5m/m

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

Vorzugsweise werden die folgenden Gruppen unter einander kombiniert: Eisen, Kupfer, Zinn, Aluminium Blei, Zink, Magnesium; Wolfram Molybdän; Kobalt Tantal, Chrom; Titan, Beryllium; Silber, Mangan Cadmium.

Vorzugsweise haben die Partikeln der verwendetet Metallpulver einheitlich eine runde Form, wie aucl ein Mindestdnick zur Formung und eine derartigi Sintertemperatur gewählt werden, daß auf dem Metall pulver eine Oberflächendiffusion «entsteht, um di<

erfindungsgemäße poröse pulvermetallurgische Aus kleidung herzustellen. '

Angesichts der Tatsache, daß die Kontäktflachi zwischen der Auskleidung und dem ülcktrodenhalte

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9 10

gebogen ist, darf die Biegung zwischen dem Elektroden- Zusatz von Kohlenstoff-Fasern, Zusammensetzung 13

halter und der Auskleidung nicht um 1 Minute von- (Kurve Δ) und für eine Auskleidung unter Verwendung

einander abweichen, da ansonsten die Kupferblech- von Aluminium unter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern,

auskleidung an einigen Stellen oder Linien mit dem Zusammensetzung 14 (Kurve D).

Elektrodenhalter in Berührung kommt, wodurch der 5 Die jeweiligen experimentellen Bedingungen ent- Kontaktwiderstand erhöht wird. sprechen den Bedingungen vor dem ersten Auswech- In dem Fall, daß an Stelle der in F i g. 3 gezeigten sein der Auskleidung. Es stellte sich heraus, daß in Kupferblechauskleidung die pulvermetallurgische Aus· diesem Fall die pulvermetallurgische Auskleidung, ·

kleidung verwendet wird, ist der elektrische Kontakt- ausgenommen eine Auskleidung unter Verwendung <

widerstand, verglichen mit dem der Kupferblech- io von Kupfer, einen größeren elektrischen Kontakt- <

auskleidung in Betrieb, trotz seiner porösen Struktur widerstand besitzt als eine Kupferblechauskleidung, <

relativ niedrig, da die Plattenauskleidung einem höhe- wegen der für Metall typischen elektrischen Leitfähig- λ

Ten Deformationsdruck widersteht, wobei durch einen keit. i Klemmdruck von gewöhnlich S bis 30kg/cm² ein Fig. Sa bis 5c zeigen den elektrischen Kontakt-

guter Kontakt aufrechterhalten wird, verglichen mit 15 widerstand der in Fig. 4a bis 4c gezeigten Probe- ι

dem der Kupferblechau&kleidung, wegen der porösen stücke nach einer Wärmebehandlung unter 300^cC

Struktur der Auskleidung. gemessen bei normaler Zimmertemperatur, zum Ver- F i g. 3 zeigt eine charakteristische Kurve für eine gleich sind die entsprechenden Werte für den elektri-

durch Druck hervorgerufene Deformation einer pulver- sehen Kontaktwiderstand unbehandelter Probestücke <

metallurgischen Auskleidung unter Verwendung von *o angegeben. <

Kupfer, verglichen mit der Kurve bei Verwendung Aus den in den F i g. 5a bis 5c erhaltenen Werten

leiner Kupferplatte, wobei auf der Ordinate der Klemm- wurde festgestellt, daß der elektrische Kontaktwider- ι

druck (kg/cm²) und auf der Abszisse die Druckdefor- stand zwischen einer pulvermetallurgischen Ausklei-

mation der pulvermetallurgischen Auskleidung unter dung unter Verwendung von Kupfer und einer Graphit-

Verwendung von Kupfer, die auf eine Kupferplatte as platte bei einem Klemmdruck von 5 bis 30 kg/cm» f

aufgesintert ist, aufgetragen sind (Kurve O)- kleiner ist als bei einer Kupferblechauskleidung, da <

Für eine pulvermetallurgische Auskleidung unter der Kontaktwiderstand zwischen der Kupferblech- I Verwendung von Kupfer, unter Zusatz von Kohlen- auskleidung und der Graphitelektrode sehr stark <

stoff-Fasern (Kurve Δ). durch die Bildung einer Oxidschicht beeinträchtigt <

Für eine laminierte Auskleidung, geformt aus pulver- 30 wird, während das bei einer pulvermetallurgischen !

metallurgischen Platten unter Verwendung von Kupfer Auskleidung nicht der Fall ist. !

(Kurve O) Bei Verwendung einer Kupferblechauskleidung war

Kurve für die laminierte Auskleidung (Abmaße des es unumgänglich, deren Oberfläche äußerst fein zu Probestückes: 40 ■ 20 · 10 mm), die aus pulvermetallur- bearbeiten, während eine derartige Bearbeitung bei gischen Platten unter Verwendung von Kupfer und 35 einer erfindungsgemäßen pulvermetallurgischen Ausunter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern gebildet ist kleidung nicht notwendig ist, da eine aus schlechtem (Kurve X). Kontakt zwischen der Auskleidung und der Graphit-

F ig. 4a bis 4c zeigen Meßergebnisse 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 pulvern« tallurgischen Auskleidung bei Zimmertem- des Elektrodenhalters mit Hilfe des Klemmdruckes peratur mit einer Größe von 80 · 10 mm, wobei der möglich ist

KlciTimdruck {8 kg/cm¹) auf der Abszisse und der Der Einfachheit halber wurde zwar nur eine Auselektrische Kontaktwiderstand (μΩ) auf der Ordinate kleidung mit einer glatten gebogenen Oberfläche beaufgetragen 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 g. 4a zeigt eine charakteristische Kurve für die geordnete Aussparungen tragen, wobei sie die Form Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontakt- einer auf eine oder beide Seiten einer metallischen

widerstand nA Klemmdruck einer pulvermetallur- Grundplatte oder einer beschichteten Auskleidung

gischen Auskleidung unter Verwendung von Kupfer 50 haben kann. In gleicher Weise kann bei Bedarf eine

mit der Zusammensetzung 2 (Kurve O), für eine derartige pulvermetallurgische Auskleidung mit Zusatz

Auskleidung unter Verwendung von Aluminium mit von Kohlenstoff- oder Graphitfasern in gleicher Weise

der Zusammensetzung 3 (Kurve □); unter Verwendung verwendet werden,

von Eisen mit der Zusammensetzung 4 (Kurve Δ). Durch diese Aussparungen wird die Kontaktfläche

F i g. 4b zeigt eine charakteristische Kurve für die 55 der Plattenauskleidung verkleinert, jedoch nimmt die Wechselbeziehung zwischen 'elektrischem Kontakt- Druckbelastung pro Flächeneinheit zu, wodurch der

widerstand und Klemmdruck einer pulvermetallur- elektrische Kontaktwiderstand der Auskleidung klein

gischen Auskleidung unter Verwendung von Kupfer und die Biegung der Auskleidung durch die Anordnung

mit der Zusammensetzung 7 (Kurve O). . der Aussparungenleichter wird, womit die Auskleidung

Für eine geformte und geschichtete Auskleidung, έο und der Elektrodenhalter wie auch die Auskleidung

gebildet aus Platten mit der Zusammensetzung 1, 5, und die Elektrode besser zusammenhalten,

und 2 (Kurve Δ). Ausgehend von den oben erwähnten Vorteilen steHt

F i g. 4c zeigt eine charakteristische Kurve für die die Arbeitsleistung einer Auskleidung mil und cone Wechselbeziehung zwischen elektrischem Kontakt- Aussparungen gegenüber einer Kupferblechauskleiwiderstand und Klemmdruck bei einer pulvermetallur- 65 dung eine Verbesserung dar. gischen Auskleidung mit Zusatz von Kohlenstoff- Bei einer beschichteten und geformten Auskleidung, Fasern, Zusammensetzung 12 (Kurve O), für eine die aus mehr als zwei pulvennetallurgischen Platten Auskleidung unter Verwendung von Eisen unter besteht, die sich in ihrer Zusammensetzung unter-

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11 12

scheiden, besteht ein Vorteil darin, daß die Festigkeit 50 bis 100% ansteigen sollte, vährend die auf einer erhöht wird und daß die Handhabung im Vergleich Erhöhung angeordnete Auskleidung bei hohen Temzu rein pulvermetallurgischen Platten leichter ist, die peraturen nicht so oft ausgewechselt werden muß, sich auf die Adhäsionseigenschaft wegen der niedrigen was zu höherer Arbeitsleistung und Sicherheit, wie Elastizität und der großen durch Druck hervorge- 5 auch zur Erhöhung der Produktivität und rationeller rufenen Derformation wesentlich verbessert. Arbeitsweise führt, d. h., die Auskleidung kann Bei der obenerwähnten pulvermetallurgischen während eines Arbeitszyklus laufend ohne Störungen Auskleidung, die gleichmäßig mit Kohlenstoff- oder eingesetzt werden. Außerdem ist bei einer pulver_: Graphitfasern versetzt ist, und bei laminierten Platten metallurgischen Auskleidung kein Nachschleifen notdieser Zusammensetzung besteht der Vorteil darin, io wendig, was bei Kupferblechauskleidungen sehr daß die Widerstandsfähigkeit gegenüber Verschleiß wichtig ist, und ihre Lebensdauer wird wesentlich wegen der zunehmenden Biegefestigkeit und Wärme- verlängert, wodurch sich die für die herkömmlichen leitfähigkeit wesentlich verbessert wird, d. h., daß die Auskleidungen notwendigen Aufwendungen oder Betriebszeit wesentlich länger ist, während auf der Kosten um 20 bis 70% verringern, anderen Seite sich die um 20 bis 30% höherliegenden 15 Herstellungskosten wegen der komplexen Herstellungsmethode als nachteilig erwiesen haben. Beispiel 1

Fig. 6a bis Hb zeigen verschiedene Arten der

ernndungsgemäßen pulvermetallurgischen Ausklei- Bei einem Elektrostahlofen mit einer nominalen dung. Fig. 6a und 6b zeigen eine Vorderansicht ao Kapazität von 25 t, einem Transformator mit 750OkVA und eine Draufsicht auf eine pulvermetallurgische und 14 T-Elektrode mit 350 mm Durchmesser ermög-Auskleidung ohne jede Aussparungen. licht die pulvermetallurgische Auskleidung auf Kupfer-F i g. 7a zeigt eine Vorderansicht der Auskleidung 8 basis, die weder Aussparungen noch eine Grundplatte mit schräg angeordneten, gitterförmigen Aussparun- der Zusammensetzung 1 nach Tabelle 3 hat, eine gen 9 auf ihrer inneren gebogenen Oberfläche. Fig. 7 b as ununterbrochene Einsatzzeit von 3 Wochen (430 Arzeigt eine Ansicht der Auskleidung entlang der Schnitt- beitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die linieC-C der Fig. 7a. Die Fig. 8a und 8b zeigen Stromdichte auf 30A/cm* ansteigt, eine Vorderansicht und einen Aufriß des oberen Teils Die beschichtete und geformte pulvermetallurgische einer Auskleidung, bei der die pulvermetallurgische Auskleidung ohne Aussparungen und auch ohne Schicht U aufgesintert wurde und wobei auf einer 30 Grundplatte, die pulvermetallurgische Platten der Seite der Metallplatte 10 keine Aussparungen vor- Zusammensetzungen 1, 5 und 2 nach Tabelle 3 umhanden sind. Fig. 9a und 9b zeigen eine Vorder- faßt, ermöglicht eine ununterbrochene Einsatzzeit ansicht und eine Draufsicht auf eine Auskleidung, von 4 Wochen (570 Arbeitsstunden) ohne Nachschleibei der eine pulvermetallurgische Schicht 13 mit fen, auch wenn die Stromdichte auf 30 A/cm* ansteigt, vertikal angeordneten Aussparungen 14 auf eine 35 Die pulvermetailurgische Auskleidung mit Kupfer Oberfläche der Metallplatte 12 aufgesintert ist. F i g. unter Zusatz von Kohlenstoff-Fasern ohne jede Aus-10a und lOb zeigen eine Vorderansicht und eine sparungen und ohne Grundplatte der Zusammenset-Draufsicht auf eine Auskleidung, bei der die pulver- zung Il nach Tabelle 3 ermöglicht eine ununtermetallurgische Platte 16 mit vertikal angeordneten brochene Arbeitszeit von 5 Wochen (720 Arbeits-Aussparungen 17 auf einer Seite der Metallplatte 15 40 stunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die durchangeordnet ist. Fig. Ha und Hb zeigen eine Vorder- schnittliche Stromdichte auf 30 A/cm* ansteigt, ansicht und eine Draufsicht auf die Auskleidung, bei Bei einer herkömmlichen Kupferblechauskleidung der die pulvermetallurgischen Schichten 19 auf beide war es notwendig, nach einer ununterbrochenen Oberflächen der Metallplatte 18 aufgesintert sind. Arbeitszeit von 1 Woche (144 Arbeitsstunden) die F i g. 12a und 12b zeigen eine Vorderansicht und eine 45 Oberfläche nachzuschleifen, wobei die durchschnitt-Draufsicht auf eine Auskleidung, bei der pulver- liehe Stromdichte 20 A/cm* betrug, metallurgische Platten der Zusammensetzungen 1, 5 und 2, wie in Tabelle 3 angeführt, zusammengefügt sind. Beispiel 2

Die in den Fig. 6a bis Hb gezeigten pulver- 50

metallurgischen Platten können durch beschichtete Bei einem Elektrostahlofen mit einer nominalen

pulvermetallurgische Platten ersetzt werden» . Kapazität von 40 t, einem Transformator mil

Die nur aus pulvermetallurgischen Platten bestehende 12 500 kVA und einer 18 T-Graphitelektrode mit einem

und in den F ig. 6 a bis 12 b gezeigte Auskleidung kann Durchmesser von 450 mm ermöglicht die pulver-

bei einem Elektrodenhalter verwendet werden, in den SS metallurgische Auskleidung auf Kupferbasis mit dei

sie wie in Fig. 13 eingesetzt wird. Zusammensetzung 2 nach Tabelle 3, mit vertikal

Die Auskleidung, bei der pulvermetallurgische angeordneten Aussparungen und einer Kupfergrund-Platten auf eine metallische Grundplatte in geschieh- platte, eine ununterbrochene Arbeitszeit von 3 Wocher teter Form wie in Fig. 8 a bis 12 b gezeigt, auf ge- (430 Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wem sintert sind, kann wie in F i g. 1 ein Elektrodenhalter ⁶o die Stromdichte auf 35 A/cm* ansteigt angebracht werden. Die pulvermetallurgische Auskleidung auf Kupfer

Die Auskleidung für den ernndungsgemäßen EIek- basis mit der in den Fig. Ha und Hb gezeigter

trodenhalter wird in den folgenden Beispielen näher Struktur ohne Aussparungen, wobei die pulvermetal

erklärt lurgische Platte die Zusammensetzung 2 nach Tabelle'.

Bei der ernndungsgemäßen Auskleidung muß die 65 aufweist, ermöglicht eine ununterbrochene Arbeitszei Oberfläche zwischen zwei- und zehnmal so oft wie bei von 4,5 Wochen (640 Arbeitsstunden) ohne Nach

einer gewöhnlichen Kupierblechauskleidung nachge- schleifen, auch wenn die Stromdichte auf 35 A/cm

schliffen werden, auch wenn die Stromdichte um ansteigt

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15 14

Die pulvermetallurgische Auskleidung auf Kupfer- ' R e i s d i e 1 4

basis mit der in den Fig. 11a und lib gezeigten ^p

Struktur ohne Aussparungen, wobei die Auskleidung Bei einem Elektrostahlofen mit der nominalen

einen Zusatz von Graphitfasern gemäß der Zusammen- Kapazität von 40 t, einem Transformator mit setzung 12 nach Tabelle 3 aufweist, ermöglicht eine S 125 000 kVA Kapazität und einer 18 T-Graphitununterbrochene Arbeitszeit von 5,5 Wochen (790 Ar- elektrode mit 450 mm Durchmesser ermöglicht die beitsstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die pulvermetallurgische Auskleidung auf Eisenbasis mit Stromstärke auf 52 A/cm* ansteigt, wobei der Trans- der Zusammensetzung 4 nach Tabelle 3 und ohne formator eine nominale Kapazität von 26 40OkVA Aussparungen eine ununterbrochene Arbeitszeit von aufweist. io 3 Wochen (430 Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen,

Im Gegensatz dazu mußte nach einer Woche auch wenn die Stromdichte 35 A/cm² erreicht.
(144 Arbeitsstunden) die Oberfläche der Auskleidung Die laminierte pulvermetallurgische Auskleidung

nachgeschliffen werden, wobei die durchschnittliche auf Eisenbasis mit der in den Fig. 12a und 12b Stromdichte nur 25 A/cm² betrug. gezeigten Struktur ohne Aussparungen, die aus

15 pulvermetallurgischen Platten auf Eisenbasis mit den Zusammensetzungen 4, 5 und 4 nach Tabelle 3

Beispiel 3 besteht, ermöglicht eine ununterbrochene Arbeitszeit

von 4 Wochen (570 Arbeitsstunden) ohne Nach-

Bei einem Elektrostahlofen mit einer nominalen schleifen, auch wenn die Stromdichte einen Wert Kapazität von 25 t, einem Transformator mit 750OkVA ao von 52 A/cm* erreicht, wobei ein Transformator mit Kapazität und einer 14 T-Elektrode mit 350 mm der nominalen Kapazität von 26 400 kVA verwenHet Durchmesser ermöglicht die pulvermetallurgische Aus- wird.

kleidung auf Aluminiumbasis ohne Aussparungen, Die pulvermetallurgische Auskleidung auf Eisen-

wobei die Platte die Zusammensetzung 3 nach Ta- basis mit der in F i g. 12a und 12b gezeigten Struktur belle 3 hat, eine ununterbrochene Arbeitszeit von 25 ohne Aussparungen, die aus pulvermetallurgischen 2 Wochen (288 Arbeitsstunden) ohne Nachschleifen, Platten auf Eisenbasis unter Zusatz von Kohlenstoffauch wenn die Stromdichte auf 30 A/cm* ansteigt. Fasern besteht, mit der Zusammensetzung 13 nach

Die pulvcrmetallurgische Auskleidung auf Alu- Tabelle 3, ermöglicht eine ununterbrochene Arbeitsminiumbasis, die in der in den Fig. 12a und 12b zeit von 5Wochen (720Arbeitsstunden) ohne Nachlaminien ist und keine Aussparungen trägt, wobei die 30 schleifen, auch wenn die Stromdichte einen Wert einzelnen pulvermetallurgischen Schichten auf Alu- von 52 A/cm* erreicht, wobei ein Transformator mit miniumbasis die Zusammensetzungen 3, 8 und 3 nominaler Kapazität von 25 400 kVA verwendet wird, nach Tabelle 3 haben, ermöglicht eine ununter- Im Gegensatz dazu war es bei einer herkömmlichen

brochene Arbeitszeit von 3 Wochen (430 Arbeits- Kupferblechauskleidung notwendig, die Oberfläche stunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Strom- 35 .nach einer ununterbrochenen Arbeitszeit von einer dichte auf 30 A/cm² ansteigt. Woche (144 Arbeitsstunden) nachzuschleifen, auch

, Die pulvermetallurgische Auskleidung auf Alumi- wenn die durchschnittliche Stromdichte nur den niumbasis mit der in den Fig. 11a und 11b gezeigten Wert von 25 A/cm* erreichte.
Struktur ohne Aussparungen, die aus einer pulver- Zusammenfassend umfaßt die Erfindung einen

metallurgischen Platte auf Aluminiumbasis mit Zusatz 40 Elektrodenhalter mit einer pulvermetallurgischen Ausvon Kohlenstoff-Fasern gemäß der Zusammensetzung kleidung zur Verwendung bei einem Lichtbogenofen 14 nach Tabelle 3 aufweist, ermöglicht eine ununter- unter elektrischer Hoch- und Höchstleistung. Die brochene Arbeitszeit von 4 Wochen (570 Arbeits- Auskleidung ist aus einer porösen pulvermetallurstunden) ohne Nachschleifen, auch wenn die Strom- gischen Platte selbst hergestellt, oder dadurch, daß die stärke auf 30 A/cm* ansteigt. 45 Platten auf eine oder beide Seiten einer Metallplatte

Im Gegensatz dazu war es bei den herkömmlichen aufgesintert sind, wobei die Metallplatte aus mindestens Kupferblechauskleidungen notwendig, nach einem einem Metall der Gruppe Kupfer, Eisen und Alumini-Ablauf von einer Woche (144 Arbeitsstunden) die um besteht, mit oder ohne Graphitpulver, einem Oberfläche nachzuschleifen, auch wenn die durch- zusätzlichen Metallpulver und, falls notwendig, auch schnittliche Stromdichte nur 20 A/cm* betrug. 50 unter Zusatz von Kohlenstoff- oder Graphitfasern.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Eelektrodenhalter mit pulvermetallurgischer Auskleidung für die Graphitelektroden eines Elektrolichtbogenofens, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus 30 bis 100 Gewichtsprozent mindestens eines Metallpulvers aus der Gruppe Kupfer, Eisen oder Aluminium als ,Hauptkomponente des Metallpulyers, 0 bis 50 Gewichtsprozent Graphitpulver und 0 bis 30 Gewichtsprozent eines weiteren Metallpulvers und 0 bis 3 Gewichtsprozent .Kohlenstoffoder Graphitfasern, bezogen auf das Gesamtgewicht der pulvermetallurgischen Auskleidung besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung aus 80 bis 95 Gewichtsprozent mindestens eines Metallpulvers 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 das Gesamtgewicht der pulver- »5 metallurgischen Auskleidung, besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 öder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei oder mehr pulvermetallurgischen Platten laminiert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung auf eine oder beide Seiten einer Metallplatte aufgesintert ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenhalter mit pulvermetallurgischer Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die pulvermetallurgische Auskleidung unter einem Druck von 1,5 bis 8 t/m² geformt und danach bei einer Temperatur von 500 bis 1250⁰C gesintert wird.

Um viele der erwähnten Nachteile auszuschalten, ging man in letzter Zeit zu einem Auskleidungssystem über, bei dem zwischen der Graphitelektrode und dem Elektrodenhalter, wie in F i g. 1 gezeigt, eine Kupferblechauskleidung angebracht wird.