DE2430817B2 - Elektrode fuer lichtbogenoefen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Lichtbogenöfen, bestehend aus mehreren miteinander verschraub- 4s ten Elektrodenabschnitten, bei der der insbesondere an der Spitze der Elektrode entstehende Abbrand durch Anstückeln neuer Elektrodenabschnitte ersetzt wird und die Elektrode durch gleichzeitig als Hochstromverbindung dienende lösbare Klemmbacken gehalten ist so

Die in Lichtbogenöfen zur Erzeugung von Metallen oder Legierungen, wie z. B. Stählen, veiwendeten aus einer Vielzahl zylindrischer, an den Kopfflächen mit Gewindebohrungen versehenen und mir. Gewindenippeln verschraubten Elektrodenabschnitten bestehenden SS Graphitelektroden sind oberhalb des Ofendeckels durch mit Klemmbacken versehenen Elektrodenhaltern gehalten, die gleichzeitig den Elektroden die zur Beheizung des Ofens erforderlichen hohen Ströme zuführen. Die Kontaktflächen der im allgemeinen aus Kupfer oder auch Gußeisen ausgeführten wassergekühlten Klemmbacken stellen einen Teil der Mantelfläche eines Zylinders dar, dessen Radius gleich dem Radius der Graphitelektrode ist Durch Absenkung: des Elektrodenhalters wird der Spitzenabbrand der Elektrode bis zu einem bestimmten Betrag ausgeglichen, übersteigt der Abbrand den Regelbereich, so wird ein neuer Elektrodenabschnitt auf die Elektrode geschraubt und der

Elektrodenhalter um diesen Betrag nach ouen versetzt

Infolge der hohen durch den Spannungsabfall im Kontakt sowie <»ιφ4ίβ Strahlungswärme des Ofens entstehenden Tsraieratur sowie der aus dem Ofen strömenden, heiße» korrosiven Gase werden die bekannten Kupferkontaktbacken trotz Wasserkühlung nach verhältnismäßig kurzer Zeit unbrauchbar. Bei der Verwendung von zur Vermeidung oder Verkleinerung des Abbrandes an der Mantelfläche mit oxidationshemmendeii Beschichtungen, wie z. B. Metall- oder Metalllegierungsschichten versehenen Graphitelektroden sind zudem in der Kontaktfläche partielle, die Oberfläche der Klemmbacke aufrauhende Verschweißungen nicht auszuschließen, wodurch die Güte des Kontakts verschlechtert und die Bildung von Lichtbögen zwischen Klemmbacken und Elektroden gefördert werden. Die geschilderten Fehler führen zu einer noch schnelleren Zerstörung der Klemmbacken. Lichtbögen entstehen ebenfalls bei unregelmäßig ausgebildeter Mantelfläche der Elektrode, so daß die herstellungsbedingt oberflächlich rauhen und verhältnismäßig große Durchmessertoleranzen aufweisenden Elektrodenabschnitte auf dem Radius der Klemmbacken abgedreht werden müssea

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist vorgeschlagen worden, die Klemmbacken als Ganzes oder zu einem Teil aus Graphitsegmenten oder aus hitzebeständigen Wolfram-Kupfer-Legierungen auszuführen, wobei insbesondere die nichtverschweißbaren Klemmbacken aus Graphit bei der Verwendung beschichteter Graphitelektroden von Vorteil sind. Die Standzeit von Graphitbacken ist jedoch aufgrund der Sprödigkeit und der geringen Abriebbeständigkeit dieses Werkstoffs verhältnismäßig gering, zumal wenn die Radien von Elektrode und Klemmbacken nicht übereinstimmen. Das Abdrehen der Elektrodenabschnitte auf den Radius der Backen ist demgemäß auch bei Verwendung von Klemmbacken aus thermisch stabileren Werkstoffen unerläßlich und der erhebliche Bearbeitungsaufwand sowie die Materialverluste können nicht vermieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen zuverlässigen, gleichbleibend guten Kontakt mit einer üblichen Elektrodenfassung ergibt ohne Rücksicht auf die Oberflächenbeschaffenheit der dem Abbrand unterliegenden Teile.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Elektrode der eingangs genannten Art gelöst die aus einem oberen, im Betrieb ständig im Bereich der Klemmbakken verbleibenden, mindestens einen Elektrodenabschnitt enthaltenden Teil aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und einem unteren Teil aus mehreren Elektrodenabschnitten aus Graphit besteht wobei die zum Ersatz des Elektrodenabbrands dienenden neuen Elektrodenabschnitte zwischen den oberen und unteren Elektrodenteil geschraubt sind.

Der obere, im Betrieb ständig im Bereich der Klemmbacken verbleibende Elektrodenteil verbleibt beim Ofenbetrieb außerhalb des Ofens und ist entsprechend keinen Abbrandreaktionen unterworfen. Es ist daher zweckmäßig, den oberen Elektrodenteil aus einem Werkstoff auszuführen, der eine hohe elektrische Leitfähigkeit und einen kleinen Kontaktwiderstand aufweist, z. B. einem Metall oder einem mehrfach imprägnierten Graphitabschnitt mit kleinem elektrischen Widerstand. Geeignete Metalle sind beispielsweise Kupfer oder Chrom-Nickelstähle mit einem klei-

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neu thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Derartige Werkstoffe sind für bekannte EJektrodenausfühnragen nicht geeignet, z. EL wegen unzureichender thermischer Beständigkeit, unzulässiger Verunreinigung der Schmelze oder aber infolge ihres hohen Preises. Zur Verkleinerung des Kontaktwiderstandes ist es weiterhin von Vorteil, die Mantelfläche des oberen Elektrodenteils, dessen Radius möglichst genau dem Radius des durch die Klemmbacken gegebenen Zylinders entspricht, zu schleifen oder zu polieren. Da diese Bearbeitung nur ein einziges Mal auszufahren ist, stellt sie keinen ins Gewicht fallenden Aufwand dar.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der obere Elektrodenteil zur Senkung der Kontakttemperatur mit Einrichtungen zur Kühlung versehen, wie bei- is spielsweise Kühlkanäle, die zweckmäßigerweise z.B. an das Kühlsystem der Klemmbacken angeschlossen sind Zur Einsparung von Werkstoff ist in einer weiteren Ausführungsform der obere Elektrodenteil wenigstens zu einem Teil hohlzylindrisch ausgebildet, wobei die Zylinderwände vorzugsweise ebenfalls mit Kühlkanälen versehen sind Der untere Elektrodenteil enthält Elektrodenabschnitte aus Graphit, deren Mantelfläche vorzugsweise nicht bearbeitet ist und die gegebenenfalls mit Schichten aus einem oder mehreren oxidationshemmenden Metallen oder Metallegierungen versehen sind

Die Verbindung der Elektrodenteile erfolgt zweckmäßig durch eine Nippelverbindung, wobei ein Schraubnippel in Ausnehmungen der beiden Kopfstükke geschraubt ist Der Nippel kann aus dem gleichen Material wie der obere Elektrodenabschnitt ausgeführt sein, z. B. einem legierten Stahl mit kleinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, oder aus Graphit bestehen, dessen Festigkeit beispielsweise durch Imprägnierungen mit einem Teerpech und anschließender Carbonisierung des Imprägniermittels erhöht wurde. Durch einen oder mehrere Sicherungsstife ist die Verbindung zweckmäßigerweise gegen Lockern gesichert

Jeweils nachdem die Elektrode um die Länge eines Elektrodenabschnitts abgebrannt ist, wird sie aus dem Ofen gezogen, der obere Elektrodenteiä abgeschraubt und ein neuer Elektrodenabschnitt auf das Kopfstück des Unterteil? geschraubt Nach Befestigung des oberen Elektrodenteils wird die Elektrode dann wieder in 4s den Ofen eingesetzt Die Vorteile erfindungsgemiißer Elektroden bestehen im wesentlichen in der beträchtlichen Verlängerung der Standzeit der Klemmbacken des Elektrodenhalters und in der Möglichkeit, unbearbeitete Elektrodenabschnitte aus Graphit zu verwen- so den, ohne die Kontakteigenschaften zu verschlechtern. Die verlängerte Standzeit der Klemmbacken wird im wesentlichen durch die Senkung der Kontakttemperatur aufgrund des kleineren Kontaktwiderstandes, der durch günstigere Werkstoffe für den oberen Elektrodenteil sowie durch die genaue Abstimmung der Oberflächengeometrien der Kontaktflächen erreicht wird und der verbesserten Kühlung des Kontaktes erzielt Die unterhalb der Klemmbacken an den oberen Elektrodenteil geschraubten Elektrodenabschnitte des unteren Elektrodenteils stehen mit den Klemmbacken nicht in Kontakt und können entsprechend mit beliebigem Durchmesser, Form und Beschichtung verwendet werden. Damit entfällt die aufwendige Bearbeitung der Mantelflächen und es entstehen keine Bearbeitungsverluste, die bei den bekannten Elektroden etwa 10% betragen.

Die Verwendung von Elektrodenabschnitten, deren

dichte, durch Pyrolyse des aus 4er Elektrode während des Carbonisieren* austretenden Bindemittels gebildete als Preßhau» bezeichneten Oberflächenschicht nicht durch Abdrehen und dergleichen entfernt wurde, ist darüber hinaus wegen der größeren Beständigkeit gegen Oxidationsmittel, wie z. B. Luft, und die geringe Bruchanfälligkeit von Vorteil.

: Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren beispielhaft erläutert

Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Elektrode mit Elektrodenhalter, Klemmbacken und einem TeD des Ofendeckels,

F i g. 2 den oberen mit Kühlkanälen versehenen Teil einer Elektrode,

F i g. 3 den oberen Teil einer hohlzylindrisch ausgebildeten Elektrode mit angedrehtem Nippel

F i g. 4 einen hohlzylindrischen Elektrodenteil mit angedrehtem Nippel und Kühlkanälen,

F i g. 5 einen rohrförmig ausgebildeten oberen ElektrodenteiL

In F i g. 1 ist 1 der obere aus einem Chromnickelstahl mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellte Teil einer erfindungsgemäßen Elektrode, dessen Oberfläche geschliffen und poliert ist Der untere aus den Elektrodenabschnitten 2a und 2b zusammengesetzte Elektrodenteil 2 ist durch eine zeichnerisch nicht dargestellte Nippelschraubverbindung mit dem oberen Elektrodenteil f verbunden. Die Mantelflächen der aus Graphit bestehenden Elektrodenabschnitte sind unbearbeitet Alternativ können die Elektrodenabschnitte 2a und 2b mit einer oxidationshemmenden Schutzschicht versehen sein, wodurch insbesondere die Einschnürung des Abschnitts 2a verkleinert wird Zur leichteren Handhabung der Elektrode ist auf dem Kopf des Elektrodenteils 1 die Zugöse 3 angeschweißt

Die Elektrode ist durch den schellenartig ausgeführten, den oberen Elektrodenteil 1 umschließenden Elektrodenhalter 4 gehalten, der segmentartige, die Stromzuführung auf die Elektrode bewirkende Klemmbacken 5 enthält Der Elektrodenhalter ist Teil des Tragarms 6. Die Klemmbacken bestehen vorzugsweise aus Kupfer oder auch aus anderen Metallen oder Legierungen mit günstigen Kontakteigenschaften.

Die Elektrode ist durch die von dem Kühlring 9 umschlossene öffnung 7 des Ofendeckels 8 in den Ofen eingeführt Durch eine dem Spitzenabbrand proportionale Absenkung der Elektrode wi«-d der Abbrandverlust in bekannter Weise ausgeglichen, wobei die Elektrode etwa soweit abgesenkt wird bis die Trennfläche zwischen den Elektrodenteilen 1 und 2 sich in Höhe des Kühlrings % befindet Die Elektrode wird dann aus dem Ofen gezogen und nach Abschrauben des oberen Elektrodenteils 1 vom unteren Elektrodenteil 2 wird auf den Elektrodenabschnitt 2b ein neuer Elektrodenabschnitt 2c und auf diesen der obere Elektrodenteil 1 geschraubt Die Elektrode wird dann erneut in den Ofen eingesetzt

Der in Fig.2 dargestellte obere Elektrodenteil 1 enthält zur Verminderung der Temperatur im Kontakt Kühlkanäle 10, die an die Kühlvorrichtung der Kontaktbacken oder an ein eigenes Kühlsystem angeschlossen sind Die Verbindung des Teils 1 mit dem unteren Elektrodenteil 2 erfolgt durch den Schraubnippel 11, der durch den Sicherungsstift 12 gegen Lockern gesichert ist Der Nippel ist aus einem Material mit kleinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgeführt, z. B. aus einem Chromnickekstahl oder aus Graphit.

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Der in F i g. 3 dargestellte obere Elektrodenteil 1 ist zur Gewichtseinsparung hohlzylindrisch ausgebildet (13) und der Verbindungsnippel 11 aus dem Elektrodenteil 1 herausgedrehL Der Mantel des Hohlzylinders ist nach Fig.4 zweckmäßig irnit sich in den Nippel 11 erstreckenden Kühlkanälen K) versehen, die eine intensive Kühlung des oberen Elektrodenteils der Nippelverbindung ermöglichen.

In F i g. 5 ist schließlich ein rohrförmig Elektrodenteil 1 mit verschraubtem und 12 gesichertem Nippel dargestellt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

24 30 Patentansprüche:

1. Elektrode für lichtbogenofen, bestehend aus mehreren miteinander yerschraubten Elektrodenabschnitten, bei der der insbesondere an der Spitze der Elektrode entstehende Abbrand durch Anstükkeln neuer Elektrodenabschnitte ersetzt wird und die Elektrode durch gleichzeitig als Hocbstroasverbindung dienende lösbare Klemmbacken gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus einem oberen, im Betrieb ständig im Bereich der Klemmbacken verbleibenden mindestens einen Elektrodenabschnit* enthaltenden Teil aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfä- ?s higkeit and einem unteren Teil aus mehreren Elektrodenabschnitten aus Graphit besteht, wobei die zum Ersatz des Elektrodenabbrandes dienenden neuen Elektrodenabschnitte zwischen den oberen und unteren Elektrodenteil geschraubt sind.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Elektrodenteil mit Kühlkanälen versehen ist

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Elektrodenteil aus einem Metall besteht.

4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Elektrodenteil wenigstens teilweise hohlzylindrisch ausgeführt ist

5. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Elektrodenteil Elektrodenabschnitte aus Graphit mit unbearbeiteter Mantelfläche enthält

6. Elektrode nach einem der \orhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubnippel zwischen oberem und unterem Elektrodenteil aus einem legierten Stahl mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist

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