DE2525720C2 - Schmelzkontaktelektrode für einen mit Gleichstrom gespeisten Lichtbogenofen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schmelzkontaktelektrode der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Eine solche Schmelzkontaktelektrode ist bekannt aus der FR-PS 21 68 430.

Bei der aus der FR-PS 21 68 430 bekannten Anordnung ist die Schmelzkontaktelektrode unter dem Lichtbogenofen unmittelbar an das Ofengefäß angeschlossen. Sie besteht aus einer am Boden des Ofengefäßes ausgebildeten Vertiefung und einer an diese Vertiefung angeschlossenen horizontalen seitlichen Abzweigung, in der ein Rohling untergebracht ist, der bei Betrieb teilweise in den geschmolzenen Zustand übergeht. An das Ende der Abzweigung ist eine elektrische Kontaktschiene angeschlossen. Das äußere Ende der Abzweigung wird durch Wasser gekühlt, wobei die Ausführung dieser Wasserkühlung nicht näher dargestellt ist. Durch ihren unmittelbaren Anschluß an das Ofengefäß ist die Kontaktelektrode starken Erwärmungen ausgesetzt, so daß es bei öfen für hohe Temperaturen schwierig ist, die Kontaktelektrode ausreichend zu kühlen, um ein zu weit gehendes Flüssigwerden der Kontaktelektrode und ihren schnellen Verschleiß zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schmelzkontaktelektrode der eingangs genannten Art zu entwickeln, die sich ohne Schwierigkeiten seitlich am Ofentiegel anordnen läßt Dies ermöglicht zunächst eine bequeme Unterbringung und ausreichende Bemessung der Kühleinrichtung, bringt aber die Gefahr mit sich, daß das sogenannte Kühlkochen zu einer Beeinträchtigung oder sogar Unterbrechung der Stromleitung führt Auch die Abwendung dieser Gefahr liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Schmelzkontaktelektrode nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale hat

Dadurch, daß der Übergang zwischen dem festen und dem flüssigen Teil des Rohlings sich seitlich des Ofengefäßes befindet, wird verhindert, daß die bei einem evtl. »Kühlkochen« auftretenden Gasblasen im Bereich des Überganges zwischen der festen und flüssigen Phase der Rohlinge die Stromleitung behindern; denn diese Gase können in den in der Nähe dieses Bereiches vorgesehenen Expansionsraum aufsteigen. Außerdem kann sich in diesem Expansionsraum Schlacke sammeln, die im Verbindungskanal und in dem flüssigen Bereich der Rohlinge entsteht Da dieser Expansionsraum, dessen Höhe mindestens gleich der Höhe des Schmelzenniveaus im Ofentiegel ist, während des Betriebes zugänglich ist kann die sich hier sammelnde Schlacke während des Betriebes abgezogen werden. Zur weiteren Verminderung des Kühlkochens kann von dem an sich bekannten Mittel Gebrauch gemacht werden, den Querschnitt der Rohlinge in Richtung zum Ofengefäß kontinuierlich oder stufenweise zu verkleinern. Das Verhältnis zwi- sehen dem kleinsten Querschnitt des Kanals, in welchem der Rohling liegt, und dem größten Querschnitt des Rohlings soll vorzugsweise 1 :2 betragen. Eine Schmelzkontaktelektrode gemäß der Erfindung ist auch bei öfen mit hohen Temperaturen, wie Stahlöfen, an- wendbar und kann auch an Öfen mit größerem Chargeninhalt angeschlossen werden.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Schmelzkontaktelektrode gemäß der Erfindung,

Fig.2 den Anschluß der Schmelzkontaktelektrode gemäß F i g. 1 an den Ofentiegel.

In F i g. 2 bezeichnet 1 den Außenmantel eines Ofentiegels. 2 ist das Futter im Ofen, beispielsweise Stampfmasse und/oder Ziegel, und 3 ist die zum Ofenraum hin gelegene Innenseite des Futters. Als Beispiel für das Material der Stampfmasse kann Magnesitmasse genannt werden. Durch das Futter läuft ein Kanal 4 (siehe auch Fig. 1), der vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt hat. Dieser Kanal führt von einem Niveau unterhalb des entstehenden Schmelzbadcs zu einem Sehmclzenkanal, der mit der Schmelzkontaktelektrode in Kontakt steht. Die Schmelzkontaktelektrode, bei-

b¹) spielsweise aus Eisen oder Stahl, ist u. a. aus F i g. I ersichtlich und besteht aus einem, zwei oder mehreren gebogenen Eisen- oder Stahlrohlingen 6, die mit der Schmelze in direktem Kontakt stehen. Die Rohlinge

sind von der Futtermasse 7 umgeben, wozu später mehr gesagt wird. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Kanal 4 an einen geleilten Kanal 12 angeschlossen, an den die Rohlinge 6 grenzen. Das eine Ende der Rohlinge 6 bildet somit Kontakt mit der Schmelze unter der Badoberfläche, siehe bei 12, wobei dieses Ende abschmilzt, so daß in der Kontaktelektrode ein Kanal mit Schmelze gebildet wird. Von diesem schmelzengefüllten Kanal und dem ungeschmolzenen Teil des Rohlings geht durch Wärmeleitung durch das Futtermaterial zu der gekühlten Außenhülle Wärme verloren. Hierdurch wird das Abschmelzen des Rohlings behindert, und es stellt sich ein Wärmegleichgewichtszustand ein, bei dem die Wärme, die durch Leitung und Konvektion von der Schmelze zugeführt wird, zuzüglich der Wärme, die im Rohling und im Kanal durch den Stromdurchgang erzeugt wird, gleich der Wärmemenge ist, die von der Außenhülle der Kontaktelektrode abgeführt wird. Der Rohling 6 wird nicht verbraucht, da sich sein geschmolzentr Teil unterhalb des Badniveaus befindet und bei der Entleerung des Ofens nicht abgegossen wird. Die Schmelzkontaktelektroden ader Rohlinge 6 werden von der Futlermasse 7, vorzugsweise Gießmasse, z. B. Magnesitmasse, umgeben, in welche sie eingegossen sind. Die Futtermasse kann eventuell auch aus derselben Futtermasse bestehen, die im übrigen im Ofen verwendet wird. Aufgrund der Wärmeleitung durch dieses Futter zur wassergekühlten Außenhülle 8 der Kontaktelektrode schmelzen die Rohlinge 6 teilweise in Richtung auf deren Kontaktvorrichtung unter Wärmeverlust durch die Futtermaise; diesem wirkt jedoch der Kühleffekt von der gekühlten Außenhülle 8 entgegen, und ein gewisser Teil des Rohlings verbleibt fest, wodurch ein gewisses Gleichgewicht zwischen Schmelze und festem Rohling entsteht. Die Rohlinge können beispielsweise, wie Fig. 1 zeigt, bis zum Verzweigungspunkt 12 reichen. Durch die Erwärmung wird der geschmolzene Teil dieser Rohlinge im Kanal allmählich in Richtung auf die Kontaktvorrichtung sich ausdehnen, jedoch nicht über den obengenannten Gleichgewichtszustand hinaus.

Die gebogene Form der Kontaktelektrode 6 gibt eine gewisse Sicherheit gegen ein Ausrinnen der Schmelze für den Fall, daß das Futter nicht ganz dicht am Rohling anliegt. Im Rahmen der Erfindung kann man die Kontaktelektrode 6 jedoch auch in anderer Weise formen. Man kann sie beispielsweise gerade zur Seite oder gerade nach unten herausführen.

Das in den F i g. 1 und 2 gezeigte Ausführungsbeispiel ist besonders für hohe Ströme geeignet. Hier besteht die Kontaktelektrode aus zwei gebogenen Rohlingen 6 mit zugehörigem Futter und äußeren Kühlflächen. Dort, wo die Kontaktelektroden in den Verbindungskanal 4 einmünden, ist ein Expansionsraum 11 vorhanden. Die F i g. 1 und 2 zeigen in das Futter eingegossene Kühlzylinder oder Kühlfutter 9. Die Endflächen 10 der Stahlrohlinge 6 sind als Kontaktvorrichtungen ausgebildet, und an diesen Kontaktvorrichtungen soll der positive Pol der Speisegleichspannung angeschlossen werden. Auch diese Endflächen 10 können kühlbar ausgebildet werden. Im Expansionsraum 11, der gemäß F i g. 1 trichterförmig sein kann, schwimmt auch Schlacke, die über den Kanal 4 in den Expansionsraum gelangt. Diese Schlacke wird periodisch abgeschöpft oder abgeschäumt. In der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 sind die beiden Rohlinge 6 U-förmig gebogen; es ist jedoch auch möglich, die Kontaktelektrode nur aus einem Rohling aufzubauen.

Durch die Verwendung von Kühlorganen für die Kontaktelektroden erreicht man ein gunstiges Gleichgewicht zwischen dem festen und flüssigen Teil der Elektroden. Die Kühlorgane können auch in einer Hülle an der Innenseite der Kontaktelektrode angeordnet sein. Zur Kontrolle der Temperatur in dem abgeschmolzenen Teil der Kontaktelektrode können Temperaturmeßpunkte vorgesehen sein.

Es hat sich gezeigt, daß eine Schmelzkontaktelektrode gemäß der Erfindung manchmal zu einem sogenannten Kühlkochen in der Schmelze führt Stahl enthält bekanntlich eine gewisse Menge Sauerstoff, die er zurückhält Kommt Stahl in die Nähe einer kalten Wand od. dgl, so nimmt seine Fähigkeit, Sauerstoff zu binden, ab, und der Sauerstoff wird frei und vereinigt sich mit dem Kohlenstoff im Stahl. Dabei bildet sich Kohlenmonoxyd CO, welches aus dem Stahl austritt. Diesen Vorgang bezeichnet man als »Kühlkochen«. Dieses Kühlkochen ist vor allem dann hinderlich, wenn die Schmelzkontaktelektrode vor der Schlackenschwelle im Ofen angeordnet ist, da das Kochen dann die Schlacke zurückschiebt und die Entschlackung des Ofens in der Nähe dieser Schwelle erschwert. Es kann auch nicht ausgeschlossen werden, daß das Kühlkochen auf die Dauer die Ausfütterung verschleißt Der Grund dieses Kühlkochens liegt, wie gesagt, darin, daß ein Teil des mit der Schmelze in Kontakt stehenden Stahlrohlings zu kalt ist.

Die bei einem solchen Kühlkochen auftretenden Gasblasen können leicht in den Expansionsraum 11 entweichen, so daß diese Gasblasen die Stromführung durch die Kontaktelektrode nicht beeinträchtigen. Darüber hinaus kann dem Kühlkochen zusätzlich in der an sich bekannten Weise begegnet werden, daß die Rohlinge 6 auf ihrem Wege von den elektrischen Anschlüssen 10 zu dem Verbindungskanal 4 mit kleiner werdendem Querschnitt ausgeführt werden.

Dem Kühlkochen kann auch durch eine andere Ausführung der Ausfütterung in dem betroffenen Bereich für die Schmelzkontaktelektrode entgegengewirkt werden, durch die die Wärmeverluste verringert werden. Dabei wird auch eine Wasserkühlung vorgesehen. Der Stahl- oder Eisenrohling wird in eine Futtermasse oder Stampfmasse eingebettet, die beispielsweise aus Magnesit besteht. In dieser Futterrnasse befindet sich ein Kanal, in dessen weiter innen gelegenem Teil sich der geschmolzene Teil der Kontaktelektrode befindet. Am anderen Ende des Kanals liegt der feste Teil der Kontaktelektrode, und dazwischen liegt eine Übergangszone mit teilweise geschmolzener Kontaktelektrode. Die Schmelzkontaktelektrode kann aus einem, zwei oder mehreren gebogenen Eisen- oder Stahlrohlingen bestehen, die in direktem Kontakt mit der Schmelze stehen. Das innere Ende des Stahl- oder Eisenrohlings bildet Kontakt mit der Schmelze unter der Badoberfläche, und dieses Ende schmilzt dabei ab, so daß in der Kontaktelektrode ein Kanal aus Schmelze gebildet wird. Man kann auch sagen, daß der Rohling in einen Kanal in der Futtermasse gelegt ist. Von diesem Kanal für den geschmolzenen und ungeschmolzenen Teil des Rohlings

bo geht durch Wärmeleitung durch das Futtermaterial Wärme an die Außenhülle verloren. Diese Außenhülle wird durch Wasser gekühlt. Hierdurch wird ein weiteres Abschmelzen des Rohlings verhindert, und man erhält einen Wärmegleichgewichtszustand, bei dem die Wär-

t)5 me, die durch Leitung und Konvektion von der Schmelze zugeführt wird, zuzüglich der Wärme, die durch den Stromdurchgang durch den Rohling und Kanal erzeugt wird, genauso groß ist, wie die an die Außenhüile der

Kontaktelektrode abgegebene und von dort abgeführte Wärme. Der Rohling wird nicht verbraucht, da sich der geschmolzene Teil unter dem Badniveau befindet und nicht abgegossen wird, wenn der Ofen entleert wird. Wie erwähnt, kann die Futtermasse eine Gießmasse sein, z. B. Magnesitmasse, oder sie kann eventuell aus derselben Futtermasse bestehen, die im Ofen im übrigen verwendet wird. Durch die Wärmeleitung durch diese Ausfütterung zur Außenhülle der Kontaktelektrode schmilzt die Stahl- oder Eisenelektrode teilweise in Richtung auf ihre Kontaktvorrichtung ab aufgrund des Wärmeverlustes durch die Futtermasse. Diesem wirkt jedoch die Kühlung an der Außenhülle entgegen, und ein gewisser Teil des Rohlings bleibt fest, wodurch ein gewisses Gleichgewicht zwischen Schmelze und festem Rohling entsteht.

Bei einer solchen Elektrode läßt man den Querschnitt des Rohlings von dessen innerstem Teil an der Schmelze zu seinem äußersten Teil an der Kontaktvorrichtung 10 größer werden. Beispielsweise kann ein Teil des Rohlings an seinem innersten Teil einen konstanten Querschnitt haben, wonach der Querschnitt zur Kontaktvorrichtung 10 hin kontinuierlich oder stufenweise zunimmt. Auch der geschmolzene Teil des Rohlings kann einen kleineren Querschnitt als der Außenteil haben, und als ein günstiges Verhältnis zwischen entweder dem innersten Teil des ungeschmolzenen Rohlings oder dem Querschnitt des Kanals für den Rohling und dem Querschnitt an der Kontaktvorrichtung 10 kann ca. 1 :2 bis 1 : 3 genannt werden.

Bei einem Versuch mit einem Rohling mit konstantem Querschnitt betrug dieser Querschnitt 12 500 rnrn² und führte einen Strom von 12,5kA. Die Strombelastung war somit 1 A/mm².

Als Vergleich kann erwähnt werden, daß ein 500-kW-Rinnenofeninduktor an der Rinne einen Querschnitt von 14 600 mm² hat, wobei die Rinne mit 52 kA, d. h. 3,5 A/mm², belastet wird. Es besteht also die Möglichkeit, den Stahlrohling in der Badelektrode stärker mit Strom zu belasten, und ein geeigneter Wert liegt bei ungefähr 2 A/mm², um eine ausreichende Erwärmung zu erhalten und ein Kühlkochen zu verhindern. Dies erreicht man dadurch, daß man den schmelzenseitigen Teil des Rohlings, gleichgültig, ob dieser Teil geschmolzen oder ungeschmolzen ist, mit kleinerem Querschnitt ausführt als den kontaktseitigen Teil 10 des Rohlings. Der Stahlrohling wird somit in der Weise bemessen, daß er an dem Ende, das in Kontakt mit der Schmelze steht, einen kleineren Querschnitt als an dem äußeren Anschlußende hat. Der Obergang vom kleineren zum größeren Querschnitt soll möglichst ausgeglichen sein und am besten ca. 500 mm vom Schmelzkontaktende bzw. vom Endteil des Kanals für den Rohling erfolgen. Das Anschlußende bleibt infolge des niedrigen elektrischen Widerstandes in diesem Bereich beim Stromdurchgang relativ kalt, und die Verluste an den Stromkontaktelektroden sind niedrig. Die Stromwärmeverluste nehmen zum Schmelzkontaktende zu, welches hierdurch warmgehalten wird, während das äußere Anschlußende, wie erwähnt, fortwährend kühl ist und niedrige Verluste hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schmelzkontaktelektrode für einen mit Gleichstrom gespeisten Lichtbogenofen, bestehend aus mindestens einem Rohling aus Stahl oder Eisen, der in Futtermaterial eingebettet ist, dessen äußeres Ende unter dem Einfluß einer Wasserkühleinrichtung fest ist »!rid dessen inneres Ende im Betrieb geschmolzen ist und mit der Schmelze im Ofen in Verbindung steht, 'dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode derart angeordnet ist, daß sich der Übergang zwischen dem geschmolzenen und dem festen Teil des Rohlings (6) seitlich neben dem Ofentiegel (1, 2, 3) befindet, und daß oberhalb dieses Übergangs ein mit der Außenatmosphäre in Verbindung stehender Expansionsrauin (11.) vorhanden ist, der sk:h mindestens bis zur Höhe des Schmelzenbades im Ofentiegel erstreckt

2. Schmelzkontaktelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung für die Elektrode zumindest teilweise aus einem oder mehreren in der Futtermasse angeordneten Kühlorganen, wie beispielsweise Wasserkühlzylinder oder Wasserkühlschlangen, besteht.

3. Schmelzkontaktelektrode nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stahloder Eisenrohlinge umgebende Futtermasse (7) eine Magnesitmasse ist

4. Schmelzkontaktelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den äußeren Enden der Stahlrohlinge elektrische Kontaktvorrichtungen (IQ) angeordnet sind, die vorzugsweise mit Kühlorganen versehen sind.

5. Schmelzkontaktelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stahl- oder Eisenrohlinge (6) vorgese hen sind, deren geschmolzene innere Enden über einen gemeinsamen Schmelzenkanal (4) mit der Schmelze in Verbindung stehen und oberhalb deren Übergangszonen ein gemeinsamer Expansionsraum (11) angeordnet ist.

6. Schmelzkontaktelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des bzw. der Rohlinge (6) vom äußeren Ende (10) zum Ofentiegel (1, 2,3) hin stetig oder stufenweise abnimmt.