DE2624052A1 - Kohlenstoff-formkoerper, insbesondere kohlenstoffelektrode - Google Patents

Kohlenstoff-formkoerper, insbesondere kohlenstoffelektrode

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DE2624052A1 DE19762624052 DE2624052A DE2624052A1 DE 2624052 A1 DE2624052 A1 DE 2624052A1 DE 19762624052 DE19762624052 DE 19762624052 DE 2624052 A DE2624052 A DE 2624052A DE 2624052 A1 DE2624052 A1 DE 2624052A1
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    • H05B7/085Electrodes non-consumable mainly consisting of carbon

Description

  • gohlenstoff-Bormkörper, insbesondere Eohlen-
  • stoffelektrode.
  • Die Erfindung betrifft einen Kohlenstoff-Formkörper, insbesondere Eohlenstoffelektrode runden Querschnitts, mit einer in Körperlängsachse verlaufenden Bohrung.
  • Eohlenstoffelektroden werden seit vielen Jahren in elektrothermischen Verfahren eingesetzt. Weit verbreitet ist die Verwendung von Graphitelektroden in Elektrostahlöfen und von graphitierten und nichtgraphitierten Kohlenstoffelektroden zur Herstellung von Ferrolegierungen, Ealziumkarbid, Phosphor usw.. In diesen Verfahren dienen die Kohlenstoffelektroden zur tbertragung oder Umwandlung elektrischer Energie, wobei sie sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind, die beispielsweise für die Spitze einer im Elektrostahlofen eingesetzten Graphitelektrode eine Höhe von 2000 bis 22000C und kurzzeitig am Lichtbogenfußpunkt sogar über 35000C erreichen kann.
  • Diese hohen Betriebstemperaturen und die durch die Betriebsführung bedingten Aufheiz- und Abkühlvorgänge sind die Ursache für häufige starke Temperfturwechselbeanspruchungen, sog. Thermoschocks. Zu einem solchen Thermoschock kommt es beispielsweise dann, wenn nach dem Abstich eines Elektrostahlofens die Elektroden aus dem heißen Ofen herausgezogen und der kalten Umgebungsluft ausgesetzt werden. Wärmestrahlung und -leitung führen dabei zu einer plötzlichen, starken Abkühlung und Schrumpfung der Außenzone des Elektrodenkörpers und damit zu einer hohen peripheren Zugspannung, die häufig Risse entstehen läßt. Die Ausbildung solcher Risse ist im allgemeinen unregelmäßig, å jedoch treten sie gehäuft in den Nippelbereichen auf. Die durch Thermoschocks verursachten und gewöhnlich unregelmäßig verlaufenden Risse beeinträchtigen den Schmelzprozeß insofern nachteilig, als durch die Risse bedingt, Materialstücke aus der Elektrode während ihres betrieblichen Einsatzes herausbrechen, in die Schmelze fallen und dadurch eine Aufkohlung der Schmelze bewirken. Ferner unterliegen gerissene Elektroden auch einem stärkeren Abbrand, wodurch sich der Elektrodenverbrauch pro Tonne Stahl wesentlich vergrößert.
  • Aufgrund dieser Nachteile ist man seit vielen Jahren bestrebt, durch Verwendung ausgesuchter Rohstoffe, wie Premiumkokse und Nadelkokse,mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit die elektrische Belastbarkeit und das Thermoschockverhalten der Kohlenstoffelektroden zu verbessern. Die dabei erzielten Fortschritte sind aber für die Ofenbauer und Stahlwerker hinsichtlich der thermischen und elektrischen Belastbarkeit der Elektrode noch nicht befriedigend. Andererseits sind die benötigten geeigneten Rohstoffe aufgrund einer nichtgesicherten Erdölversorgung oftmals entweder überhaupt nicht vorhanden oder stehen nur zu überhöhten Preisen zur Verfügung, wodurch sich die Elektroden entsprechend verteuern.
  • Aus der US-PS 2 527 294 ist bereits bekannt, Sohle- und Graphitelektroden mit Schlitzen zu versehen, die etwa 0,4 bis 12,7 mm breit sind. Diese Schlitze führen von der Außenfläche der Elektrode aus verschieden weit ins Innere des Elektrodenkörpers. Durch sie wird jedoch die oxidierbare Oberfläche der Elektrode vergrößert. Aufgrund der dadurch verursachten starken Oxidation im Inneren der Elektrode wird dieser Elektrodenbereich rasch abgetragen, so daß sich die Schlitze ständig erweitern und dadurch die Oxidationswirkung laufend vergrößern. Der mit der bekannten Elektrode somit erreichbare Vorteil der Spannungsentlastung der äußeren Materialzonen und der dadurch bewirkten Verbesserung des Thermoschockverhaltens wird durch den wesentlichen Nachteil der erheblichen Festigkeitsminderung und starken Oxidation innerhalb des Elektrodenkörpers wieder beseitigt, so daß diese bekannte Elektrode in der industriellen Praxis keine Anwendung gefunden hat.
  • Es ist ferner in der deutschen Patentanmeldung P 25 54 606.9 bereits vorgeschlagen worden, bei Kohlenstoff-Formkörpern, insbesondere Kohlenstoffelektroden mit vornehmlich rundem Querschnitt und wenigstens einem sich ins Körperinnere und in Längsrichtung erstreckenden Schlitz diesen Schlitz mit einem die Oxidation der Schlitzwände im Lichtbogenofenbetrieb wesentlich vermindernden, hitzebeständigen Füllmaterial auszufüllen, das beim Entstehen eines Temperaturgefälles innerhalb des Elektrodenmm querschnitts infolge der/ Lichtbogenofenbetrieb stattfindenden Temperaturänderungen Veränderungen der Schlitzweite zuläßt und in seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften an die Eigenschaften des Elektrodenmaterials angepaßt sowie im Schlitz verankert ist. Dieser Vorschlag ist jedoch insofern nicht voll befriedigend, als der Elektrodenkörper im Bereich des Schlitzes an der Elektrodenoberfläche verhältnismäßig leicht beschädigt oder gar zerstört werden kann, wenn die Anpreß- oder Xontaktbacken beim Einbau der Elektrode durch ungünstige Lage auf eine Schlitzkante auftreffen. Darüber hinaus kann es dabei auch zu einer Lichtbogenbildung kommen, die unter Umständen zur Beschädigung der teueren Xontaktbacken führt.
  • Es ist schließlich auch bekannt, Kohle- und Graphitelektroden mit einer zentrischen Bohrung zu versehen, die entweder offen bleibt oder zur Zuleitung von Gasen verwendet wird oder auch mit geeigneten Füllmaterialien gefüllt wird. Eine solche Bohrung mit oder ohne Füllung führt jedoch nicht zu einer Entlastung der unter peripheren Zugspannungen stehenden und einem Thermoschock unterliegenden Elektrode, da die Wandstärke des Hohlzylinders zur Bohrung in einem zu großen Verhältnis steht.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen Kohlenstoff-Formkörper und insbesondere eine graphitierte oder nichtgraphitierte Kohlenstoffelektrode zu schaffen, die nicht nur ein verbessertes Thermoschockverhalten aufweist, sondern auch die durch Anbringung von Schlitzen auftretenden flachteile bezüglich Oxidation und Abbrand vermeidet und darüber hinaus gegen Beschädigung oder Zerstörung durch den Angriff der Kontaktbacken weitgehena gesichert ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich von der Bohrung aus ein Schlitz in Richtung auf die äußere Oberfläche der Elektrode erstreckt, dessen Ende von der Elektrodenoberfläche einen Abstand aufweist.
  • Dabei hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, die Bohrung und den Schlitz sich über die ganze Länge der Elektrode erstrecken zu lassen und die Bohrung zentrisch anzuordnen.
  • Durch den Erfindungsvorschlag,in einem Kohlenstoff-Formkörper, insbesondere einer Kohlenstoffelektrode, einen nicht bis zur Oberfläche der Elektrode reichenden Schlitz vorzusehen, der von der Bohrung aus in das Elektrodenmaterial eingearbeitet, beispielsweise eingeschnitten werden kann, wird erreicht, daß im oberen Teil des Elektrodenstrangs, wo die Kontaktbacken angreifen und die Stromzuführung erfolgt, die Elektrode eine geschlossene, beispielsweise zylindrische Oberfläche aufweist, die von den Kontaktbacken nicht beschädigt oder zerstört werden kann. In diesem oberen Teil des Elektrodenstrangs entsteht aufgrund der intensiven Kühlwirkung der Backen kein Thermoschock. Hier liegen die Elektrodentemperaturen im allgemeinen weit unter 10000C. Sollte aber im ungünstigsten Falbi d.h. wenn die oberste Elektrode des Strangs am äußeren oberen Ende in den Kontaktbacken eingespannt ist, und eine extreme elektrische Belastung und damit Erwärmung des unteren Teils der obersten Elektrode erfolgt und bedingt durch das Hochziehen des Strangs ein Thermoschock auftreten, dann ist die Sollbruchstelle für die Rißbildung durch den unter der Elektrodenoberfläche vorhandenen Schlitz vorgegeben. Der Elektrodenkörper wird also dann an der Stelle des Umfangs einreißen, an der der Schlitz nicht bis nach außen durchgeführt ist, wodurch das Auftreten größerer lokaler Spannungen und damit möglicherweise unkontrolliertffl Beschädigungen in den übrigen Teilen der Elektrode vermieden wird.
  • Während also die Nachteile des vorgeschlagenen Schlitzes in der Elektrodenoberfläche durch die erfindungsgemäße Konstruktion im Angriffsbereich der Kontaktbacken vermieden werden, werden die Vorteile des Schlitzes als Mittel der Zugspannungsentlastung an der Peripherie der Elektrode im unteren, heißeren und damit im stärkeren Naße Schockbelastungen ausgesetzten Teil des Elektrodenstrangs durch den Erfindungsvorschlag voll erhalten, denn durch oxidativen abtrag der äußeren Elektrodenzone in diesem unteren, heißeren Teil des Elektrodenstrangs wird der Elektrodendurchmesser während des Betriebs bald soweit verringert, daß das äußere Ende des Schlitzes erreicht und der Schlitz damit zur Elektrodenoberfläche geöffnet wird und als Dehnungsschlitz wirken kann.
  • Beim Entstehen eines radialen Temperaturgefälles innerhalb des Elektrodenquerschnitts verändert der Schlitz seine Weite und verhindert dadurch, daß größere Spannungen und Zerstörungen, wie sie bisher durch zufällige Rißbildungen unvermeidlich gewesen sind, in der Elektrode auftreten.
  • Durch an wenigstens zwei Stellen, die vorteilhafterweise mit den Enden der Bohrung identisch sind, vorgesehene Erweiterungen der die Elektrode durchlaufenden Bohrung sowie in durch wenigstens/einer der beiden gegenüberliegenden Schlitzwände vorgesehene Vertiefungen lassen sich Schlitz und Bohrung mit Verankerungselementen für ein hitzebeständiges Füllmaterial versehen, das, wie in der älteren Anmeldung vorgeschlagen, in Schlitz und Bohrung eingebracht wird, jedoch wenigstens mit einer Schlitzwand nicht fest verbunden sein soil. Dieses Füllmaterial bildet einen zusammenhängenden Korper, der durch die genannten mechanischen Verankerungsmittel daran gehindert wird, auch bei starken Vibrationen aus der Bohrung oder dem Schlitz axial oder radial herauszurutschen. Diese Verankerung ist auch noch dann wirksam, wenn der nichtgeschlitzte, äußere Elektrodenbereich durch Oxidation abgetragen und der Schlitz somit zur Elektrodenoberfläche geöffnet ist, so daß die Oxidation oder Zerstörung des Füllmaterials in den unteren, sehr heißen Zonen des Elektrodenstrangs einsetzt. Für den Fall, daß die Füllung des Schlitzes und/oder der Bohrung nicht erforderlich erscheint, entfällt auch die Anbringung von Vertiefungen zur Verankerung des Füllmaterials im Schlitzinneren.
  • Das Füllmaterial hat grundsätzlich die Aufgabe, die Erweiterung des Schlitzes durch Oxidation nach dem Abtragen der äußeren Elektrodenzone auf ein Mindestmaß zu beschränken, ohne daß dadurch die Funktion des Schlitzes, nämlich eine gesteuerte Dehnung des Elektrodenkörpers unter thermischer Belastung zu ermöglichen, beeinträchtigt wird.
  • Als Füllmaterial hat sich ein kohlenstoffhaltiges Material bewährt, das insbesondere beim Einsatz der Elektrode im Lichtbogenofenbetrieb abbaubar ist und das aber auch, gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsvorschlags, aus faserförmigen, hochtemperaturbeständigen Werkstoffen bestehen kann und darüber hinaus ein Bindemittel und/oder lichtbogenstabiliserende, ionisierende Verbindungen enthalten kann. Der Aufbau des Füllmaterials innerhalb des Schlitzes kann sowohl radial als auch axial verschieden sein, beispielsweise durch unterschiedliche Materialschichten gekennzeichnet sein.
  • Der von der Bohrung der Elektrode nach außen verlaufende Schlitz kann auch radial angeordnet sein, und seine in Radialrichtung gemessene Tiefe kann über die Schlitzlänge verschieden groß sein. Wie weit der Schlitz bis an die Oberfläche der Elektrode heranzuführen ist, um die besten Wirkungen zu erzielen, läßt sich durch Versuche ermitteln, wobei sih jedoch für die meisten Anwendungsfälle Abstände zwischen 10 und 50 mm zwischen Elektrodenoberfläche und Schlitzbeginn als ausreichend erwiesen haben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Elektrode vor dem Eindrehen der Nippelschachtel, mit einer zentrischen Bohrung und einem sich in Richtung auf die Elektrodenoberfläche erstreckenden radialen Schlitz, Fig. 2 eine Radialschnittansicht der Elektrode von Fig. 1, wobei Bohrung und Schlitz mit einem Füllmaterial gefüllt sind, Fig. 3 eine Deillängsschnittansicht der Elektrode von Fig. 1 in Richtung III-III in Fig. 2, Fig. 4 eine Teilradialschnittansicht der Elektrode von Fig. 1 in Richtung IV-IV in Fig. 3, wobei der Schlitz mit einer Verankerungsvertiefung versehen ist, wobei Bohrung, Schlitz und Verankerungsvertiefung mit einem Füllmaterial gefüllt sind, Fig. 5 eine andere Teilradialschnittansicht der Elektrode von Fig. 1 in Richtung V-V in Fig. 3, wobei der Schlitz mit einer anderen Verankerungsvertiefung versehen ist und Bohrung, Schlitz und Verankerungsvertiefung mit einem Füllmaterial gefüllt sind, Fig. 6 eine Teilradialschnittansicht der Elektrode von Fig. 1 in Richtung VI-VI in Fig. 3, wobei Schlitz und Bohrung mit Füllmaterial gefüllt sind, Fig. 7 eine perspektivische ansicht in einem größeren Maßstab einer aufgebrochenen Nippelschachtel einer eine zentrische Bohrung und ausgehenden radialen Schlitz aufweisenden Elektrode, und Fig. 8 eine schematische Darstellung der Halterung eines aus erfindungsgemäßen Elektroden zusammengesetzten Stranges.
  • Zur Untersuchung des Thermoschockverhaltens von Graphitkörpern und insbesondere von Kohlenstoffelektroden wurde ein neuartiges Testverfahren angewendet, das im Gegensatz zu den herkömmlichen Prüfverfahren dieser Art, die nur eine konduktive oder induktive zentrische oder periphere Erhitzung kleiner Graphitscheiben ermöglichten, die Prüfung großer Graphitscheiben in Form von Elektrodenabschnitten von bis zu 600 mm Durchmesser und 60 mm Stärke innerhalb weniger Sekunden ermöglicht. Versuche ergaben, daß sich bei zentrischer Erhitzung der Graphit scheibe ein starker radialer Temperaturgradient ausbildet, der einen Radiusriß entstehen läßt, also einem Riß von der zylindrischen Oberfläche bis zur Scheibenachse. Die Radiusrißbildung ist dabei abhängig von dem Elektrodenmaterial. Es wurde festgestellt, daß Graphitscheiben aus hochwertigem Premiumkoks erst bei einem höheren radialen Temperaturgradienten in der genannten Weise reißen als Graphitscheiben aus Normalkoksen.
  • Der entstehende Radiusriß ist also ein Entspannungsriß, der sich in Form des sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitzes auch vor der thermischen Beanspruchung des Materials in der Graphitscheibe bzw. Elektrode herstellen läßt.
  • Es wurde festgestellt, daß aus Normalkoksen hergestellte Graphitscheiben, die mit einem Schlitz versehen waren, der mit Kohlenstoff-Fasern gefüllt worden war, unter thermischer Beanspruchung, die bisher zur Rißbildung geführt hatte, nicht mehr zum Reißen gebracht werden konnten. Ferner wurde in diesem Zusammenhang festgestellt, daß aus Normalkoksen hergestellte und vorher geschlitzte Graphitscheiben ein besseres Thermoschockverhalten zeigen als ungeschlitzte Graphitscheiben aus Premium- oder Nadelkoksen.
  • In den Fällen, in denen ein Riß entsteht, ist dieser zum Zeitpunkt eines hohen radialen Temperaturgradienten am Unfang einer Scheibe mit einem Durchmesser von 450 mm etwa 3 bis 6 mm weit geöffnet und ist nach Erreichen des Demperaturausgb ichs wieder geschlossen.
  • Diese Versuche haben gezeigt, daß eine zufällige Rißbildung in Kohlenstoff-Formkörpern und insbesondere in Kohlenstoffelektroden beim Entstehen eines Temperaturgefälles innerhalb des Elektrodenquerschnitts, das aufgrund der im Lichtbogenofenbetrieb stattfindenden Materialerwärmung und -abkühlung auftritt, vermieden werden kann, wenn die Körper vorher mit einem Entspannungsschlitz versehen werden, und daß die Ausfüllung dieses Schlitzes mit einem die Oxidation der Schlitzwände vermindernden, hitzebeständigen Füllmaterial, das die aufgrund der Erwärmung bzw. Abkühlung des Materials stattfindende Schlitzweitenvergrößerung bzw. Schlitzweitenverringerung nicht behindert, deutliche technische Vorteile erbringt.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Kohlenstoffelektrode 1 hat einen runden Querschnitt und ist mit einer in Elektrodenkörperlängsachse verlaufenden Bohrung 2 versehen, sowie einem radialen Schlitz 3. Der Elektrodendurchmesser E beträgt 600 mm, der Bohrungsdurchmesser B 25 mm und die Schlitzbreite A 5 mm.
  • Der Schlitz 3 erstreckt sich bis unter die Oberfläche 4 der Elektrode 1. Schlitz und Bohrung erstrecken sich über die ganze Elektrodenlänge von einer Stirnfläche zur anderen. Die Schlitzweite A ist über die ganze Länge konstant, ebenso der Durchmesser B der Bohrung 2. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, in denen sich Schlitzweite und Bohrungsdurchmesser über die Elektrodenlänge ändern.
  • Der Abstand C des Schlitzendes von der Elektrodenoberfläche 4 ist ebenfalls über die Elektrodenlänge konstant und damit auch die Schlitztiefe D; es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Werte für C und D sich über die Elektrodenlänge ändern.
  • Da während des Lichtbogenofenbetriebs die Belastung der Elektrode 1 durch Thermoschöcks vor allem in den heißeren Teilen des aus mehreren Elektroden zusammengeset*en Elektrodenstrangs 16, wie er in Fig. 8 dargestellt ist, besonders groß ist und andererseits im oberen Drittel des Strangs die Halterung 18 und Kontaktierung 15 angebracht ist, ist der Schlitz so ausgebildet, daß er zwei wesentlichen Anforderungen genügt. Zum einen bietet die Elektrode an der Kontaktstelle, also im oberen Bereich, eine geschlossene äußere Oberfläche, so daß die Kontaktbacken, die bei 15 in Fig. 8 nicht einzeln dargestellt sind, die Elektrode nicht beschädigen oder zerstören können, wie dies bisher in den Fällen möglich gewesen ist, in denen der Schlitz sich in diesem Bereich zur Elektrodenoberfläche hin öffnet, so daß seine Kanten von den Backen erfaßt und weggebroMen werden konnten. Zum anderen wird durch die Tatsache, daß sich der Schlitz 3 bis unmittelbar unter die Oberfläche 4 der Elektrode 1 erstreckt, die durch den Schlitz angestrebte Spannungsentlastung vor allem in den Bereichen des Strangs, die unter hoher thermischer Belastung stehen, also von der Strangspitze 17 innerhalb des in Fig. 8 schematisch gezeigten Elektrostahlofens 19 aus aufwärts, voll erreicht; und zwar auch unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die äußere Oberfläche der Elektrode mit abnehmendem Abstand zur Spitze durch Oxidation abgebaut wird, so daß sich der Schlitz im Laufe dieses Abbaues öffnet.
  • Um die nachteiligen Wirkungen des Schlitzes 3 auf die Oxidation, d.h. den Abbrand der Elektrode im Bereich der Schlitzwände 6 möglichst gering zu halten, werden Schlitz und Bohrung mit einem hitzebeständigen Füllmaterial 5 ausgefüllt, das beim Entstehen eines Temperaturgefälles innerhalb des Elektrodenquerschnitts eine Anderung der Schlitzweite A zuläßt und in seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften an die Eigenschaften des Elektrodenmaterials angepaßt sowie im Schlitz 3 und/oder in der Bohrung 2 verankert ist. Das Füllmaterial 5 ist wenigstens mit einer der beiden gegenüberliegenden Schlitzwände 6 nicht fest verbunden, hingegen mit der anderen Schlitzwand mechanisch fest verankert, beispielsweise dadurch, daß, wie aus den Fig. 3 bis 5 ersichtlich, die betreffende Schlitzwand mit wenigstens einer Vertiefung 7,8 versehen ist.
  • Das Füllmaterial bildet einen zusammenhängenden Körper und kann infolge der Vertiefungen weder axial noch radial aus dem Schlitz herausfallen, wenn der nichtgeschlitzte Teil des äußeren Elektrodenbereiches, dessen Dicke, wie aus Fig. 1 ersichtlich, dem Abstand C entspricht und etwa 10 bis 50 mm beträgt, durch Oxidation abgetragen ist, so daß das Füllmaterial in den unteren heißen Zonen des Elektrodenstrangs 16 der Oxidation ausgesetzt ist.
  • Als Füllmaterial haben sich mehrere Stoffe als geeignet erwiesen, wobei insbesondere kohlenstoffhaltige Kitte, die aus einem Gemisch aus fein gemahlenem Koks und/oder Graphit und aus einem Bindemittel auf Teerpech- und/oder Phenolformaldehydbasis bestehen, verwendet werden können. Der Einbau des Füllmaterials 5 in die Bohrung 2, die,wie aus Fig. 1 ersichtlich, zentrisch innerhalb des zylindrischen Querschnitts des Elektrodenkörpers liegen kann, und in den Schlitz 3, erfolgt in an sich bekannter Weise durch Stampfen, Gießen oder Pressen. Auch das Herstellen der zentrischen Bohrung und des Schlitzes sowie der Vertiefungen zur Verankerung des Füllmaterials erfolgt in an sich bekannter Weise durch Bohren, Fräsen, Sägen oder Schleifen. Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Vertiefung 7 ist mit Hilfe eines Rundfräskopfes hergestellt, während die Vertiefung 8, die in den Fig. 3 und 5 gezeigt ist, zur Herstellung einen rechteckigen Fräskopf erfordert. Besonders einfach und wirksam für die Verankerung des Füllmaterials im Schlitz und der Bohrung ist die Aufweitung der Bohrungsenden zu einem Trichter 9, wie in den Fig. 3 und 6 dargestellt ist.
  • Die jeweilige Wahl des Füllmaterials richtet sich nach dem Verwendungszweck der Elektrode und damit den Betriebsbedingungen, denen sie unterworfen wird. Dabei hat es sich gezeigt, daß unter Umständen auch eine zumindest teilweise Zerstörung des Füllmaterials im Lichtbogenofenbetrieb vorteilhaft sein kann, wenn dadurch die Möglichkeit gegeben ist, die Oxidation bzw. den Abbrand der Elektrode in einem gewünschten Umfang zu steuern. Bei der Zerstörung des Füllmaterials wird nämlich der Schlitz 3 freigelegt, so daß seine Wände 6 oxidieren. Geschieht dies innerhalb eines in etwa vorausberechenbaren, festgelegten Betriebsablaufs, so läßt sich dadurch zumindest in einem gewissen Umfang eine Abbrandsteuerung erreichen. Der Ort der Zerstörung des Füllmaterials liegt dabei in erster Linie im Bereich der Elektrodenspitze 17 (Fig. 8), aus der der Lichtbogen austritt.
  • Das Füllmaterial erfüllt somit mehrere wichtige Funktionen, nämlich den die zufällige Spannungsrißbildung verhindernden Schlitz während der isothermen Erhitzung der Elektrode geschlossen zu halten, um dadurch die Oxidation der Schlitzwände auf ein Mindestmaß zu beschränken, wenn nicht sogar ganz zu verhindern, und zum anderen bei Vorhandensein eines radialen Temperaturgradienten ein nur kurzzeitiges Öffnen des Schlitzes zuzulassen, so daß auch in diesem Fall die Oxidation der Schlitzwände so gering wie möglich gehalten wird. Versuche haben gezeigt, daß mit erfindungsgemäßen Kohlenstoffelektroden eine Verbrauchsminderung von mehr als 10 % erreicht werden kann, ohne daß die Nachteile des oxidativen Schlitzabbaus und der mechanischen Schwächung der Schlitzumgebung in Kauf genommen werden müssen.
  • Ferner wird die Möglichkeit geboten, viele Graphitelektroden, welche bisher aus teueren Premium- oder Nadelkoksen hergestellt werden mußten, aus den wesentlich billigeren Normalkoksen herzustellen.
  • Das Füllmaterial für die Bohrung und den Schlitz sollte so beschaffen sein, daß es auch während des Elektrodenbetriebs eine gewisse Elastizität beibehält. Zu diesem Zweck können die bereits erwähnten faserförmigen Stoffe Verwendung finden, beispielsweise Kohlenstoff-Fasern, Steinwolle, Kaowool. Zur Haftung der faserförmigen Stoffe an den Schlitzwänden können organische oder kohlenstoffbildende Bindemittel den Fasern zugesetzt werden, die deren Elastizität nicht vermindern, so daß beim Öffnen des Schlitzes beim Vorliegen hoher radialer Temperaturgradienten sich das Material elastisch dehnt und damit der Schlitz gefüllt bleibt. Das Füllmaterial kann auch Zusätze von lichtbogenstabilisierenden, ionisierenden Verbindungen enthalten, beispielsweise Kaliumborfluorid oder Titanverbindungen.
  • Werden in den Schlitz 3 unterschiedliche Füllmaterialien schichtweise übereinanderliegend eingebracht, so kann eine Schicht beispielsweise aus einem Kohlenstoffkitt und eine andere aus einem karbidhaltigen Kitt bestehen, wobei auch ein mehrfacher Schichtenwechsel erfolgen kann. Die Bohrung 2 ist von diesem schichtenweisen Aufbau des Materials im allgemeinen ausgenommen und enthält in der Regel nur eine homogene Füllung. Die Vorteile eines solchen schichtenweisen Füllmaterialaufbaus innerhalb des Schlitzes sind darin zu sehen, daß die Oxidation des Kohlenstoffkitts durch die nicht- oder schlechtoxidierbaren anorganischen Füllschichten verringert wird.
  • Fig. 7 zeigt den Schlitzverlauf Im Bereich einer Nippelschachtel 9 der Elektrode 10 in perspektivischer Darstellung.
  • Der Schlitz 11 geht von der zentrischen Bohrung 12 aus und erstreckt sich radial durch das Gewinde 13 nach außen, jedoch nicht bis an die Oberfläche 14 der Nippelschachtel.
  • In axialer Richtung erstrecken sich Bohrung und Schlitz über die ganze Elektrodenlänge von einem Nippelschachtelende zum entgegengesetzten Ende der anderen Nippelschachtel.
  • Die Einarbeitung solcher sich bis nahe an die Oberfläche der Elektroden 1 erstreckender Schlitze 6, die von einer Mittelbohrung ausgehen, welche nicht zentrisch im Elektrodenkörper angeordnet zu sein braucht, ermöglicht die Herstellung auch großer Elektroden aus feinkörnigerem und damit festeren; Material. Solche Elektroden sind oxidationsbeständiger und leitfähiger und sind wegen des Schlitzes auch deutlich thermoschockfester als die bisher verwendeten grobkörnigeren, nichtgeschlitzten Elektroden. Sie zeigen keine zufällige Rißbildung beim Vorliegen eines hohen radialen Temperaturgradienten und sind außerdem wesentlich unempfindlicher im Bereich der Halte- und/oder Eontaktbacken. Durch geeignete Füllung des Schlitzes wird die Oxidation deutlich vermindert oder sogar teilweise gesteuert, was zu einer thermischen Entlastung der stark überhitzten Elektrodenspitze führen kann. Es gibt Anzeichen dafür, daß die heute in Elektrostahlöfen bereits verwendeten, bzw. in Zukunft angestrebten hohen Stromstärken von 80 kL bis 100 kA für Elektroden von 600 mm Durchmesser im Inneren der heißen Elektrodenspitze zu Temperaturen in der Nähe des Eohlenstoffsublimationspunktes führen. Ein bis ins Innere der Elektrodenspitze reichender, offener Schlitz bewirkt deshalb eine wesentliche thermische Entlastung durch Strahlung, wodurch sich die elektrische Belastbarkeit der Elektroden erhöht bzw. die zufällige Rißbildung der bisher üblichen Elektroden erheblich verringert, wenn nicht sogar vollständig unterdrückt wird.
  • Es läßt sich also feststellen, daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung von Kohlenstoff-Formkörpern, insbesondere Kohlenstoffelektroden runden Querschnitts, jede zufällige Rißbildung vermieden wird, da der in der Elektrode vorgesehene Schlitz den "vorprogrammierten" Riß darstellt, der jedoch durch das Einbringen von Füllmaterial die Nachteile bekannter Konstruktionen dieser Art insofern vermeidet, als seine Weite praktisch auf Null reduziert wird und damit das Oxidations- und Abbrandverhalten der Elektrode an die nichtgeschlitzte Elektrode annähert und dadurch, daß er zunächst jedenfalls, bis die Oxidation der äußeren Elektrodenzone zu einem Materialabbrand auf der Elektrodenoberfläche geführt hat, geschlossen bleibt, keine Nachteile beim Erfassen der Elektroden durch die Halterungs-bzw. Kontaktbackenvorrichtung liefert.

Claims (13)

  1. Schutzansprüche 1. Kohlenstoff-Formkörper, insbesondere Kohlenstoffelektrode runden QuersckrAitts, mit einer in Körperlängsachse verlaufenden Bohrung, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß sich von der Bohrung (2) aus ein Schlitz (3) in Richtung auf die äußere Oberfläche (4) der Elektrode (1) erstreckt, dessen Ende von der Elektrodenoberfiäche einen Abstand (C) aufweist.
  2. 2. Kohlenstoff-Formkörper nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die Bohrung (2) und der Schlitz (3) über die ganze Länge der Elektrode (1) erstrecken.
  3. 3. Kohlenstoff-Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Bohrung (2) zentrisch angeordnet ist.
  4. 4. I(ohlenstoff-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schlitz (3) radial verläuft.
  5. 5. Kohlenstoff-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schlitztiefe (D) über die Schlitzlänge verschieden groß ist.
  6. 6- Sohlenstoff-Forzkörper nach einem der Ansprüche 1.
    bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Bohrung (2) an wenigstens zwei Stellen erweitert ist.
  7. 7. Kohlenstoff-Formkörper nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Erweiterungen (9) an beiden Enden der Bohrung (2) vorgesehen sind.
  8. 8. Kohlenstoff-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in wenigstens einer der beiden gegenüberliegenden Schlitzwandle (5) wenigstens eine Vertiefung (7,8) zur Verankerung von in den Schlitz (3) befindlichen Füllmaterial (5) ausgebildet ist.
  9. 9. Xohlenstoff-Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Bohrung (2) und der Schlitz (3) wenigstens teilweise mit kohlenstoffhaltigem Material (5) gefüllt sind.
  10. 10. Kohlenstoff-Forzkörper nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Füllmaterial beim Einsatz des Formkörpers im Lichtbogenofenbetrieb abbaubar ist.
  11. ii. Kohlenstoff-Formkörper nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Büllmaterial aus faserförmigen, hochtemperaturbeständigen Werkstoffen besteht.
  12. 12. Kohlenstoff-Formkörper nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Füllmaterial (5) ein Bindemittel zugesetzt ist.
  13. 13. Kohlenstoff-Formkörper nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch g e k e n II z e i c h n e t , daß dem Füllmaterial (5) lichtbogenstabilisierende, ionisierende Verbindungen zugesetzt sind.
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