DE2718293A1

DE2718293A1 - Gleichstromgespeister lichtbogenofen mit einer (oder mehreren) schmelzkontaktelektrode

Info

Publication number: DE2718293A1
Application number: DE19772718293
Authority: DE
Inventors: Sten Dipl Ing Kollberg
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1976-05-07
Filing date: 1977-04-25
Publication date: 1977-11-17
Also published as: SE7605217L; DE2718293C2; JPS52135804A; US4100364A; GB1573742A

Description

Västeras / Schweden Gleichstromgespeister Lichtbogenofen mit einer (oder mehreren)

Schmelzkontaktelektrode

Die Erfindung bezieht sich auf einen gleichstromgespeisten Lichtbogenofen mit einer (oder mehreren) Schmelzkontaktelektrode gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein Lichtbogenofen mit einer solchen Elektrode ist bekannt aus der DT-OS 25 25 720.

Durch Kühlung des in der Schmelzkontaktelektrode enthaltenen Rohlings mittels Wasser oder evtl. Luft über die Masse und deren Hülle wird verhindert, daß der gesamte Rohling unter dem Einfluß der Wärme von der Ofenschmelze schmilzt, so daß man einen festen Teil des Rohlings erhält, der am elektrischen äußeren Anschluß liegt, einen geschmolzenen Teil am ofeninneren Ende und eine mehr oder we-

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niger lange Ubergangszone zwischen dem festen und dem geschmolzenen Rohlingsteil. Die Kühlung verhindert, daß die Grenze zwischen festem und geschmolzenem Rohling allzu nahe an das Außenende des Rohlings wandert; darüberhinaus hat die Kühlung auch andere übliche Schutzfunktionen. Bei den bekannten Ausführungen ist der Rohling der Schmelzkontaktelektrode bogenförmig mit einem teilweise horizontal

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verlaufenden Abschnitt ausgebildet.

In einem gleichstromgespeisten Lichtbogenofen der genannten Art besteht die Kathode gewöhnlich aus einer oder mehreren normalen Graphitelektroden, während eine oder mehrere Schmelzkontaktelektroden der oben genannten Art die Anode bilden. Eine solche Schmelzkontaktelektrode (Badelektrode) besteht somit aus einem durch die Futtermasse verlaufenden metallgefüllten Kanal, der von einer Schicht aus keramischem Material umgeben ist. Die Schmelzkontaktelektrode wird durch eine wassergekühlte Platte aus beispielsweise Kupfer abgeschlossen, welche ebenfalls über das keramische Material gekühlt werden kann. Die Schmelzkontaktelektrode wird entweder am Ofentiegel oder in einer mit dem Ofentiegel in Verbindung stehenden Tasche an der Gießschnauze angeordnet.

Bei diesen Schmelzkontaktelektroden besteht das Problem, daß beim Betrieb des Ofens auch der obere Teil des Rohlings (des Metallkanals) in der Schmelzkontaktelektrode schmilzt. In diesem flüssigen Teil bilden sich zwei einander zum Teil überlagernde Strömungen aus. Durch die Stromkräfte wird der elektrodynamische Druck im Zentrum des mit Schmelze (geschmolzener Rohling) gefüllten Metallkanals größer ali am Umfang (bedingt durch den Pinch-Effekt). Dieser Druck verursacht eine Strömung von geschmolzenem Eisen, die von der Mitte der Mündung der Badelektrode zum Ofenbad und von dort zurück zum Kanal der Schmelj elektrode an dessen Umfang verläuft (siehe die Pfeile in der Anordnung gemäß Fig. 3).

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Bei der Erzzufuhr (dem Frischkochen) wird über das Schmelzbad Sauerstoff zugeführt, wodurch sich Kohlenoxydgas bildet und ein kräftiges Kochen entsteht. Infolge der durch die Stromkräfte verursachten, eben genannten Mündungsströmung werden Sauerstoff und Kohlenstoff, die in dem geschmolzenen Eisen gelöst sind, in die Badelektrode hineingetragen. Wenn das Eisen am Boden und an den Wänden der Badelektrode abgekühlt wird, sinkt die Löslichkeit für Sauerstoff und Kohlenstoff, so daß sich Kohlenoxydblasen bilden. Diese Blasen werden bei einer vertikal angeordneten Badelektrode, wenn der Druck längs der Mittelachse der Badelektrode größer ist als am Umfang, zum Umfang hin herausgedrückt, wodurch eine Strömung von warmem, sauerstoffreichem Eisen längs der Mittelachse herunter zur Kupferplatte hin auftritt und kaltes, sauerstoffarmes Eisen und Kohlenoxydblasen längs des Umfanges nach oben steigen. Diese Metallströmungen verursachen ein erhöhtes Einschmelzen der Schraelzkontaktelektrode, bedingt einerseits dadurch, daß die Wärmeübergangszahl zwischen flüssigem und festem Eisen stark strömungsabhängig ist,und andererseits dadurch, daß mehr Wärme vom Schmelzbad zu der Schmelzkontaktelektrode transportiert wird. Als besonders gefährlich erweist sich hierbei die oben genannte Gasströmung, welche bei einer vertikal angeordneten Badelektrode an Heftigkeit die Pinch-Effektströmung übersteigt und tiefer in die Badelektrode hineinreicht. Die Pinch-Effektströraung bleibt im wesentlichen auf das Mündungsgebiet der Elektrode beschränkt. Infolge der genannten Gasströmung steigt somit die Strömungsgeschwindigkeit am übergang zwischen flüssigem und festem Eisen, die entsprechende Wärmeübergangszahl wird größer und das Einschmelzen des Rohlings nimmt stark zu.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gleichstromgespeisten Lichtbogenofen der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem das durch die oben beschriebene Strömung auftre- »tende starke Einschmelzen des Rohlings der Schmelzkontaktelektrode

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weitgehend verhindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gleichstromgespeister Lichtbogenofen vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die Schrägstellung der Schmelzkontaktelektrode gemäß der Erfindung wird erreicht, daß sich die Kohlenoxydblasen an der oberen Grenzfläche des Rohlings ansammeln, von wo aus sie relativ langsam

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zur Mündung hochsteigen. Die kräftige^ strömung, die bei einer vertikal angeordneten Schmelzkontaktelektrode auftritt, wird somit vermieden. Die maximale Einschmelzung des Rohlings wird folglich bedeutend geringer, so daß größere Stromdichten zugelassen werden können und die Badelektrode bei gleichzeitiger Vergrößerung des Sicherheitsabstandes gegenüber einem Durchbrennen kürzer ausgebildet werden kann.

Ein anderes Problem bei derartigen Scjhmelkkontaktelektroden besteht darin, daß die Materialströmung auftritt, weil die Stromdichte sich ändert. Dies ist an der Mündung der Badelektrode unvermeidbar, jedoch nimmt der Einfluß dieser Strömung sukzessiv zum Boden der Elektrode hin ab. Dieses Problem wird durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gelöst. Nach dieser Ausführungsform ist die Bad-

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elektrode so ausgebildet, daß der Querschnitt des Rohlings von der Mündung bis zur Kupferanschlußplatte unverändert ist. Hierdurch wird verhindert, daß eine weitere Strömung ausgelöst wird. Dies bedeutet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Eisens am Boden der Badelektrode niedrig ist, vorausgesetzt, daß die Badelektrode lang genug ausgebildet werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Querschnittsfläche der Badelektrode flach rechteckig gemacht«,, um die Materialströmung zu erschweren. Dadurch, daß man eine maximale Stromdichte wählt und den Querschnitt des leitenden Kanals unverändert beibehält, können keine weiteren Strömungen auftreten. Man kann so erreichen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Eisens am Übergang zwischen dem flüssigen und festen Eisen so klein wird, daß die entsprechende Wärmeübergangszahl ihren Mindestwert beibehält. (Ca. 9000 W/m * ⁰C). Dies ergibt bei angemessener Länge der Badelektrode eine maximale Sicherheit gegenüber Durchbrennen.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es fceigen

Fig. 1 einen Gleichstromlichtbogenofen gemäß der Erfindung im Schnitt,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Gleichstromlichtbogenofen gemäß Fig. 1 längs der Linie A-A,

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Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Fig.3a einen Querschnitt durch den festen Teil des Rohlings in der Schmelzkontaktelektrode gemäß Fig. 3-

Fig. 1 zeigt einen Lichtbogenofen mit als Kathode geschalteten Graphitelektroden 1, die in einem Ofenraum 1 angeordnet sind. Der kippbare Ofen hat eine Gießschnauze 3» an welcher eine Elektrodentasche 4 für die Schmelzkontaktelektrode (Badelektrode) 5, 6 angeordnet ist. Die genauere Ausführung der Schmelzkontaktelektrode zeigt Figur 2, wo auch der Raum der Elektrodentasche 4 erkennbar ist. Die genauere Ausführung der Schmelzkontaktelektrode geht aus Fig. 2 hervor, wo auch der Raum 4 gezeigt wird.

Der Rohling besteht aus einem beim Betrieb teilweise geschmolzenen Metallteil 5 und einem nicht geschmolzenen Metallteil 6. Der Rohling 5, 6 ist in der Futtermasse 7 eingebettet, die Ihrerseits in einer Metallhülle 8 eingeschlossen ist, welche mittels üblicher wasserdurchströmter Kühlorgane 9 gekühlt wird. Die Futtermasse wird in dem gezeigten Fall nach außen hin zu einer zum elektrischen Anschluß dienenden Kupferplatte 10 schmaler, und die Kupferplatte 10 wird zweckmäßigerweise ebenfalls durch Kühlorgane 11 gekühlt*

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Schmelzkontaktelektrode am Ofentiegel oder in einer besonderen, mit dem Ofentiegel verbundenen Tasche angeschlossen ist. Der Rohling besteht hierbei aus einem beim Betrieb des Ofens flüssigen Teil 12 und

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einem festen Teil 13. Durch Kühlorgane 14 wird verhindert, daß die Grenze 15 zwischen festem und flüssigem Teil zu nahe an die Kühlplatte 16 rückt, was die Gefahr eines Durchbrennens mit sich bringen würde. Die Futtermasse besteht aus dem üblichen keramischen Material, und aus den oben genannten Gründen entstehen in Richtung der Pfeile 17 in Fig. 3a verlaufende Strömungen (Pinch-Effekt). Der Neigungswinkel zur Vertikalen soll, wie genannt, 30 bis 80° betragen, wodurch die genannten Vorteile erzielt werden.

Der Querschnitt des Rohlings 12, 13 soll vom ofenseitigen Ende bis zu Anschlußplatte 16 möglichst konstant sein. Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit am Boden der Badelektrode, also an der Grenze zwischen flüssigem und festem Teil, gering, vorausgesetzt, daß die Elektrode lang genug ist.

Der Querschnitt des Rohlings der Badelektrode ist flach rechteckig (siehe Fig. 3a). Der Querschnitt des Rohlings in einer Ebene, in

m einer Richtung

der die Längsachse des Rohlings liegt und die»horizontal verläuft, also senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 2 oder 3» soll rechteckförmig sein. !

Die flach rechteckige Ausbildung des Querschnitts der Badelektrode erfolgt aus den oben erläuterten Gründen, also um die Materialströmung zu erschweren. Man wählt eine maximale Stromdichte und hält den Querschnitt des leitenden Kanals unverändert so, daß keine weiteren Strömungen entstehen, wodurch man erreicht, daß die Strömungsge-

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schwindigkeit des geschmolzenen Eisens am übergang zwischen flüssigem vmd festem Eisen so klein wird, daß die entsprechende Wärmeübergangszahl auf ihrem Mindestwert verbleibt (siehe oben) Der elektrodynamische Mitteldruck beträgt:

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Dies gilt für einen Abschnitt, bei dem gemäß Fig. 3a die,Höhe des Rohlings a und seine Breite b ist. Es komiat also darauf an, das Maß b möglichst groß zu machen, damit man bei gegebenem Strom eine möglichst kleine Strömung erhält.

Die Erfindung kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

Patentansprüche:

1/Gleichstromgespeister Lichtbogenofen mit einer (oder mehreren) Schmelzkontaktelektrode, die einen Rohling aus Eisen oder Stahl enthält, der in Futtermasse eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rohling(5, 6; 12,13) im wesentlichen gerade in Längsrichtung erstreckt und einen Winkel von 30 bis 80° mit der Vertikalen bildet.
2. Gleichstromgespeister Lichtbogenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Futtermasse(7), in die der Rohling eingebettet ist, vom Ofen (2) zum elektrischen Anschluß (16) hin abnimmt und daß die Futtermasse seitlich vorzugsweise mit Kühlorganen (14) umgeben ist, die direkt auf die Masse oder auf eine die Masse umgebende Hülle wirken.
3. Gleichstromgespeister Lichtbogenofen nach einem der vorhergehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (5,6; 12,13) einer quadratischen oder rechteckigen Querschnitt in einer Ebene hat, in de die Längsachse des Rohlings liegt und die in Richtung senkrecht zu dieser Längsachse horizontal verläuft.
4. Gleichstromgespeister Lichtbogenofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (5,6 ; 12,13) über seine gesamte Länge vom ofenseitigen Ende bis zur Anschlußplatte (10,16), einen konstanten Querschnitt hat.

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