DE2730884A1

DE2730884A1 - Fluessigkeitsgekuehlte elektrode fuer lichtbogenoefen

Info

Publication number: DE2730884A1
Application number: DE19772730884
Authority: DE
Inventors: Emil Dr Ing Elsner; Rudolf Dr Ing Kasper; William Dr Ing Schwabe
Original assignee: Korf Stahl AG
Current assignee: Korf Stahl AG
Priority date: 1977-07-08
Filing date: 1977-07-08
Publication date: 1979-01-11
Also published as: GB2000947B; DE2730884B2; ES471545A1; IT1105239B; BR7804405A; GB2000947A; US4189617A; CA1106429A; IT7850180A0; JPS5419235A

Description

BLUMBACH . WESER · BERGEN · KRAMER PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radedcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 88 36 Ü3/88 36 04 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

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Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine flussigkeitsgekühlte Elektrode für Lichtbogenofen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Flüssigkeitsgekühlte Elektroden zeichnen sich gegenüber den üblichen Kohle- und Graphitelektroden durch eine größere Standzeit aus. Die Elektrodenspitze ist entweder nicht verzehrbar ausgebildet und wassergekühlt (DT-OS 1 565 207) oder verzehrbar ausgebildet und auswechselbar (DT-OS 1 565 751). Der Elektrodenstrom wird der Elektrodenspitze über einen metallischen Kern, der zugleich das Leitungssystem für die Kühlflüssigkeit enthält, oder über dieses Leitungssystem selbst zugeführt. Der Kern bzw. das Leitungssystem sind durch einen Schutzmantel aus Feuerfestmasse der auf den Kern bzw. auf das Leitungssystem aufgebracht iöt, gegenüber der Ofenatmosphäre geschützt.

Bei den bekannten flüssigkeitsgekühlten Elektroden bilden der Kern, das Kühlsystem, die zur Führung des Elektrodenstroms

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Mündien: R. Kramer Oipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Or. rer. nat. · P. Hirsch Oipl.-tng. · H. P. Brehm Oipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Or. jur. . G. Zwirner Oipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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vorgesehenen Teile und die Schutzhülle eine Einheit mit fester gegenseitiger' Zuordnung der einzelnen Teile. Damit sind die Kühlverhältnisse, der mechanische und thermische Schutz durch die Schutzhülle, d.h. die Eigenschaften der Elektrode längs ihrer Länge festgelegt. Dies "bedingt einige Nachteile.

So liegt bei der obengenannten flüssigkeitsgekühlten Elektrode mit verzehrbarer Elektrodenspitze nach dem Einsatz einer neuen Spitze der größte Teil dieser Spitze frei, also ungeschützt und ist deshalb den gleichen Beanspruchungen wie eine ungeschützte und ungekühlte Elektrode ausgesetzt. Günstiger wäre es, wenn trotz des stetigen Verbrauchs der Elektrodenspitze die Spitze immer nur um das gleiche, für die Betriebsverhältnisse optimal eingestellte Maß vorstehen würde.

Bei den obengenannten Elektroden mit nicht verzehrbarer Elektrodenspitze ist zur Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse oft auch eine verschiedene axiale Zuordnung von Kühlsystem, Schutzhülle und Elektrodenspitze erwünscht und insbesondere auch eine Justiermöglichkeit der Elektrodenspitze gegenüber einem Magneten durch dessen Magnetfeld der Lichtbogen auf der nicht verzehrbaren wassergekühlten Spitze der Elektrode in Bewegung versetzt werden soll. Schließlich ist bei den bekannten Elektroden durch die feste Zuordnung der genannten Teile das längs der Elektrode vorgesehene Leitungssystem für die Kühl-

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flüssigkeit elektrisch mit dem den Elektrodenstrom führenden Teil verbunden oder es führt selbst den Elektrodenstrom, so daß bei einer Beschädigung der äußeren Schutzhülle, die insbesondere beim Einsatz der Elektrode in einem Lichtbogenschmelzofen, in dem Stahlschrott eingeschmolzen wird, nicht ausgeschlossen werden kann, Lichtbogenüberschläge zwischen dem Kühlsystem und dem metallischen Einsatz des Lichtbogenofens auftreten können durch die das Kühlsystem beschädigt werden und austretende Kühlflüssigkeit in das Ofengefäß gelangen kann. Es kann dann zu Explosionen kommen, die nicht nur eine Beschädigung des Ofens zur Folge haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben geschilderten Nachteile bei einer flussigkeitsgekühlten Elektrode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu vermeiden und eine Änderung der räumlichen Zuordnung zwischen Kühlsystem und Elektrodenspitze bzw. Elektrodenkern und im Bedarfsfall auf einfache Weise eine elektrische Trennung des Leitungssystems für die Kühlflüssigkeit von den den Elektrodenstrom führenden Teilen zu ermöglichen.

Es soll ein ausreichender mechanischer Schutz gewährleistet werden, so daß selbst bei den großen mechanischen Beanspruchung gen der Elektrode, wie sie bei Schrotteinstürzen auftreten, ein Elektrodenbruch bei verzehrbaren Elektroden oder eine Beschädigung bei permanenten Elektroden verhindert wird.

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Ferner soll eine ausrei; hende elektrische Isolation längs der Elektrodensäule gewährleistet sein, so daß unkontrollierte Lichtbogen auf der Elektrodensäule, die die Regelung beeinflussen bzw. bei permanenten Elektroden die Oberfläche zerstören, vermieden werden.

Schließlich soll ein ausreichender äußerer Strahlungs- und Hitzeschutz vorhanden sein, um die Wärmeabfuhr über die Elektroden möglichst klein zu halten.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Elektrode enthält als selbständige Bauteile einen den Elektrodenstrom führenden Kern und einen an der Elektrodenhalterung befestigten Mantel, der das Leitungssystem für die Kühlflüssigkeit enthält. Damit ist beim Herstellen einer solchen Elektrode die gegenseitige räumliche Zuordnung dieser beiden Bauteile leicht an die jeweiligen Erfordernisse anzupassen. So kann bei nicht verzehrbaren Elektroden, wenn im unteren Bereich des Mantels eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen wird, durch das der Lichtbogen auf der Spitze des Kerns in Bewegung versetz» bar ist, die räumliche Zuordnung zwischen dem Magneten und

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der Spitze des Kerns, d.h. die optimale räumliche Lage der Elektrodenspitze in dem die Bewegung des Lichtbogens verursachenden Magnetfeld einfach justiert werden. Es kann damit je nach Verwendung eines permanenten oder fremdstrom^erregten Magneten auch bei unterschiedlichen Formen des Magnetfeldes leicht die optimale Lage der Spitze eingestellt und diese Lage dann zum Beispiel durch eine feste Verbindung zwischen den beiden Bauteilen festgelegt werden. Bei etwaigen Instandsetzungsarbeiten ist die Zugänglichkeit zu den einzelnen Teilen der Elektrode verbessert und im Falle eines Ersatzes brauchen immer nur die jeweils beschädigten Teile ersetzt zu werden.

Die Erzeugung eines Magnetfeldes zur Bewegung des Lichtbogens auf der Spitze des Kerns ist im übrigen nicht nur für nicht verzehrbare Elektrodenspitzen von Bedeutung, sondern auch für verzehrbare, da hierdurch deren Abbrand verlangsamt werden kann.

Durch eine Gleitverbindung zwischen den beiden Bauteilen, d.h. zwischen Mantel und Kern wird eine laufende Änderung der gegenseitigen Lage ermöglicht. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn der den Elektrodenstrom führende Kern aus verzehrbarem Material gebildet ist, weil dann das Vorstehen der Spitze des Kerns aus dem den Kern schützenden Mantel optimal eingestellt und bei dem laufenden Abbrand der Elektrodenspitze auch laufend nachgestellt werden kann. Wird zwischen den beiden 3auteilen^also zwischen dem den Elektrodenstrom führenden Kern und

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dem das Leitungssystem für die Kühlflüssigkeit enthaltenden Mantel,eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen, dann läßt sich hierdurch auf sehr einfache Weise eine elektrische Trennung des Kühlsystems von dem den Elektrodenstrom führenden Kern erreichen, so daß es nicht mehr zu Lichtbogenüberschlägen zwischen dfein Kühlsystem und dem metallischen Einsatz des Lichtbogenofens kommen kann.

Die Erfindung wird durch zwei Ausführungsbeispxele anhand von 4- Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Elektrode teilweise in einem Längsschnitt längs der Schnittlinie I-I von Fig.2;

Fig. 2 den Querschnitt II-II der Elektrode nach Fig. 1;

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt III von Fig.1;

Fig. 4 den Längsschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Elektrode mit nicht verzehrbarer Elektrodenspitze.

Die flüssigkeitsgekühlte Elektrode 1 gemäß den Fig. 1 bis 3 enthält einen den Elektrodenstrom führenden Kern 2 und einen als selbständiges Bauteil ausgebildeten Mantel 3» der das Leitungssystem 4- für die Kühlflüssigkeit enthält. Der Kern 2 besteht aus einem verzehrbaren Material, wie Graphit oder Kohle und ist wie die üblichen ungeschützten Graphit-Elektroden aus einzelnen durch Nippel 5 fest miteinander verbundenen

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Abschnitten 6, 7 und 8 zusammengesetzt. Die Zuführung des Elektrodenstroms erfolgt in üblicher V/eise über ein Hochstromrohr 9, das im oberen Bereich des Kerns 2_f beispielsweise durch eine Manschette, mit diesem elektrisch verbunden ist. Mit 10 ist der von der Elektrodenspitze ausgehende Lichtbogen bezeichnet. Der das Leitungssystem 4- für die Kühlflüssigkeit enthaltende Mantel 3 ist an einem Elektrodentragarm 11 befestigt. Er kann auch von der Elektrodenhalterung gehalten werden. Das Leitungssystem 4- für die Kühlflüssigkeit ist im dargestellten Fall durch einen äußeren metallischen Hohlzylinder 12, einen inneren metallischen Hohlzylinder 13 und durch Trennwände bzw. Leitbleche 14 zur Bildung von Flüssigkeitskanälen zwischen den beiden Hohlzylindern 12 und 13 gebildet. Die Trennwände bzw. Leitbleche können wendelförmig zwischen den beiden Hohlzylindern angeordnet sein oder sich in axialer Richtung des Mantels erstrecken. Mit 15 oder 16 sind die Anschlüsse für den Zufluß und den Abfluß der Kühlflüssigkeit angedeutet.

Anstelle des in Fig. 1 dargestellten Leitungssystems können selbstverständlich auch andere Arten eines Leitungssystems insbesondere auch diskrete Kühlrohre,die beispielsweise käfigartig oder wendelförmig angeordnet sind, dienen.

An der dem Ofenraum zugewandten Außenseite des Leitungssystems 4- sind Vorsprünge 17 vorgesehen, die von einer Feuer-

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festmasse 18 überdeckt werden. Durch die möglichst gleichmäßig am Umfang und in axialer Richtung verteilten Vorsprünge wird einerseits eine gleichmäßigere Kühlung der Feuerfestmasse und andererseits ein besserer Halt dieser Masse bewirkt. Zwischen dem den Elektrodenstrom führenden Kern 2 und dem Mantel 3 ist im vorliegenden Fall eine Isolierschicht 19 vorhanden, durch die das Leitungssystem 4- elektrisch gegenüber dem Kern isoliert wird. Eine elektrische Verbindung zwischen dem Leitungssystem 4 und dem Kern 2 ist auch über andere Wege vermieden. Damit können der Mantel 3 und der Tragarm 11 auf Erdpotential gehalten werden.

Da der Kern 2 und der Mantel 3 als gesonderte Bauteile ausgebildet sind läßt sich ihre gegenseitige axiale Lage_/ also das Maß 20, um welches die Spitze des Kerns aus dem Mantel vorsteht, einfach den jeweiligen Erfordernissen anpassen und dann die gegenseitige Lage der beiden Bauteile zueinander fixieren. Im vorliegenden Fall ist der Kern aus einem verzehrbaren Material gebildet, das ein laufendes Nachstellen des Maßes 20 verlangt. Deshalb ist bei dem gewählten Beispiel der Kern 2 innerhalb des Mantels verschiebbar und es ist für den Kern 2 eine Haltevorrichtung vorgesehen, die gleichzeitig als Vorschub- und Führungsvorrichtung ausgebildet ist. Sie besteht aus drei gleichmäßig um den Kern 2 verteilten Rollen 21 bis 23, von denen die eine Rolle 21 mittels eines Antriebs 24-antreibbar ist und die beiden anderen Rollen 22 und 23 mittels

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Hydraulik-Zylindern 25 und 26 in radialer Richtung verschiebbar und an die Außenfläche des Kerns anpressbar sowie in dieser Lage fixierbar sind. Die Haltevorrichtung ist gegenüber dem Leitungssystem 4- für die Kühlflüssigkeit elektrisch isoliert. Die Haltevorrichtung ist ebenso wie der Mantel 3 am Elektrodentragarm 11 befestigt. Zur Führung des Kerns innerhalb des Mantels 3 sind außerdem im unteren Bereich des Mantels drei gleichmäßig um den Kern verteilte und elastisch an diesen anpressbare Führungen 27 vorgesehen. Diese sind zweckmäßigerweise gegenüber den Rollen 21 bis 23 um 60 längs des Umfangs versetzt. Im unteren Bereich des Mantels 3 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes in Form eines permanenten oder durch Fremdstrom erregten Macneten 28 vorgesehen. Durch das Magnetfeld des Magneten soll eine Bewegung des Lichtbogens auf der Spitze des Kerns bewirkt werden.

Vor Inbetriebnahme eines Elektro-Schmelzofens mit erfindungsgemäßen Elektroden wird zunächst das Maß 20 um das die Spitze des Kerns 2 aus dem Mantel vorsteht mittels der Halte- und Vorschub-Vorrichtung eingestellt. Hierbei sind nicht nur die gewünschten Kühlbedingungen durch den Mantel sondern auch die durch die Lage des Magneten 28 bestimmte Lage des Magnetfeldes zu berücksichtigen. Wenn beim Betrieb die Spitze des Kerns aus verzehrbarem Material langsam aufgebraucht wird und sich damit das optimale Maß 20, um das die Spitze vorsteht, verkleinert, dann kann mittels der Vorschubvorrichtung schritt-

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weise oder auch stetig der Kern weiter nach unten verschoben werden. Im gleichen Maß, in dem sich unten die verzehrbare Spitze des Kerns verbraucht, wird oben ein neues Stück mittels eines Nippels 5 angenippelt, so daß bei optimalen Betriebsverhältnissen keine Unterbrechung zum Ersatz einer aufgebrauchten Elektrodenspitze erforderlich ist. Es bleiben keine Rückstände des verzehrbaren Kerns wie bei den bekannten Elektroden mit auswechselbarer, verzehrbarer Spitze.

Fig. 3 stellt vergrößert den Ausschnitt III von Fig. 1 dar, zeigt also im einzelnen die konstruktive Ausgestaltung einer der im unteren Bereich des Mantels 3 vorgesehenen, elastisch an den Kern 2 anpreßbaren Führungen 27· Die Führungen sind aus im Mantel 3 radial verschiebbaren zylindrischen Graphitelementen 29 gebildet, die durch eine Feder JO gegen den Kern 2 gedrückt werden. Durch Isolierschichten 34· ist die gewünschte gegenseitige Isolation von Kern 2 und Mantel 3 gewährleistet, die es erlaubt, den Mantel auf Erdpotential zu halten.

Die in Fig. 4- in einem Längsschnitt dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten durch die Verwendung eines Kerns 31 und einer Elektrodenspitze 32 aus Metall anstelle eines verzehrbaren Materials. Auch hier führt der als Metallkörper ausgebildete Kern 31 den Elektrodenstrom und ist einschließlich seiner Spitze 32 gegenüber dem Mantel 3 elektrisch

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isoliert. Da die Spitze 32 als nicht verzehrbare Elektrodenspitze dient, muß sie gekühlt werden. Es ist deshalb ein zusätzliches Leitungssystem 33 innerhalb des Kerns 31 vorgesehen, das gegenüber dem Leitungssystem 4- des Mantels elektrisch isoliert ist und durch das die Spitze 32 des Kerns gekühlt wird. Nach einer Justierung des Masses 20, um das die Spitze 32 des Kerns 31 aus dem Mantel 3 vorsteht, iä in der Regel eine weitere Axialverschiebung des Kerns innerhalb des Mantels entbehrlich, so daß in diesem Fall die Vorschubeinrichtung für den Elektrodenkern entfallen kann.

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Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN KRAMER

ZWIRNER · HIRSCH · BREHM 273Q884

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radeckestraße 4J 8C00 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Fatentconsirit Sonnenberger Straße 4J 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186 237 Telegramme Patentconsult

Korf-Stahl AG. 77/0109

Moltkestraße 15
Baden-Baden

Plüssigkeitsgekühlte Elektrode für Lichtbogenofen

Patentansprüche;

Flüssigkeitsgekühlte Elektrode für Lichtbogenofen, insbesondere zur Herstellung von Stahl und Eisen, mit einem den Elektrodenstrom führenden Kern und einem Leitungssystem für die Kühlflüssigkeit, die gegenüber dem Ofenraum durch einen Mantel aus Feuerfestmasse geschützt sind, aus dem der Kern mit seiner Spitze herausragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) als ein selbständiges am Elektrodentrag-

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. . H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Dipl.-Ing Dr. j'jr. · G. Zwirne» Dipl.-Ing. Dipl.-W -ing.

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ORIGINAL INSPECTED

arm (11) befestigtes und das Leistungssystem (4) für die Kühlflüssigkeit enthaltendes Bauteil ausgebildet ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) gegenüber dem den Elektrodenstrom führenden Kern (2, 31) elektrisch isoliert ist.

3. Elektrode nach Anspruch 2.dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mantel (3) und dem Kern (2, 31) eine Isolierschicht (19) vorhanden ist.

4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) innerhalb des Mantels (3) verschiebbar ist.

5. Elektrode nach einen der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Ofenraun zugewandten Außenseite des Leitungssystems (4·) Vorsprünge (17) vorgesehen sind, die von der Feuerfestmasse (18) überdeckt werden.

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daü der den Elektrodenstrom führende Kern (2) aus einem verzehrbaren Material wie Graphit, Kohle oder dergleichen, besteht.

7- Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der den Elektrodenstrom führende Kern (31, 32) nicht verzehrbar als Metallkörper ausgebildet ist.

8. Elektrode nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Spitze (32) des Metallkörperε (31, 32) zusätzlich wassergekühlt ist.

9. Elektrode nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (4-) des I-lantels (3) einen äußeren und einen inneren metallischen Hohlzylinder (12 und

13) und wenigstens eine Trennwand (14-) bzw. ein Leitblech zur Bildung von Flüssigkeitskanälen zwischen den beiden Hohlzylindern enthält.

10. Elektrode nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (4-) des Kanteis (3) aus Kühlrohren bzw. Kühlkanälen gebildet ist.

11. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel als Kühlkanäle enthaltender Graphitkörper ausgebildet ist.

12.Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitkörper auf der dem Ofenraum zugewandten Oberfläche mit einer Feuerfestmasse beschichtet ist.

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13. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Mantels (3) eine Vorrichtung (28) zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen ist.

14. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Mantels (3) bzw. am Elektrodentragarm (11) eine Haltevorrichtung (21 bis 26) für den Kern (2, 31) vorgesehen ist.

15. Elektrode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung für den Kern (2) zugleich als Vorschub- und Führungsvorrichtung au .serobildet ist.

16. Elektrode nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß über die Haltevorrichtung dem Kern (2, 31) der Elektrodenstrom zuführbar ist.

17. Elektrode nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung eine oder mehrere umden Kern (2, 31) verteilte Rollen (21 bis 23) enthält, von denen wenigstens eine (21) mittels eines Antriebs (24) antreibbar und wenigstens eine (22, 23) in radialer Richtung verschiebbar (25, 26) und an die Außenfläche des Kerns (2, 31) anpressbar ist.

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18. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich des Mantels um den Kern (2, 31) verteilte Führungen (27) vorgesehen sind, von denen mindestens eine (29, 30) an diesen anpreßbar ist.

19. Elektrode nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen aus im Mantel (3) radial verschiebbaren Graphiteleirienten (29) gebildet sind, die durch eine Feder (30) gegen den Kern (2) gedrückt werden.

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