DE2806270A1

DE2806270A1 - Schmelzkontaktelektrode

Info

Publication number: DE2806270A1
Application number: DE19782806270
Authority: DE
Inventors: Sven-Einar Dipl Ing Stenkvist
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1977-02-23
Filing date: 1978-02-15
Publication date: 1978-08-24
Also published as: JPS53103909A; FR2381987A1; FR2381987B1; GB1594064A; US4145562A; JPS611668B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmelzkontaktelektrode gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind Schmelzkontaktelektroden bekannt, bei denen die Außenseite der Elektrode wenigstens teilweise mittels eines oder mehrerer in der Futtermasse angeordneter Kühlorgane wie beispielsweise Wasserkühlzylinder oder dergleichen, wassergekühlt ist, um ein Schmelzen des Rohlings oder der Rohlinge der Schmelzkontaktelektrode zu verhindern oder zu erschweren. Durch die Kühlung wird verhindert, daß der in den geschmolzenen Zustand übergehende Teil des Rohlings bis in die Nähe des elektrischen Anschlußteils der Schmelzkontaktelektrode sich erstreckt. Solche Schmelzkontaktelektroden sind bekannt aus der DE-OS 25 25 720 und aus der DE-OS 25 50 671.

Beim Betrieb geht der Stahlrohling der Schmelzkontaktelektrode so weit in den geschmolzenen Zustand über, bis zwischen zugeführ-

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ter und durch Kühlung abgeführter Wärme ein Gleichgewichtszustand entstanden ist. (Der Übergang zwischen geschmolzener und fester Zone im Stahl oder Eisenrohling kann beispielsweise so liegen, wie es durch die gestrichelte Linie 8 in Figur 1 angedeutet ist. Siehe unten). Die Erfahrung hat gezeigt, daß der überwiegende Teil der Wärmezufuhr zur Schmelzkontaktelektrode durch Konvektion der Schmelze im Herd und des inneren, geschmolzenen Teils des Rohlings erfolgt. Diese Konvektion wird durch zwei Mechanismen verstärkt, nämlich durch die Umrührung, des ge-

schmolzenen Teils der Schmelzkontaktelektrode, die durch elektromagnetische Kräfte des durchfliessenden Stroms verursacht wird, sowie durch Kühlkochen, das durch eine Kohlenstoff-Sauerstoff reaktion beim Abkühlen von geschmolzenem Stahl, der vom Ofen in die Schmelzkontaktelektrode gelangt, verursacht wird. Die Wärme zuführung zur Badelektrode wird aufgrund dieser beiden Mechanismen oftmals sehr stark und führt zu einem verhältnismäßig weitgehenden Schmelzen des Stahlrohlings, d.h. die Grenze zwischen geschmolzenem und festem Rohling kann allzu nahe an den elektrischen Anschlußteil der Schmelzkontaktelektrode gelangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schmelzkontaktelektrode der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der verhindert wird, daß die Grenze zwischen flüssigem und festem Rohling zu nahe an/len elektrischen Anschlußteil der Schmelzkontaktelektrode gelangt.

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

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Schmelzkontaktelektrode werden die von der Schmelze in die Schmelzkontaktelektrode hineingehenden Strömungen gebremst und ein Materialaustausch erschwert, d.h. es wird der Konvektion entgegengewirkt. Man erhält eine Anzahl parallelgeschalteter Strombahnen, von denen jede am Stahlrohling einen kleineren Querschnitt hat als die einzige Strombahn bei einer bekannten Schmelzkontaktelektrode. Der gerade Stahlrohling in der Schmelzkontaktelektrode wird durch eine Vielzahl von irregulären Kanälen und Räumen ersetzt, die mit Stahl oder Eisen gefüllt sind. Wichtig ist, daß das Futtermaterial eine höhere Dichte als der Stahl hat, damit die Futtermaterialteile nicht nach oben steigen, wenn der Stahlrohling schmilzt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem Kanal bereits bekannter Art zwischen dem elektrischen Anschlußteil der Schmelzkontaktelektrode und dem Ofenherd oder in Teilen dieses Kanals ein kornförmiges Futtermaterial angeordnet und die Zwischenräume zwischen den Körnern werden ganz oder teilweise mit

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Stahl gefüllt, wobei dieses Material der Rohling selbst "ist.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine bekannte Schmelzkontaktelektrode,

Fig. 2 eine Ausführungsform einer Schmelzkontaktelektrode gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 geht ein trichterförmiger Anschluß vom Ofenherd in einen Kanal mit parallelen Wänden über. Die Schmelzkontaktelektrode besteht aus Stahl oder Eisen und füllt diesen Kanal ganz aus. Aufgrund der Erwärmung und Konvektion des Stahles im Herd 7 schmilzt ein Teil des Rohlings der Schmelzkontaktelektrode, während der Teil des Rohlings, der unmittelbar an dem gekühlten elektrischen Anschlußteil liegt, also der Teil 1 in Fig. 1, fest bleibt. Die Grenze zwischen dem geschmolzenen und dem festen Rohling verläuft ungeführ längs der gestrichelten Linie 8. 2 ist eine Futtermasse üblicher Art und 3 ist ein um die Schmelzkontaktelektrode angeordneter Mantel, der mit Kühlorganen an sich bekannter Art versehen ist. 5 ist der elektrische Anschlußleiter, und die Schmelzkontaktelektrode ist an dem Ofengefäß montiert, wobei das obere Ende des Stahlrohlings mit der Schmelze 7 in Kontakt steht. Die Futtermasse 2 ist um den festen Stahlrohling 1 gegossen oder gestampft. Es besteht jedoch das Problem, daß die

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Grenze 8 aufgrund der Konvektion des Stahls im Herd und
des geschmolzenen Teils der Schmelzkontaktelektrode allzu
nahe an das elektrische Anschlußteil 4 gelangen kann, was
man durch Kühlung dieses Teils selbst sowie des Mantels 3
zu verhindern gesucht hat. Gemäß der Erfindung werden diese Probleme im wesentlichen beseitigt.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Unmittelbar unterhalb des Ofenherdes 7 befindet sich de.r geschmolzene Teil des Rohlings. Der Kanal zwischen dem Ofenherd 7 und dem elektrischen Anschlußteil 4 hat einen sich nach unten verjüngenden Teil, wobei die Verjüngung am zweckmäßigsten konisch verläuft, und der untere Teil des Kanales parallele
Wände hat. Der Verlauf der Verjüngung kann jedoch in vielfacher Weise variieren. Bei einfacheren Ausführungen kann man sich auch Kanäle mit parallelen Wänden vorstellen. Der Rohling besteht aus einem festen und einem geschmolzenen Teil und ist auf übliche Art mit gegossener oder gestampfter Futtermasse 2 sowie mit einem Mantel 3 umgeben, der mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet ist. 6 ist der Ofenmantel und 4 ist der flüssigkeitsgekühlte elektrische Anschlußteil für den elektrischen Anschlußleiter 5. Der .konische Teil des Kanals 9 ist mit einem kornförmigen Material gefüllt, das eine höhere Dichte als der Stahl hat, so daß es in dem geschmolzenen Stahl nicht nach oben steigt. Die Korngröße kann zwischen 2 mm und 150 nun variieren. Als geeignetes Material kann ein Oxid genannt werden, das schwe-

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rer als Stahl oder Eisen ist. Das Material soll auch solche Auskleidungseigenschaften besitzen, daß es nicht dazu neigt, sich mit geschmolzenem Stahl oder Eisen zu verbinden. Als besonders geeignetes Material können Thoriumoxyd oder Hafniumoxyd genannt werden. Aufgrund des kornförmigen Materiales wird eine Konvektion verhindert, wodurch die Grenze zwischen geschmolzenem und festem Material näher an den Ofenherd verlegt wird (siehe die gestrichelte Linie 10 in Fig. 2). Es wird sich eine große Anzahl kleiner "Rohlinge" in dem Stahl bilden, die den Raum zwischen den Körnern ausfüllen. Die Konvektion wird erschwert oder verhindert. Der feste Teil des Rohlings 1 ist zweckmäßigerweise frei von Körnern, und dieser Teil des Kanals hat einen kleineren Querschnitt als der übrige Teil des Kanals. Die Leitfähigkeit bei Stahl allein ist natürlich größer als bei kleinen Stahlkanälen zwischen den Körnern aus Oxydmaterial, und dies ist der Grund dafür, daß eine solche Schmelzkontaktelektrode gute elektrische Eigenschaften hat. Die Körner können durch Zerkleinern oder auf pulvermetallurgischem Wege, wie beispielsweise durch Sintern, hergestellt werden, und hierbei kann man als geeignete Methode das isostatische Pressen anwenden.

Die Körner können natürlich auch den ganzen Kanal ausfüllen, doch kann es angebracht sein, wie in Fig. 2 dargestellt, daß die Körner nur einen Teil des Kanals, beispielsweise den konisch sich erweiternden Teil ausfüllen, womit durch das Zusammenpressen verhindert wird, daß die Körner den Teil 1 ausfüllen, wo später der festehomogene Stahlrohling vorgesehen ist. Wird der Stahl-

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rohling 1 zuerst hier angeordnet, verschwindet allerdings auch dieses Problem, und man kann den Kanal auch mit parallelen Wänden ausbilden. Das Futtermaterial kann auch aus mehr oder weniger groben Teilen und Stücken bestehen. Der zusammengesetzte Rohling der Schmelzkontaktelektrode soll durch Gießen hergestellt werden, wobei die Gießform zuerst mit vorgewärmten Stücken des Futtermaterials gefüllt wird.

Das untere Teil der Schmelzkontaktelektrode kann wie bei den bekannten Ausführungen ein massiver Stahlrohling sein, der z.B. durch Löten an einer Kupferplatte befestigt ist. Der zusammengesetzte Rohling wird am unteren Ende festgeschweißt, wobei die Montage mit Kühlorganen und Auskleidung wie früher geschieht.

Indem man dem zusammengesetzten Teil der Schmelzkontaktelektrode einen größeren Querschnitt gibt, erhält man hier einen effektiven Leiterquerschnitt, der dem Querschnitt des festen Teils des Rohlings besser entspricht.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden statt der schweren und giftigen Materialien Körner aus zusammengepreßten Pulverkörpern verwendet, wie beispielsweise kompaktiertes Pulvermaterial mit einer Dichte, welche die Dichte des Stahls bzw. des Eisens übersteigt und die etwa 10 gr/cm beträgt. Solche Körner sind verhältnismäßig leicht herzustellen und können aus ungefährlichem, leicht zu verarbeitendem Material gefertigt werden. Das Material kann beispielsweise aus Wolfram oder Tantal, kombiniert

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mit Aluminiumoxyd (AIpO,) oder Magnesiumoxyd (MgO) bestehen. Man kann sich eine Mischung aus pulverförmigen Komponenten in einem solchen Verhältnis vorstellen, daß das kompaktierte Material eine Dichte hat, die mit gutem Sicherheitsabstand die Dichte des Stahls übersteigt. Als geeigneter Richtwert für die Dichte des fertigen Materials ist vorstehend 10 gr/cm genannt worden. Bei diesem Aufbau des Materials wird vorausgesetzt, daß das Kompositmaterial sich so verhält, daß das Aluminiumoxyd oder das Magnesiumoxyd verhindert;, daß das schwere Material, wie z.B. Wolfram, in die Eisen- oder Stahlschmelze einlegieren. Es wird mit anderen Worten angestrebt, daß das schwere Material von Oxyden umgeben ist, so daß sich beispielsweise Wolfram nicht im Stahl lösen kann. Als zweckmäßige Abmessung für die kompaktierten Pulverkörper kann man S - 50 mm, vorzugsweise 2- 20 mm nennen.

Als Alternative zu dem pulverförmigen Ausgangsmaterial kann Wolfram in Form von feinen Nadeln oder Stäbchen untergemischt werden, die als eine Art Armierung in dem fertigen Kompositmaterial dienen und die Neigung des Materials, bei schnellen Temperaturschwankungen zu reißen, herabsetzen.

Auch andere Oxyde oder Oxydmischungen als das vorgenannte Aluminium- oder Magnesiumoxyd können verwendet werden, wie beispielsweise ZirkonoxyoLAuch kommen andere Materialien oder Legierungen in Betracht, jedoch hat Wolfram den Vorteil einer hohen Dichte, eines

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hohen Schmelzpunktes und eines angemessenen Preises.

Ein Vorteil des kompaktierten Pulvers besteht darin, daß es leicht zusammenhält und einfach herzustellen ist. Auch kann man die Pulverkörner untereinander auf zweckmäßige Weise ordnen.

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

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Claims

PATENTANSPRÜCHE :

( 1.)Schmelzkontaktelektrode für einen mit Gleichstrom gespeisten Lichtbogenofen, bestehend aus einem Rohling aus Eisen oder Stahl, der in einer Futtermasse eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Stahl oder Eisen bestehende Rohling (1) die Zwischenräume zwischen Körnern, Stücken oder Teilen (9) eines Futtermaterials ausfüllt, das eine höhere Dichte als Stahl oder Eisen hat.
2. Schmelzkontaktelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kanal zwischen dem elektrischen Anschlußteil (4) der Schmelzkontaktelektrode und dem Ofenherd (7) oder in Teilen dieses Kanals Futtermaterial in Form von Körnern, Stücken oder Teilen (9) angeordnet ist und daß die Zwischenräume zwischen diesen Körnern, Stücken oder Teilen ganz oder teilweise mit Stahl oder Eisen gefüllt sind, die den Rohling (1) bilden.
3. Schmelzkontaktelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füttermaterial in Form von Körnern, Stücken oder Teilen im Rohling im wesentlichen keine Affinität zum Stahl beziehungsweise zum Eisen hat, wie z.B. Thoriumoxyd.

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4. Schmelzkontaktelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Körner in dem kornförmigen Material zwischen 2 und 150 mm liegt.
5. Schmelzkontaktelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling unmittelbar an dem elektrischen Anschlußteil (4) nur aus Stahl oder Eisen besteht.
6. Schmelzkontaktelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner aus zusammengepreßten Pulverkörpern bestehen, beispielsweise kompaktiertes Pulvermaterial, das eine größere Dichte hat als der Stahl bzw. das Eisen, z.B. etwa 10 gr/cm .
7. Schmelzkontaktelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvermaterial aus Wolfram oder Tantal sowie Aluminium- und/oder Magnesiumoxyd besteht.
8. Schmelzkontaktelektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxyde das schwere Material umgeben.
9. Schmelzkontaktelektrode nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus kompaktiertem Pulver gebildeten Körper eine Größe von 2 bis 50 mm, vorzugsweise von 2 bis 20 mm haben.

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10. Schmelzkontaktelektrode nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das schwere Metall in Form von Nadeln oder Stäbchen in dem fertigen Kompositmaterial der Körper angeordnet ist«

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