DE2921722C2 - Schleusenrohr für anstückelbare Lichtbogenelektroden bei vakuummetallurgischen Anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schleusenrohr für anstükkelbare Lichtbogenelektroden bei vakuummetallurgisehen Anlagen, welches gegenüber einem auf einem Deckel der Anlage befestigten Rohrstutzen vakuumdicht und gesteuert teleskopisch verschiebbar ist und am oberen Ende eine durch einen Verschluß vakuumdicht verschließbare öffnung für das Ansetzen von Elektrodenabschnitten sowie unterhalb der öffnung eine Klemm- und Kontakteinrichtung für die Elektrode aufweist.

Durch die DE-AS 23 03 509 ist ein derartiges Schleusenrohr bekannt, bei dem der am oberen Ende vorhandene vakuumdichte Verschluß durch einen abnehmbaren oder aufklappbaren Deckel gebildet wird. Beim Nachchargieren eines Elektrodenabschnitts wird im allgemeinen so verfahren, daß das Schleusenrohr und damit die Elektrode mittels einer außen am Schleusenrohr angreifenden Hubeinrichtung in seine durch die Teleskopverbindung mögliche Höchststellung gebracht wird, worauf der Deckel geöffnet wird. Dies ist nur dann möglich, wenn die Anlage nicht in Betrieb ist, bzw. wenn sie ohnehin geflutet ist, weil eine Aufrechterhaltung des Vakuums bei geöffnetem Deckel des Schleusenrohres nicht möglich ist. Alsdann wird ein Elektrodenabschnitt mit dem bisherigen oberen Ende der Elektrode verbunden, beispielsweise durch Annippeln bzw. Verschrauben, und die Gesamtelektrode wird nach dem Lösen der Klemm- und Kontakteinrichtung mittels eines Krans in eine Position abgesenkt, aus der heraus ein neuer metallurgischer Behandlungsprozeß begonnen werden kann. Anschließend wird die Klemm- und Kontakteinrichtung wieder gegen die Elektrode verspannt und der Deckel des Schleusenrohres geschlossen. Die Vorrichtung ist damit wieder betriebsbereit. Eine gängige genormte Länge eines Elektrodenabschnitts beträgt 180 cm. Ein Nachsetzen eines weiteren Elektrodenabschnitts ist nur dann möglich und sinnvoll, wenn im wesentlichen diese 180 cm durch Abbrand der Elektrode verbraucht worden sind. Wegen der erhöhten Bruchgefahr an der Verbindungsstelle ist unter allen Umständen darauf zu achten, daß die Elektrode nicht an der Verbindungsstelle von der Klemm- und Kontakteinrichtung erfaßt wird.

Die bekannte Vorrichtung benötigt eine Gesamtelektrode die sich aus vier Elektrodenabschnitten zusammensetzt, so daß die maximale Elektrodenlänge ca. 720 cm beträgt. Eine derartige Elektrode bedingt ein entsprechend langes Schleusenrohr, welches nach oben hin über die obere Stirnfläche der im Einsatz befindlichen Elektrode hinausgeht. Bei der Wahl der Elektrodenlänge ist zu berücksichtigen, daß ein Gesamtelektrodenhub vorgesehen werden muß, der extreme Betriebsverhältnisse berücksichtigt, und der sich aus der notwendigen Schleusenrohrlänge, der Deckelhöhe der Anlage über den Pfannenrand hinaus und der Höhendifferenz zwischen Pfannenrand und Schmelzespiegel sowie aus dem Elektrodenabbrand zwischen zwei Elektrodenwechseln zusammensetzt.

Die Klemm- und Kontakteinrichtung muß dabei möglichst weit am oberen Ende des Schleusenrohres angeordnet werden, damit eine ausreichende Teleskopbewegung des Schleusenrohrs gegenüber dem Rohrstutzen auf dem Anlagendeckel möglich ist. Die lange, am oberen Ende eingespannte Elektrode erhält eine beachtliche Auslenkung an der Elektrodenspitze, die durch die Auslenk-Bewegung des nach außen wandernden Lichtbogens verursacht wird. Die dadurch bedingte Maximalbeanspruchung der Elektrode tritt unmittelbar unterhalb der Klemm- und Kontakteinrichtung auf. Besonders gefährdet ist hierbei die Verbindungsstelle unmittelbar unterhalb der Klemm- und Kontakteinrichtung. Die genannten Einflußgrößen auf die Länge der Elektrode führen häufig zum Elektrodenbruch und damit zum Ausfall der Anlage. Beim Elektrodenbruch erhält das untere Teilstück beim Herabfallen in ein in der Anlage befindliches Stahlbad einen erheblichen Auftrieb, so daß das obere Ende des Bruchstücks sich noch im Bereich des Schleusenrohres befindet. Die vorhandene Elektrodenregelung löst ein sofortiges Absenken des oberen Elektrodenrestes aus, wodurch es zur Lichtbogenzündung innerhalb des Schleusenrohres und zu dessen Zerstörung kommt. Entsprechende Überwachungsgeräte, die gleichfalls bekannt sind, schaffen hier nur sehr bedingt Abhilfe.

Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß die Elektrode zusammen mit ihrer Hubeinrichtung und dessen stromführenden Teilen einen Schwingungsgenerator hoher Güte darstellt, der durch unvermeidbare Badbewegungen angeregt wird und im Stande ist, eine erhebliche mechanische Schwingungsenergie zu speichern.

Die durch die geschilderten Krafteinflüsse bedingte Querauslenkung der Elektrode erfordert entsprechend groß dimensionierte Elektrodenöffnungen innerhalb eines Hitzeschildes, der in vakuummetallurgischen Anlagen, insbesondere in Stahlentgasungsanlagen, regelmäßig anzutreffen ist. Dadurch wird die Wirkung des Hitzeschildes erheblich beeinträchtigt. Die Bauhöhe der bekannten Anlage und — wegen der Mehrfachanordnung derartiger Schleusenrohre — auch deren seitlicher Abstand werden noch dadurch vergrößert, daß das Schleusenrohr den auf dem Deckel angeordneten Rohrstutzen außen umschließt, womit auch noch andere Nachteile erkauft werden, wie beispielsweise die Beweglichkeit der Elektrode gegenüber dem innen angeordneten Rohrstutzen und die enge Nachbarschaft zwischen diesen Teilen.

Durch die US-PS 27 62 856 ist ein ganz ähnliches Schleusenrohr bekannt, welches durch den auf dem

Decke! der Anlage befestigten Rohrstutzen innen hindurchgeführt ist Auf diese Weise ist es möglich, das Schleusenrohr sehr weit in die Anlage hineinragen zu lassen, so daß eine gute Führung der aus Elektrodenabschniiten zusammengesetzten Elektrode gewährleistet ist. Der am oberen Ende des Schleusenrohres angeordnete Verschluß besteht aus einer elastischen Mehrfach-Spaltdichtung, die aus einem elastomeren Vollwerkstoff besteht Durch das bekannte Konstruktionsprinzip kann die Bauhöhe der Anlage beträchtlich verringert werden, weil es möglich ist praktisch beliebig kurze Elektrodenabschnitte kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich anzustückeln und während des Betriebes der Anlage nachzuschieben. Es ist nicht erforderlich, das Schleusenrohr so lang auszubilden, daß die gesamte Elektrodenlänge voll vom Schleusenrohr umschlossen wird. Nachteilig ist jedoch, daß der elastische Verschluß am oberen Ende des Schleusenrohres einem starken Verschieb ausgesetzt ist und zwar insbesondere deswegen, weil die Verbindungsstellen der Elektrodenabschnitte unregelmäßig bzw. scharfkantig ausgebildet sind und den Dichtungswerkstoff rasch zerstören.

Durch die DE-Gms 69 48 293 ist eine Halterung von Sauerstofflanzen für eine Vorrichtung zum Stahlfrischen bekannt. Bei dieser nicht der eingangs bezeichneten Gattung angehörenden Lanzenhalterung unterliegt die für die Zufuhr des erforderlichen Sauerstoffs dienende Lanze im allgemeinen keinem Verbrauch durch Abbrand, wie dies bei Lichtbogenelektroden der Fall ist. Vielmehr besteht die Lanze aus Metall und ist mit einem Kühlkreislauf versehen. Derartige Lanzen können daher in der Regel glatt bearbeitet werden. Zusätzlich ist die Lanze an der Dichtfläche mit einem zunderbeständigen Metallrohr umgeben, um die Gleitbewegung der Lanze gegenüber einem die Lanze abdichtenden druckmittelbetätigten Blähkörper zu ermöglichen. Die bekannte Lanze unterliegt weder einer Bruchgefahr, noch wird ihr Heizstrom über eine Klemm- und Kontakteinrichtung zugeführt. Weiterhin ergibt sich nicht das Problem des Anstückeins von Lanzenabschnitten, da die Lanze keinem Verbrauch unterliegt. Infolgedessen besitzt die bekannte Vorrichtung auch kein Schleusenrohr, denn der Begriff einer Schleuse setzt voraus, daß durch sie Gegenstände in einen Raum mit anderen physikalischen Zuständen eingebracht oder wieder herausgenommen werden können.

Beim gattungsgerräßen Schleusenrohr werden Lichtbogenelektroden verwendet, die aus einem spröden und porösen Material, nämlich aus Graphit mit entsprechenden Zusätzen, bestehen. Derartige Elektroden unterliegen im Betrieb einem Abbrand, der von Zeit zu Zeit kompensiert werden muß, was durch Anstückeln mittels des Schleusenrohrs geschieht. Die Oberflächen der aus Graphit bestehenden Lichtbogenelektroden sind aber keineswegs metallisch blank, sondern rauh und außerdem von Trennfugen durchsetzt, die durch den vakuumdichten Verschluß hindurchgeführt werden müssen. Dadurch wird dieser einer hohen Beanspruchung ausgesetzt, wobei auch noch das Problem besteht, daß die Porosität des Elektrodenwerkstoffs die Abdichtung erschwert.

Der bekannte Lanzenhalter muß nicht auf die Länge der Lanze abgestimmt sein, wie das bei dem Schleusenrohr bezüglich der Länge der Elektrodenabschnitte der Fall ist. Weiterhin hat der bekannte Lanzenhalter auch nicht die Aufgabe, eine Führung der Lanze vergleichbar der weitgehenden Führung der Elektrode durch das Schleusenrohr zu bewirken. Der Lanzenhalter ist nämlich nicht nur wesentlich kurzer als die Lanze, sondern hat auf dem allergrößten Teil seiner Länge auch einen beträchtlichen Abstand von der Lanze.

Schließlich dient der bekannte Blähkörper dazu, die gewünschte Abdichtung an dem zunderbeständigen Metallrohr während der Lanzenverschiebung zu gewährleisten. Dagegen findet bei dem Schleusenrohr entsprechend der eingangs angegebenen Gattung eine ständige Verschiebung durch Auf- und Abbewegung der Elektrode gar nicht an der Stelle der Abdichtung zwischen Schleusenrohr und Elektrode statt (dies allenfalls beim Nachchargieren), sondern an der Abdichtstelle zwischen Rohrstutzen und Schleusenrohr. Letztendlich spielt beim Schleusenrohr entsprechend der eingangs bezeichneten Gattung auch die Tatsache eine Rolle, daß die Klemm- und Kontakteinrichtung gleichfalls innerhalb des Schleusenrohres untergebracht ist. Diese Klemm- und Kontakteinrichtung verhindert während des Betriebes ständige Gleitbewegungen, die bei der bekannten Lanzenhalterung durchaus auftreten. Nach alledem konnte die bekannte Lanzenhalterung zur Lösung der nachstehenden Aufgabe nichts beitragen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schleusenrohr der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend zu verbessern, daß bei einer kurzen Baulänge des Schleusenrohrs mit weitgehender Führung der Elektrode bei kontinuierlicher bzw. quasi-kontinuierlicher Nachchargierung von Elektrodenabschnitten eine weitgehend verschleißfreie, leicht lösbare Abdichtung des Schleusenrohres gegenüber der Elektrode erreicht wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Schleusenrohr erfindungsgemäß dadurch, daß der Verschluß aus einem hohltorusförmigen, durch ein Druckmittel gegen die Elektrode verspannbaren Blähkörper besteht, der oberhalb der Klemm- und Kontakteinrichtung angeordnet ist.

Eine derartige Lösung bringt sämtliche Vorteile mit sich, die durch die gestellte Aufgabe angestrebt werden. So ist das Ansetzen von Elektrodenabschnitten bzw. das Nachsetzen der Elektrode ohne großen Aufwand in wesentlich kürzeren Abständen möglich, und es braucht nicht unbedingt erst abgewartet zu werden, bis die volle Länge eines Elektrodenabschnitts verbraucht ist. Ein Teil eines Elektrodenabschnitts kann ohne weiteres nach oben aus dem Verschluß herausragen, ohne die Vakuumdichtigkeit zu gefährden. Dadurch, daß der Hub der Elektrode mit dem Schleusenrohr nun nicht mehr der Länge eines Elektrodenabschnitts entsprechen muß, können das Schleusenrohr und der auf dem Aniagendeckel befestigte Rohrstutzen wesentlich kürzer ausgeführt werden, womit auch der Angriffspunkt der Klemm- und Kontakteinrichtung nach unten verlagert wird. Durch die damit verbundene wesentlich kürzere Hebellänge der Elektrode gegenüber der Klemm- und Kontakteinrichtung wird die Gefahr von Elektrodenbrüchen und Kurzschlüssen innerhalb des Schleusenrohres wesentlich verringert. Die Verringerung der Gesamtbauhöhe der Anlage ermöglicht eine beträchtliche Einsparung von Versteifungselementen für die Elektrodenführung.

Die G jsamtlänge der Elektrode läßt sich auf 450 bis 490 cm verringern. Die Wirkung des Hitzeschildes läßt sich durch enge Elektrodenöffnungen in diesem Hitzeschild verbessern. Es werden hierdurch Verhältnisse erreicht, wie sie vom Lichtbogenofen her bekannt sind, für den die zum Einsatz kommenden Elektroden entwickelt

wurden. Oberflächenunregelmäßigkeiten der Elektroden werden weitgehend ausgeglichen.

Eine besonders vorteilhafte Lösung läßt sich dadurch erreichen, daß der hohltorusförmige Blähkörper aus einem faserverstärkten Elastomerschlauch, vorzugsweise einem Schlauch aus Neopren gebildet wird. Während die Abdichtung durch einen Überdruck im Blähkörper erzeugt wird, läßt sich ein Lösen des Blähkörpers von der Elektrode leicht durch einen Unterdruck erzeugen. Eine solche Möglichkeit ist beispielsweise beim Gegenstand der US-PS 27 62 856 ausgeschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend im Zusammenhang mit einer Vakuum-Pfar.r.enep.tgasungsanlage anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Vakuum-Pfannenentgasungsanlage mit insgesamt drei Schleusenrohren und

F i g. 2 einen Vertikalschnitt durch das obere Ende eines Schleusenrohres gemäß F i g. 1.

Die in F i g. 1 dargestellte vakuummetallurgische Anlage enthält eine Vakuumkammer, bestehend aus einem Kammerunterteil 1 und einem Deckel 2, an dem ein Hitzeschild 2a befestigt ist. Im Innern der Vakuumkammer ist eine Pfanne 3 mit einer Charge flüssigen Stahls angeordnet.

Zur Beheizung der Charge sind drei konzentrisch angeordnete Lichtbogenelektroden 4 vorgesehen, die aus einzelnen Elektrodenabschnitten 4b zusammengesetzt sind. Die Lichtbogenelektroden 4 sind durch eine gleiehe Zahl von öffnungen 10 bzw. 10a im Deckel 2 und im Hitzeschild 2a hindurchgeführt und in der Nähe ihres oberen Endes an einer Hubeinrichtung befestigt, die aus einem heb- und senkbaren Tragarm 6 besteht. Der Tragarm 6 ist über eine Klemm- und Kontakteinrichtung 6a in der Weise mit der Lichtbogenelektrode 4 verbunden, daß diese mechanisch zuverlässig gehalten und der Heizstrom zuverlässig übertragen wird. In F i g. 1 ist eine der beiden Lichtbogenelektroden 4 in der Tiefsteiiung und die andere in der Höchststellung dargestellt.

Jede der Öffnungen 10 im Deckel 2 ist von einem auf dem Decke! befestigten Rohrstutzen Ta umgeben, in dem das erfindungsgemäße Schleusenrohr Tb vakuumdicht und teleskopisch verschiebbar angeordnet ist. Das Schleusen! ohr Tb umschließt die Lichtbogenelektrode 4 und die Klemm- und Kontakteinrichtung 6a. Das obere Ende des Schleusenrohres Tb ist mit einem hohltorusförmigen Blähkörper 9 versehen, der das Schleusenrohr vakuumdicht gegenüber dem kalten, oberhalb der Klemm- und Kontakteinrichtung 6a liegenden Teil der Lichtbogenelektrode 4 verschließt.

Die im Kreis »X« dargestellten Details sind in F i g. 2 vergrößert gezeigt Zur Klemm- und Kontakteinrichtung 6a führt eine Stromzuführung 5, die vakuumdicht durch eine öffnung 11 im Schleusenrohr hindurchgeführt ist Zur Klemm- und Kontakteinrichtung 6a gehört außerdem ein elastisches Widerlager 6b mit einer Klemmbacke 6c und einem durch ein Federpaket 6d vorgespannten Hydraulikkolben 6e, durch den bei entsprechender Druckmittelbeaufschlagung die Klemmbacke 6c von der Lichtbogenelektrode 4 abhebbar ist.

Während des Betriebs der Anlage wird bei Bedarf die Elektrodenlänge angepaßt. Hierzu wird der Blähkörper 9 gelöst und nachfolgend die Hubeinrichtung 6 in die gewünschte Stellung gefahren. Anschließend wird die Klemm- und Kontakteinrichtung 6a gelöst, so daß ein Versetzen der Lichtbogenelektrode 4 mittels eines Lasthebelelements in die neue Stellung bzw. ein Verlängern der Lichtbogenelektrode 4 durch Ansetzen eines neuen Elektrodenabschnittes 4b erfolgen kann. Nachfolgend wird die Klemm- und Kontakteinrichtung 6a wieder an die Lichtbogenelektrode 4 angelegt und auch der Blähkörper 9 wieder aufgeblasen, wodurch die Anlage erneut in den betriebsbereiten Zustand versetzt wird.

Der Blähkörper 9 ist an einem Rohrstutzen 9a befestigt, der mittels einer Flanschverbindung 9b am oberen Ende des Schleusenrohres Tb befestigt ist. Durch den Rohrstutzen 9a führt eine Anschlußleitung 9c hindurch, durch den der Innenraum 9ddes Blähkörpers 9 mit einem Druckmittel versorgt werden kann. Bei Überdruck legt sich die Innenfläche des Blähkörpers 9. wie in F i g. 2 gezeigt, an die Lichtbogenelektrode 4 an. Bei Erzeugung eines Unterdrucks im Innenraum 9d kann der Blähkörper 9 in die gestrichelt dargestellte Position zurückgezogen werden, wodurch die Elektrode 4 freigegeben und hinsichtlich ihrer Lage gegenüber dem Schleusenrohr Tb veränderbar ist. Auf die angegebene Weise wird bei einer Längsbewegung der Lichtbogenelektrode 4 jeglicher Verschleiß des Blähkörpers 9 zuverlässig verhindert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schleusenrohr für anstückelbare Lichtbogenelektroden bei vakuummetallurgischen Anlagen, welches gegenüber einem auf einem Deckel der Anlage befestigten Rohrstutzen vakuumdicht und gesteuert teleskopisch verschiebbar ist und am oberen Ende eine durch einen Verschluß vakuumdicht verschließbare öffnung für das Ansetzen von Elektrodenabschnitten sowie unterhalb der öffnung eine Klemm- und Kontakteinrichtung für die Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß aus einem hohltorusförmigen, durch ein Druckmittel gegen die Elektrode verspannbaren Blähkörper (9) besteht, der oberhalb der Kiemmund Kontakteinrichtung (6a) angeordnet ist

2. Schleusenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohltorusförmige Blähkörper (9) aus einem faserverstärkten Elastomerschlauch besteht.

3. Schleusenrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blähkörper (9) aus Neopren besteht.

25