DE3116258A1

DE3116258A1 - ELECTRODE FOR ARC OVENS AND METHOD FOR USE THEREOF

Info

Publication number: DE3116258A1
Application number: DE3116258A
Authority: DE
Inventors: Hanns Georg Dipl.-Ing. Dr. 5810 Witten Bauer; Inge Dipl.-Chem. Dr. 8500 Nürnberg Lauterbach-Dammler; Wolfgang Dipl.-Chem. 8540 Schwabach Lippert; Josef 5802 Wetter Mühlenbeck; Josef Dipl.-Ing. Dr. Otto; Friedrich 8501 Rückersdorf Rittmann; Franz Ing.(grad.) 8505 Röthenbach Schieber; Dieter H. Dipl.-Chem. Dr. 8501 Schwaig Zöllner
Original assignee: C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG
Current assignee: C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG
Priority date: 1981-04-23
Filing date: 1981-04-23
Publication date: 1982-11-11
Also published as: AU8185782A; JPS5894793A; FI820868L; NO820800L; PT74763B; GB2098839A; ES8400645A1; PL236042A1; ZA822012B; EP0063710A1; DK181882A; ES511724A0; PT74763A; HU186609B; DD202363A5; TR21298A; BR8202308A

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNERHOFFMANN · EITLE & PARTNER

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976} . DIPL.-ING.W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N · DIPL.-ING. W. LEH NDR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976}. DIPL.-ING.W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N · DIPL.-ING. W. LEH N

DIPL.-ING. K.rOCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEHASTRASSE A . D-8000 MÜNCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)DIPL.-ING. K.rOCHSLE. DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABEHASTRASSE A. D-8000 MUNICH 81 TELEPHONE (089) 911087 TELEX 05-29619 (PATHE)

- Λν·- Λν

C. Conradty Nürnberg GmbH & Co KG, Röthenbach a.d. PegnitzC. Conradty Nürnberg GmbH & Co KG, Röthenbach a.d. Pegnitz

Elektrode für Lichtbogenofen und Verfahren zu deren VerwendungElectrode for electric arc furnace and method of using it

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Lichtbogenofen aus einem oberen Abschnitt aus Metal] und einem verzehrbaren unteren Abschnitt aus Kohlenstoffmaterial, die eine im wesentlichen zylindrische Form aufweisen und durch einen Schraubnippel oder dergleichen miteinander verbunden sind, wobei der obere Abschnitt eine Flüssigkeits-Kühleinrichtung mit einem Vorlaufkanal und einem Rücklaufkanal aufweist und der obere Abschnitt vorzugsweise in dessen unterem Bereich durch eine hochtemperatur feste Beschichtung geschützt sein kann, sowie Verfahren zu deren Verwendung.The invention relates to an electrode for electric arc furnaces an upper section made of metal] and an edible lower section Section of carbon material that is substantially cylindrical Have shape and are connected to one another by a screw nipple or the like, the upper portion a liquid cooling device with a flow channel and a return channel and the upper section can preferably be protected in the lower area by a high-temperature resistant coating, as well as methods for their Use.

Lichtbogenofen zur Erzeugung von Elektrostahl, Kupfer, Korund, Kobalt, Silicium etc. werden bisher mit Grafitelektroden als stromzuführenden Elementen betrieben. Üblicherweise setzt sich ein Elektrodenstrang aus mehreren, miteinander durch Sein uubverbindungen oder dergleichen verbundenen Grafiteinheiten zu-Arc furnace for the production of electric steel, copper, corundum, Cobalt, silicon etc. are so far with graphite electrodes as powered elements operated. Usually, an electrode string is made up of several connections that are connected to one another or the like connected graphite units

BAD ORIGiNALORIGINAL BATHROOM

sammen. Häufig werden drei Elektrodenstränge als stromführende Elemente pro Ofen für diese elektrothermischen Hochtemperaturschmelzprozesse eingesetzt.together. Often three electrode strands are used as current-carrying elements per furnace for these electrothermal high-temperature melting processes used.

Es sind auch bereits Kombinationselektroden aus einem Metallschaft, an denen durch eine Schraubverbindung wie Nippel etc. eine Spitze aus Kohlenstoffmaterial angefügt ist, für den Lichtbogenofenbetrieb beschrieben worden.There are already combination electrodes made of a metal shaft, to which a tip made of carbon material is attached by a screw connection such as a nipple etc., for the Arc furnace operation has been described.

So sind in der DE-OS 1 5 65 751 Elektroden für elektrische Lichtbogenöfen beschrieben worden, die aus einem oberen metallischen Kopfstück, einem unteren metallischen Kopfstück, ■aus beide miteinander verbindenden elektrischen Leitern, aus einer diese Leiter und das untere Kopfstück einschließenden keramischen Masse und aus einem unteren Kopfstück auswechselbar befestigten Elektrodenspitze bestehen.Thus, in DE-OS 1 5 65 751 electrodes for electric arc furnaces have been described, which consist of an upper metallic head piece, a lower metallic head piece, ■ from both electrical conductors that connect with one another one of these conductors and the lower head piece enclosing ceramic mass and exchangeable from a lower head piece attached electrode tip.

Eine flüssigkeitsgekühlte Elektrode ist auch aus der DE-OS 28 45 3 67 bekannt, die einen am Elektrodentragarm befestigten zylindrischen Einspannteil, ein an diesem befestigtes, den Elektrodenstrom führendes metallisches Kühlsystem, das am freien Ende einen Gewindeteil zum Aufschrauber der Elektrodenspitze trägt, und einen rohrförmigen Hitzeschirm, der das Kühlsystem in dem der Ofenatmosphäre ausgesetzten Bereich mit Abstand und in fester räumlicher Zuordnung zu diesem enthält, aufweist.A liquid-cooled electrode is also from DE-OS 28 45 3 67 known, which have a cylindrical clamping part attached to the electrode support arm, an attached to this, The metal cooling system that conducts the electrode current and that has a threaded part at the free end that can be screwed on the electrode tip, and a tubular heat shield that keeps the cooling system in the one exposed to the furnace atmosphere Contains area at a distance and in a fixed spatial assignment to this.

Aus der europäischen Patentoffenlegungsschrift 12 573 geht eine Kombinationselektrode hervor, bei der der seitlich außenliegende metallische Kontakt des Metallschaftes gegenüber dem innenliegen den metallischen Kühlungssystem isolierend gelagert ist. Im unteren Teil des metallischen Kühlungsschaftes ist eine mit Haken gesicherte keramische Beschichtung vorgesehen, die sich bis etwa auf die Höhe der Schraubnippelverbxnduncj· erstreckt, mit der ein Kohlenstoffteil angefügt ist.From the European patent laid-open specification 12 573 one goes Combination electrode in which the laterally outer metallic contact of the metal shaft is opposite the inner one the metallic cooling system is mounted in an insulating manner. In the lower part of the metallic cooling shaft there is one with Ceramic coating secured by hooks is provided, which extends to approximately the level of the screw nipple connection, with which a carbon part is attached.

Derartige Kombinationselektroden sind im Prinzip bereits seit längerer Zeit bekannt, so z.B. aus der im Jahre 1912 ausgegebenen DE-PS 268 660.Such combination electrodes have been known in principle for a long time, e.g. from the one in 1912 issued DE-PS 268 660.

Kombinationselektroden sind im Lichtofenbogenbetrieb starker Beanspruchung ausgesetzt. Dies erklärt sich aus den hohen Arbeitstemperaturen, z.B. bei Elektrostahlerzeugung, bei der solche Elektroden am häufigsten eingesetzt werden.Combination electrodes are in electric arc mode exposed to heavy use. This is explained by the high working temperatures, e.g. in electric steel production, where such electrodes are most commonly used.

Wegen der hohen Temperaturen ergeben sich Verluste durch Seitenoxidation des Kohlenstoffteils. Auch besteht die Gefahr der Wanderung oder der seitlichen Ansetzung des Lichtbogens, die im Störungsfall auch oberhalb des Kohlenstoff teils erfolgen kann und zu Kurzschlüssen führt. Darüberhinaus sind die Elektroden unterschiedlichen Temperaturen im Vorlauf und Rücklauf des Kühlmittels sowie im Bereich des Kohlenstoffteils gegenüber der Stromzuführungs- und Kühlungseinheit unterworfen. Eine besonders gefährdete Stelle stellt hierbei der Bereich des Schraubnippels dar.Because of the high temperatures, there are losses due to side oxidation of the carbon part. Also exists the risk of migration or the lateral attachment of the arc, which in the event of a fault also above the carbon can partly take place and leads to short circuits. In addition, the electrodes are at different temperatures The flow and return of the coolant and in the area of the carbon part opposite the power supply and cooling unit are subject. A particularly endangered point here represents the area of the screw nipple.

Die Elektroden müssen aber auch mannigfachen mechanischen Beanspruchungen genügen, die beim Kippen des Ofens, durch Vibrationen - begünstigt durch zu großes Spiel der Tragarme durch Schrottversetzungen beim Einschmelzen sowie beim Aufsetzen des Stranges auf isolierende Bestandteile beim Schrott unter anderem bedingt sind.However, the electrodes also have to withstand a variety of mechanical stresses caused by tilting the furnace Vibrations - promoted by excessive play in the support arms due to scrap shifting when melting down and when placing it on the ground of the strand on insulating components in the case of scrap, among other things.

Dazu kommt, daß im Verlauf der letzten 10 bis 15 Jahre die Elektroden zur Verringerung der· Schmelz zeiten steigender elektrischer (und damit auch thermischer) Belastung ausgesetzt sind. Durch die ständig zunehmenden Beanspruchungen an die Elektroden haben sich auch extreme Forderungen an die Qualität der Kohlenstoff stränge ,.seien as solche die ausschließlich aus Kohlenstoffmaterial, seien es solche die an einen gekühlten Metallschaft an-In addition, in the course of the last 10 to 15 years, the electrodes to reduce the · melting times increasing electrical (and thus also thermal) stress. Due to the constantly increasing stresses on the electrodes There have also been extreme demands on the quality of carbon strands, be those made exclusively of carbon material, be it those that are attached to a cooled metal shaft

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genippelt sind, ergeben. Hierbei wurden die Anforderungen an Grafitteile im Hinblick auf deren Dichte, spezifischen elektrischen Widerstand, thermische Ausdehnung, Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit und Elastizität sowie thermische Schockfestigkeit laufend gesteigert. Dies hat nicht nur zu einer Intensivierung der Grafitierungsprozesse, die über längere Zeiträume bei höheren Temperaturen durchgeführt wurden, sondern auch zu zusätzlichen Nachverdichtungsvorgängen etc. geführt. Der zur Erfüllung derartiger Anforderungen -erforderliche sehr hohe Grad der Umwandlung in Grafit hat mit sich gebracht, daß hierfür lediglich petrochemische Nadelkokse hoher Qualität als Ausgangsstoffe herangezogen werden konnten. Die Verwendung solcher teurer, aus jpetrochemischen Rohstoffen zugängiger Premiumkokse mit einem hohen Grad struktureller Vororentierung bringt andere Schwierigkeiten mit sich. Diese liegen unter anderem darin, daß die Herstellung solcher Ausgangskokse aufgrund der begrenzt verfügbaren, schwefelarmen Erdölvorkommen" in ihrer Menge limitiert ist. Weiterhin muß in der Grafitierungsstute des Herstellungsprozesses der Elektrodenteile ein erhebliches Maß an elektrischer Energie zum Erreichen der weitgehenden Grafitierung aufgewandt werden. Schließlich ergeben sich im Übergangsbereich zwischen gekühltem Metallschaft und hieran angefügtem Grafitteil durch eine Temperaturdifferenz in der Größenordnung-von 500 K oder mehr, unterschiedliche thermische Ausdehnungen iwid elektrische Überlastungen des Nippelberciches. are surrendered. The requirements for Graphite parts with regard to their density, specific electrical resistance, thermal expansion, thermal conductivity, Strength and elasticity as well as thermal shock resistance continuously increased. This just didn't intensify of the graphitization processes that take place over longer periods of time at higher Temperatures were carried out, but also led to additional compression processes, etc. The one to fulfill such Requirements -required very high degree of conversion into graphite has meant that this is only petrochemical High quality needle coke used as raw material could become. The use of such expensive premium coke, accessible from jpetrochemical raw materials, with a a high degree of structural pre-orientation brings with it other difficulties. These are, among other things, that the production such starting coke due to the limited availability of low-sulfur petroleum deposits "in their Quantity is limited. Furthermore must be in the graphite mare the manufacturing process of the electrode parts a considerable amount of electrical energy to achieve the extensive Grafitierung are expended. Finally, im Transition area between the cooled metal shaft and the graphite part attached to it due to a temperature difference in the Order of magnitude-of 500 K or more, different thermal Expansions iwid electrical overloads of the nipple area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Elektroden für den Lichtbogenofenbetrieb zu schaffen, die den dort herrschenden erheblichen mechanischen, thermischen und elektrischen Beanspruchungen in besonders geeigneter Weise gewachsen sind. Hierbei soll durch Abstimmung von gekühltem Metallschaft und Kohlen-The invention is based on the object of creating electrodes for arc furnace operation that have the prevailing there are able to withstand considerable mechanical, thermal and electrical stresses in a particularly suitable manner. Here should be achieved by coordinating the cooled metal shaft and carbon

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

stoffteil aufeinander, eine für den Praxisbetrieb besonders geeignete Elektrode zur Verfügung^gestellt werden, deren ■ : Herstellung bzw. Betrieb in wirtschaftlicherer Weise als bislang erfolgen kann.fabric part on top of each other, one especially for practice Suitable electrodes are made available, whose ■: Production or operation can take place in a more economical manner than before.

Diese Aufgabe wird durch die Schaffung einer Elektrode für Lichtbogenofen der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Kohlenstoffmaterial nur zum Teil aus grafitischen Strukturelementen gebildet oder hiervon frei ist.This task is accomplished by creating an electrode for Arc furnace of the type mentioned solved, which is characterized in that the carbon material only is partly formed from graphitic structural elements or is free of them.

Die Erfindung baut mit auf der überraschenden Feststellung auf, daß sich bei Einsatz von Kohlenstoffmaterialien geringerwertiger Qualität, als sie bislang für den Lichtbogenofenbetrieb als unabdingbar erachtet worden ist, gleichwohl ein gutes .Praxisverhalten bei Kombinationselektroden ergibt. Insbesondere hat es sich herausgestellt, daß bei Einsatz von \ Kohlenstoffmaterial, das nur zum Teil aus grafitischen Strukturelementen gebildet oder hiervon völlig oder nahezu frei ist, die befürchtete Rißbildung oder Abplatzungen nicht auftreten.The invention is based on the surprising finding that if carbon materials of lower quality are used than previously considered indispensable for arc furnace operation, good practical behavior results in combination electrodes. In particular, it has been found that when using \ carbon material only formed or partly of graphitic structural elements thereof is completely or nearly free, the feared cracking or chipping does not occur.

Das Kohlenstoffmaterial ist bei der erfindungsgemäßen Elektrode über einen an sich bekannten Schraubnippel, der z.B.'aus Grafit \ oder auch aus Metall bestehen und -auch gekühlt sein kann, mit dem "■ Metallschaft verbunden. Der Metallschaft, der auch als Stromzuführung zu dem Kohlenstoffteil angesehen werden kann, besteht im allgemeinen aus einem hochleitfähigen Metall, z.B. Kupfer. In dem Metallschaft ist ein Flüssigkeitskühlsystem vorgesehen, das einen Vorlauf- und Rücklaufkanal aufweisen kann, der gegebenenfalls auch zumindest einen Teil des Schraubnippels äußerlich oder auch innerlich zu kühlen vermag. Derartige Konstruktionen des Metallschaftes, der zumindest teilweise durch eine hochteinperaturfeste Beschichtung äußerlich geschützt sein kann, sind bekannt.The carbon material is made in the inventive electrode via a per se known screw nipple, the zB'aus graphite \ or metal and may be cooled -also combined with the "■ metal shaft. The metal shaft, which is viewed as a current supply to the carbon member is generally made of a highly conductive metal, for example copper. A liquid cooling system is provided in the metal shaft, which can have a flow and return channel, which can optionally also cool at least part of the screw nipple externally or internally Metal shaft, which can be at least partially protected externally by a high temperature resistant coating, are known.

Nach einer bevorzugten—Aüsführungsform der Erfindung sind die Länge und der Durchmesser des unteren Abschnittes aus Kohlenstoffmaterial derart gewählt, daß im Vergleich zu Elektrodensträngen gleicher oder entsprechender Gesamtdimensionierung, die ausschließlich aus grafitischem Kohlenstoffmaterial bestehen, eine zumindest-gleiche elektrische Belastbarkeit gegeben ist.According to a preferred embodiment of the invention are the length and the diameter of the lower portion of carbon material selected such that compared to electrode strands the same or equivalent overall dimensions, which consist exclusively of graphitic carbon material, an at least the same electrical load capacity is given.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrode ist die Dimensionierung des oberen Abschnittes aus Metall und des unteren Abschnittes aus Kohlenstoffmaterial derart aufeinander abgestimmt, daß der Metallschaft zumindest mit einem Teil in den Lichtbogenofen selbst regelmäßig eingeführt ist. Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß vorteilhaft der Kohlenstoffteil eine Ausgangslänge von ca. 2 bis 3 m bei Gesamtelektroäenausgangslängen von ca. 5 1/2 bis 8, vorzugsweise 6 bis 7 m, aufweist.In the case of the electrode according to the invention, the dimensioning is the upper section made of metal and the lower section made of carbon material matched to one another in such a way that that the metal shaft at least with a part in the arc furnace itself is regularly introduced. Tests have shown that the carbon part advantageously has an initial length from approx. 2 to 3 m with total electrical output lengths from about 5 1/2 to 8, preferably 6 to 7 m.

Der Anteil an grafitischen Strukturelementen innerhalb des unteren Abschnittes aus Kohlenstoffmaterials kann im Bereich von 0 bis 90 Gew.-% liegen. Dabei hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn der Anteil an grafitischen Strukturelementen im Bereich von 50 bis 85 Gew.-%, besonders bevorzugt aber 60 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Kohlenstoffmaterials beträgt.The proportion of graphitic structural elements within the lower section made of carbon material can be in the range from 0 to 90% by weight. It has been found to be particularly favorable if the proportion of graphitic structural elements in the range from 50 to 85% by weight, but particularly preferably from 60 to 80% by weight, based on the weight of the carbon material amounts to.

Als "grafitische Strukturelemente" im Rahmen der Erfindimy solion im wesentlichen Naturgrafit oder KJ cktrocjraf it oder ein Gemisch hiervon verstanden werden. Als Elektrografit kann beispielsweise Abfallgrafit, z.B. aus der synthetischen ~ Grafiterzeugung, herangezogen werden.As "graphical structural elements" within the scope of the invention solion essentially natural graphite or KJ cktrocjraf it or a mixture thereof. As electrographite can, for example, be waste graphite, e.g. from the synthetic ~ Graphite production.

Die"nichtgraf!tischen"Strukturanteile des Kohlenstoffmaterials bestehen aus Anthrazit, Zechenkoks und/oder Ilornialpetrolkoks, wobei im Rahmen der Erfindung der untere Abschnitt auchThe "non-graphic" structural components of the carbon material consist of anthracite, colliery coke and / or ilornial petroleum coke, whereby in the context of the invention, the lower section also

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- ή4 -Unvollständig aus diesen Materialien oder Gemischen hiervon bestehen kann. Wie vorstehend bereits dargelegt worden ist, hat es sich als günstig erwi'esen, wenn in dem unteren Abschnitt das Kohlenstoffmaterial im Bereich 0 bis 90, vorzugsweise 50 bis 85, besonders bevorzugt aber 60 bis 80 Gew.-% ^x aus Elektrografit bzw. Naturgrafit oder einem Gemisch hiervon und der Rest aus Anthrazit, Zechenkoks und/oder Normalpetrolkoks gebildet ist.- ή4 -may incompletely consist of these materials or mixtures thereof. As has already been explained above, it has proven to be advantageous if, in the lower section, the carbon material in the range 0 to 90, preferably 50 to 85, but particularly preferably 60 to 80% by weight ^{x is} made of electrographite or natural graphite or a mixture thereof and the remainder is formed from anthracite, colliery coke and / or normal petroleum coke.

Nachstehend werden einige typische Daten für die Qualitäten von Ausgangsmaterialien angegeben, aus dem der untere Abschnitt teilweise oder vollständig bestehen kann:Below are some typical data for the grades of raw materials from which the lower section may consist partially or completely:

Daten für ElektrodenaualitätenData for electrode details

Kohlemoney

HartarafitHartarafit

NaturgrafitNatural graphite

:.elektr.Wid. -^- mm /m: .electr.Wid. - ^ - mm / m

:kfestigkeit N/itm: k strength N / itm

jefestigkeit N/mmstrength N / mm

lichte g/cmclear g / cm

isität %isity%

τη." Ausdehnungs-τη. "expansion

^:f. (20 ..500⁰C) ^: f. (20. 500 ⁰ C)

1/K1 / K

eleitfäliicjkeit ' W/rakeleitfäliicjkeit 'W / rak

45 . 6045. 60

30 5030 50

8 118 11

1,52 1,601.52 1.60

14 1614 16

4/3' 6,0.104/3 '6.0.10

6 126 12

-6-6

2020th

1,52 201.52 20

30
30
1230th
30th
12th

1,60
.241.60
.24

20 920 9

1,50 131.50 13

4,3 6,0.104.3 6.0.10

1212th

-6-6

1313th

3030th

1313th

1,651.65

2020th

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Der untere Abschnitt der erfindungsgemäßen Elektrode kann auf an sich bekannte Weise hergestellt werden. Hierunter sind insbesondere aber die Herstellung durch Vibration oder durch Strangpressung hervorzuheben. Derartige Verfahren sind bekannt.The lower section of the electrode according to the invention can be on can be produced in a manner known per se. These include, in particular, manufacture by vibration or extrusion to highlight. Such methods are known.

Das als unterer Abschnitt in der erfindungsgemäßen Elektrode verwendete Kohlenstoffmaterial weist besonders vorteilhaft einenThat as the lower section in the electrode according to the invention carbon material used has a particularly advantageous

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spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 10 biselectrical resistivity in the range of 10 to

2
30 £1. mm /m auf. Durch Versuche konnte jedoch ein besonders2
30 pounds 1. mm / m on. However, through experimentation, one particular could

günstiges Betriebsverhalten der Elektroden festgestellt werden, deren Kohlenstoffmaterial einen spezifischen elektrischerfavorable operating behavior of the electrodes can be determined, the carbon material of which has a specific electrical

2
Widerstand im Bereich von 10 bis 20^mm /m und insbesondere2
Resistance in the range of 10 to 20 ^ mm / m and in particular

13 bis 20-TL mm /m aufwies.
Der Durchmesser des unteren Abschnittes liegt im allgemeinen13 to 20-TL mm / m.
The diameter of the lower section is generally

im Bereich von ca. 200 bis 600 mm. Besonders günstige Ergebnisse wurden mit Durchmessern des unteren Abschnittes im
Bereich von ca. 300 bis 400 mm erzielt. Der Durchmesser des
oberen Abschnittes aus Metall kann gegenüber dem Durchmesser
des unteren Abschnittes größer, aber auch geringer, gewählt
sein.in the range from approx. 200 to 600 mm. Particularly favorable results were obtained with diameters of the lower section in
Range of approx. 300 to 400 mm achieved. The diameter of the
Upper section of metal can be compared to the diameter
of the lower section larger, but also smaller, selected
be.

Die Rohdichte des Kohlenstoffmaterials des unteren Abschnittes liegt besonders bevorzugt im Bereich zwischen 1,50 und 1,65 g/The bulk density of the carbon material of the lower section is particularly preferably in the range between 1.50 and 1.65 g /

Eine im Rahmen der Erfindung besonders günstige Elektrode, bei der der obere Abschnitt aus Metall etwa die Hälfte der Gesamtlänge der Elektrode oder mehr ausmacht, besitzt ca. 50 bis 85 an grafitischen Strukturelementen aus Naturgrafit und/oder
Elektrografit, wobei die nichtgrafitischen Strukturanteile aus Anthrazit, Zechenkoks und/oder Normalpetrolkoks bestehen,
wobei der spezifische elektrische Widerstand des unteren Abschnittes im Bereich von 10 bis 20-^-mm /mm bei einer Rohdicht im Bereich zwischen 1,50 und 1,65 g/cm liegt.A particularly favorable electrode within the scope of the invention, in which the upper section made of metal makes up about half the total length of the electrode or more, has approximately 50 to 85 graphitic structural elements made of natural graphite and / or
Electrographite, with the non-graphic structural components consisting of anthracite, colliery coke and / or normal petroleum coke,
The specific electrical resistance of the lower section is in the range from 10 to 20 - ^ - mm / mm with a raw density in the range between 1.50 and 1.65 g / cm.

Die erfindungsgemäßen Elektroden zeichnen sich durch günstiges Betriebsverhalten bei störungsfreiem Betrieb aus. Die Kohlenstoffmaterialien des unteren Abschnittes lassen sich gegenüber den herkömmlich eingesetzten Vollgrafitelektroden aus billiger Rohstoffen durch einfachere Herstellungsverfahren erzeugen. D? her wird bei gleicher elektrischer Belastbarkeit eine Verbilli gung des Elektrodenbetriebes ermöglicht.The electrodes according to the invention are characterized by being inexpensive Operating behavior with trouble-free operation. The carbon materials the lower section can be made cheaper compared to the conventionally used full graphite electrodes Generate raw materials through simpler manufacturing processes. D? A cheaper supply of electrode operation is made possible with the same electrical load capacity.

einen Kohlenstoffteil mita carbon part with

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Obwohl gegenüber den herkömmlich eingesetzten, hochwertigen Grafitqualitäten ein Kohlenstoffmaterial geringerer Qualität Einsatz findet, werden Abplatzungen, Rißbildung auch im Übergangsbereich zwischen oberem und unterem Abschnitt im wesentlichen nicht beobachtet. Dabei hat sich die Verwendung von Nippeln aus Hochqualitätsgrafit mit einer gegenüber dem Kohlenstoffmaterial des unteren Abschnittes erhöhten Dichte und gleichzeitig vermindertem elektrischen Widerstand besonders bewährt.Although compared to the conventionally used, high-quality Graphite grades If a carbon material of lower quality is used, flaking and cracking will also occur in the transition area Essentially not observed between the upper and lower sections. The use of High quality graphite nipples with an opposite carbon material of the lower section, increased density and, at the same time, reduced electrical resistance have proven particularly effective.

Die erfindungsgemäße Elektrode hat ihre bevorzugte Anwendung zur Herstellung von Stahl im Lichtbogenofenbetrieb. Sie kann aber auch zur Herstellung von Buntmetallen wie Kupfer oder Kobalt, aber auch zur Herstellung von Korund, Silicium etc. eingesetzt werden.The electrode according to the invention has its preferred application for the production of steel in an electric arc furnace. But it can also be used for the production of non-ferrous metals such as copper or cobalt, but can also be used for the production of corundum, silicon, etc.

Bei der Herstellung von Elektrostahl werden die erfindungsgemäßen Kombinationselektroden bei Durchmessern des unteren Abschnitts aus Kohlenstoffmaterial im Bereich von 300 bis.400 mmIn the manufacture of electrical steel, the combination electrodes according to the invention are used with diameters of the lower Section of carbon material in the range of 300 to 400 mm

vorzugsweise mit maximalen Phasenströmen im Bereich von 10 bis 30 KA mit besonderem Vorteil eingesetzt.preferably used with maximum phase currents in the range from 10 to 30 KA with particular advantage.

Nachstehend wird eine Ausführungsform einer erfindungsqcmäßen Elektrode im Längsschnitt in der Figur gezeigt, wobei die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.The following is an embodiment of an inventive Electrode shown in longitudinal section in the figure, the invention not being limited thereto.

Bei der gezeigten Elektrode wird das Kühlmedium, im Regelfall Wasser, durch den Vorlaufkanal 2 ein- und durch den Rücklaufkanal 3 zurückgeführt. Dabei tritt das Kühlmedium auch in eine Kammer innerhalb des Schraubnippesl 1, der z.B. aus Gusseisen gebildet ist, ein.· Der obere Abschnitt 5 aus Metall besteht hier aus einem oberen Bereich grösseren Durchmessers und einem tieferliegenden Bereich geringeren Durchmessers, der bis in den Schraubnippel 1 eingezogen ist, der die Verbindung zu dem unteren Abschnitt 6 aus Kohlenstoffmaterial darstellt, das nur zum Teil aus grafitischen Strukturelementen gebildet ist.oc?.er hiervon frei ist. Die hochtemperatur feste Beschichtung 4 ist aus einer Anzahl einzelnerIn the case of the electrode shown, the cooling medium, usually water, enters through the flow channel 2 and through the return channel 3 returned. The cooling medium also enters a chamber within the screw nipple 1, which is made of cast iron, for example The upper section 5 made of metal consists of an upper area of larger diameter and a lower area Area of smaller diameter, which is drawn into the screw nipple 1, which connects to the lower section 6 is made of carbon material that is only partially formed from graphitic structural elements is. The high-temperature resistant coating 4 is made up of a number of individual ones

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Formteile gebildet, die auf einem Lager 7 getragen sein können. An die hochtemperaturfeste Isolierung 4 schließt sich hier eine elektrisch leitende Zwischenschicht 11 an, die nach innen durch den vorgezogenen, innenliegenden Metallschaft bzw. dessen Abschnitt geringeren Durchmessers 12 begrenzt ist.Molded parts are formed which can be carried on a bearing 7. The high-temperature-resistant insulation 4 is followed by one here electrically conductive intermediate layer 11, which passes inward the drawn-out, inner metal shaft or its section of smaller diameter 12 is limited.

Neben den Kühlbohrungen 15 können zusätzliche Bohrungen vorgesehen sein, durch die eingeführte Stifte über eine Feder für einen guten Sitz der hochtemperaturfesten Formteile sorgen.In addition to the cooling bores 15, additional bores can be provided be, through which the inserted pins ensure a good fit of the high-temperature-resistant molded parts via a spring.

Der Gegenstand der Erfindung ist jedoch nicht auf die in der Figur gezeigte Konstruktion beschränkt. So sind z.B. im Rahmen der Erfindung Konstruktionen besonders vorteilhaft, die Abweichungen zu dem in der Figur gezeigten Elektrodentyp aufweisen. Bei solchen Elektroden, die im Rahmen der Erfindung bevorzugt sind, weist der Metallschaft einen im wesentlichen konstanten Durchmesser auf. Auf diesen können Ringe aus hochtemperaturfestern Material - mit Vorzug solche aus Grafit - aufgeschraubt werden. Das Kühlungssystem kann hierbei mit Vorzug derart ausgebildet sein, daß der Nippel in seinem oberen äusseren Bereich durch das Kühlmedium umströmt wird, dieses aber in den Nippel selbst nicht eintritt. Eine elektrisch leitende Zwischenschicht ist bei solchen Konstruktionen nicht immer vorgesehen. Solche und andersartige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrode sind im Rahmen der Erfindung mit eingeschlossen, soweit das Kohlenstoffmaterial des verzehrbaren unteren Abschnittes nur zum Teil aus grafitischen Strukturelementen gebildet oder hiervon frei ist.However, the subject matter of the invention is not limited to the construction shown in the figure. For example, in the frame of the invention constructions particularly advantageous, the deviations to the electrode type shown in the figure. Such electrodes are preferred within the scope of the invention the metal shaft has a substantially constant diameter. Rings made of high-temperature strength can be placed on these Material - preferably graphite - can be screwed on. The cooling system can here with advantage be designed that the nipple is flowed around in its upper outer region by the cooling medium, but this in the Nipple itself does not enter. An electrically conductive intermediate layer is not always provided in such constructions. Such and other types of embodiments of the invention Electrodes are included within the scope of the invention as far as the carbon material of the consumable lower section is only partly formed from graphitic structural elements or is free of them.

Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Elektrode wird im nachstehenden Beispiel beschrieben.The use of an electrode according to the invention is described below Example described.

Example:

Es wurde eine Kombinationselektrode aus einem wassergekühlten Kupferschaft eingesetzt, der durch ein Kühlsystem aus Vor- und rücklauf mit Wasser gekühlt wurde. Der Kupferschaft war im Bereich des Ofens durch einen hochtemperaturbeständigen Belag geschützt. Der Kupferschaft war über einen Grafitnippel mit dem Kohlenstoffmaterial verschraubt, das im wesentlichen aus Abfallgrafit aus der synthetischen Grafiterzeugung bestand. Das Kohlenstoffmaterial wies eine Rohdichte von 1,62 g/cm und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 18,5JImm /m auf,A combination electrode made of a water-cooled copper shaft was used, which was driven by a cooling system of pre and reflux was cooled with water. The copper shaft was in the area of the furnace through a high temperature resistant coating protected. The copper shaft was screwed to the carbon material via a graphite nipple, which essentially consisted of Waste graphite consisted of synthetic graphite production. The carbon material had a bulk density of 1.62 g / cm and a specific electrical resistance of 18.5 JImm / m,

Drei derartige Elektroden wurden in einem Ofen mit 50 Tonnen Fassungsvermögen und drei Phasen mit einem maximalen Phasenstrom von 50.000 A bei einer Betriebsspannung von 490 V eingesetzt. Three such electrodes were placed in a 50 ton furnace Capacity and three phases with a maximum phase current of 50,000 A at an operating voltage of 490 V.

Es ergab sich ein spezifischer Elektrodenverbrauch im Bereich von 4,8 kg/t Stahl, bei im wesentlichen störungsfreiem Betrieb.The result was a specific electrode consumption in the range of 4.8 kg / t steel, with essentially trouble-free operation.

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Claims

& 'pAKTNER ^ l' ° Z0 8 PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976). DIPL-ING. W. EITLE DR. RE R. ΝΛΤ. K.HOFFMAN N ■ DIPL.-ING. W. LEU N DICL.-ING. K.FDCHSLE DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE A D-8000 MO NCHEN 81 TELEPHONE (089) 911087. TELEX 05-29619 (PATHE) C. Conradty Nürnberg GmbH & Co KG, Röthenbach a.d. Pegnitz electrode for electric arc furnace and process for their use PATENT CLAIMS

1.) Electrode for arc furnace from an upper section made of metal and a consumable lower section made of carbon material, which have a substantially cylindrical shape and by a screw nipple or the like with each other are connected, the upper portion being a liquid cooling device having a flow channel and a return channel and the upper section preferably in its lower Area can be protected by a high-temperature-resistant coating, characterized in that the Carbon material only partly made up of graphitic structural elements is formed or free of it.

2. Electrode according to claim 1, characterized in that the length and the diameter of the lower Section are chosen in such a way that compared to electrode

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strands of the same or corresponding overall dimensioning, which consist exclusively of graphitic carbon material have at least the same electrical load capacity given is.

3. Electrode according to claim 1, characterized in that the proportion of graphitic structural elements Is 0 to 90 wt.%.

4. Electrode according to one or more of the preceding claims, characterized in that the proportion of graphitic structural elements is 50 to 85% by weight.

5. Electrode according to one or more of the preceding claims, characterized in that the graphitic structural elements made of natural graphite and / or electrographite exist.

6. Electrode according to one or more of the preceding claims, characterized in that the non-graphic structural components made of anthracite, mining coke and / or normal petroleum coke are formed.

7. Electrode according to one or more of the preceding claims, characterized in that the lower section is made entirely of anthracite, colliery coke and / or normal petroleum coke.

8. Electrode according to one or more of the preceding claims, characterized in that the lower section is produced by vibration or extrusion.

9. Electrode according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the specific electrical resistance of the lower section is in the range from TO to 30 -O-mm / m.

10. Electrode according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the specific electrical resistance of the lower section is in the range from 10 to 20 Λ mm / m.

11. Electrode according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the diameter of the lower section is in the range of approx up to 800 mm.

12. Electrode according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the diameter of the lower section is in the range of approx up to 400 mm.

13. Electrode according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the diameter of the lower section is less than that of the upper Section is made of metal.

14. Electrode according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the bulk density is in the range between 1.50 and 1.65 g / cm.

15. Method for producing steel in an electric arc furnace using electrodes according to one or more of the preceding claims.

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16. The method according to claim 15, characterized in that one has electrode diameters of Approx. 300 to 400 mm maximum phase currents of 10 to 30 KA are used.