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Elektrodenhalter für Lichtbogenöfen
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Die Erfindung betrifft einen Elektrodenhalter für an Lichtbogenöfen
eingesetzte Elektroden, der einen metallischen, gekühlten Rohrteil umfaßt, der zumindest
im Bereich des im Ofen befindlichen Abschnitts mit.
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einem hohlzylinderartigen Schutzmantel aus temperaturbeständigem Material
umgeben ist.
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Elektroden mit einem derartigen Elektrodenhalter gibt es in zwei prinzipiellen
Ausführungsformen. Nach der ersten Ausführungsform besteht die Elektrode aus zwei
axial fluchtenden Abschnitten, nämlich dem den oberen
Abschnitt
darstellenden Elektrodenhalter, im wesentlichen bestehend aus einem metallischen,
gekühlten Rohrteil, an dessen unterem Ende der den anderen Abschnitt darstellende
Aktivteil aus sich verzehrendem Material angeschlossen ist, an dem der Lichtbogen
erzeugt wird. Diese Art wird allgemein als Kombinationselektrode bezeichnet. Bei
der zweiten Ausführungsform ist der sich aus verzehrendem Material bestehende Aktivteil
axial verschieblich in dem Elektrodenhalter, im wesentlichen bestehend aus einem
metallischen, gekühlten Rohrteil, geführt, so daß der Aktivteil aus sich verzehrendem
Material entsprechend dem an seinem unteren Ende auftretenden Verbrauch nachgesetzt
werden kann.
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Diese Anordnung wird allgemein als Durchschubelektrode bezeichnet.
Beiden Anordnungen ist gemeinsam, daß der durch den metallischen, flüssigkeitsgekühlten
Rohrteil gebildete Elektrodenhalter während des Betriebs der Elektrode zumindest
teilweise in den Ofenraum hineinragt.
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Die Elektroden für Lichtbogenöfen sind aber nun starken Beanspruchungen
ausgesetzt. Diese Beanspruchungen sind thermischer und mechanischer Natur. Die thermischen
Belatungen resultieren aus den hohen Arbeitstemperaturen, die insbesondere bei der
Elektrostahlherstellung erreicht werden. Die mechanischen Belastungen ergeben sich
zum einen aus einem nicht vermeidbaren Auftreffen der Elektrode auf Schrotteile
beim Einfahren in den Ofen, desweiteren aufgrund von Bewegungen der Schmelze, bei
Schrottversatz und schließlich aufgrund von Schwingungen, hervorgerufen durch den
Lichtbogen.
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Für die Brauchbarkeit dieser Elektroden ist es deshalb entscheidend,
den Abschnitt des metallischen, gekühlten Rohrteils des Elektrodenhalters, der während
des Betriebs sich im Ofen befindet, vor diesen thermischen und
mechanischen
Beanspruchungen wirksam zu schützen.
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Zur Lösung dieses Problems sind zahlreiche Vorschläge gebracht worden.
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Bei den in der BE-PS 867 876 beschriebenen Kombinationselektroden
ist der den Elektrodenhalter darstellende Metallschaft, der das Kühlsystem enthält,
durch eine außenliegende, hochtemperaturbeständige Masse überzogen.
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Dabei handelt es sich um eine kontinuierliche Beschichtung. Zur Verbesserung
der Haftung dieser Beschichtung an der Mantelfläche des Metallschafts weist dieser
Haken auf, die in die Beschichtung eingreifen.
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thnlicheKombinationselektroden sind aus der GB-PS 1 223 162 bekannt.
Bei diesen ist der gesamte Elektrodenhalter mit einer schützenden, keramischen Beschichtung
versehen. Nach dieser Lösung wird darauf geachtet, daß die keramische Beschichtung
eine möglichst geringe Dicke aufweist und auch in den Elektrodenhalter selbst zur
Isolierung der dort laufenden Rohre zu einem erheblichen Anteil eindringt. Diese
Rohre dienen sowohl der Kühlwasserführung als auch der Stromzufuhr zu dem Aktivteil
aus Grafit.
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In der E-Patentanmeldung O 010 305 ist eine Kombinationselektrode
beschrieben, die einen Elektrodenhalter aufweist, der aus einem Metallrohr gebildet
ist, das gegenüber dem stromführenden Kühlsystem elektrisch isoliert ist und über
eine zwischen dem Kühlsystem und dem Metallrohr vorhandene feuerfeste Substanz ausreichend
kühlbar ist. Der untere Abschnitt des den Elektrodenhalter darstellenden Metallrohrs
ist wiederum mit einer mittels Haken gesicherten keramischen Beschichtung versehen.
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Die DE-P.S 27 25 537 offenbart eine Kombinationselektrode, bei der
der metallische, flüssigkeitsgekühlte obere Abschnitt, d.h. der Elektrodenhalter,
durch eine Feuerfestmasse gesichert ist, die thermisch leitende Vorsprünge überdeckt.
Diese Vorsprünge sollen dazu dienen, daß in dem Fall, in dem aufgrund starker örtlicher
Beanspruchung durch starre Schrotteile eine örtliche Beschädigung der Feuerfestmasse
eintritt, durch die Vorsprünge ein unmittelbarer mechanischer Kontakt mit dem Leitungssystem
verhindert wird, wobei zugleich unzulässig hohe Ströme über diese Vorsprünge wegen
ihres Schmelzsicherungscharakters nicht fließen können.
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Schließlich ist durch die DE-AS 27 30 884 eine Durchschubelektrode
bekannt, bei der der den Elektrodenhalter darstellende metallische, gekühlte Rohrteil,
durch den der Aktivteil aus Grafit hindurchgesetzt wird, mit einer Feuerfestmasse
beschichtet ist. Zugleich weist der Rohrteil radial nach außen gerichtete Vorsprünge
auf, die in die Feuerfestmasse eingreifen. Durch diese möglichst gleichmäßig am
Umfang und in axialer Richtung verteilten Vorsprünge soll einerseits eine gleichmäßigere
Kühlung der Feuerfestmasse und andererseits ein besserer Halt dieser Masse bewirkt
werden.
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Diese Lösung entspricht den erörterten Schutzmantel-Ausbildungen bei
Kombinationselektroden. Nach dem Stand der Technik werden also dieselben Vorschläge
für Elektrodenhalter sowohl für Kombinationselektroden als auch für Durchschubelektroden
gemacht.
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Sämtlichen dieser bekannten Elektrodenhaltern ist der Nachteil gemeinsam,
daß selbst bei einer relativ geringen örtlichen Beschädigung des Schutzmantels dieser
insgesamt von dem metallischen Rohr teil des Elektrodenhalters entfernt und auf
dieses ein neuer Schutzmantel
aufgebracht werden muß. Dies verursacht
lange Betriebsunterbrechungen und hohe Kosten.
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Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Elektrodenhalter ist das Aufwachsen
von Schlacken- und Metallschichten auf dem Schutzmantel aus keramischen Stoffen;
dadurch ergeben sich Störungen im Ofenbetrieb.
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Aufgrund dessen ist schon ein Elektrodenhalter vorgeschlagen worden,
bei der der metallische, gekühlte Rohrteil des Elektrodenhalters durch Ringe aus
kohlenstoffhaltigem Material, bevorzugt aus Grafit, geschützt ist. Dieser Schutzmantel
hat sich im Einsatz der geschilderten Elektrodenhalter schon sehr gut bewährt.
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Die Grafitringe bilden nämlich einen sowohl mechanisch als auch thermisch
ausgezeichneten Schutzmantel. Ein Vorteil eines derartigen Schutzmantels ist darin
zu sehen, daß bei teilweiser Beschädigung desselben der jeweilige Grafitring ausgetauscht
werden kann, während bei den durchgehenden Schutzüberzügen eine komplette Neuerstellung
erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil ist die Vermeidung des Aufwachsens von Schlacken-
oder Metallschichten; aufgrund der oxidativen Zerstörung der Oberfläche des Grafits
fallen diese nämlich laufend vom Schutzmantel ab. Es stellte sich jedoch als Nachteil
heraus, daß in manchen Fällen die Ringe zur Rißbildung neigten. Verantwortlich dafür
sind unterschiedliche Wärmedehnungen des Schutzmantels und des den Elektrodenhalter
bildenden Rohrteils und die dadurch im Schutzring entstehenden Spannungen.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Schutzmantel für den metallischen,
gekühlten Rohrteil von Elektrodenhaltern der vorausgesetzten Art zu schaffen, der
den auftretenden thermischen und mechanischen
Beanspruchungen voll
genügt, möglichst einfach ausgebildet und leicht zu montieren und zu reparieren
ist und darüber hinaus einen guten Wärmeübergang zu dem metallischen, gekühlten
Rohrteil des Elektrodenhalters gewährleistet, um die Standzeit des Schutzmantels
zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird bei einem Elektrodenhalter der vorausgesetzten
Art dadurch gelöst, daß der Schutzmantel aus mindestens einem Ring aus mehreren
Hohlzylinder-Sektoren gebildet ist, die kraftschlüssig miteinander verbunden sind
und mit Vor spannung auf dem Rohrteil des Elektrodenhalters unmittelbar anliegen.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung ist ein Schutzmantel geschaffen,
der sämtlichen Anforderungen in bezug auf die thermische und mechanische Beanspruchbarkeit
entspricht. Nachdem die einzelnen Sektoren des Schutzmantels mit Vorspannung auf
dem Rohrteil des Elektrodenhalters unmittelbar anliegen, ergibt sich eine gute Wärmeübertragung
zwischen dem Schutzmantel und dem Rohrteil über die gesamte Fläche. Dieser gute
Wärmeübergang wird erreicht, ohne daß es erforderlich wäre, Füllmaterialien zwischen
dem Schutzmantel und dem Rohrteil des Elektrodenhalters einzubringen. Darüber hinaus
können die einzelnen Sektoren des erfindungsgemäßen Schutzmantels Spannungen aufgrund
unterschiedlicher thermischer Dehnungen des Materials des Schutzmantels einerseits
und des Rohrteils des Elektrodenhalters andererseits aufgrund der kraftschlüssigen
Verbindung der Sektoren kompensieren, so daß die Gefahr eines Beschädigens des Schutzmantels
aufgrund dieser Wärmedehnungen vermieden ist. Der Schutzmantel ist danach geeignet,
den thermischen Beanspruchungen gerecht zu werden.
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Ein Gleiches gilt für die mechanischen Belastungen.
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Aufgrund der kraftschlüssigen Verbindung der Sektoren untereinander
werden Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Sektoren ausgeglichen, so daß
die Sektoren mit ihrer inneren Mantelfläche stets satt an die Mantelfläche des Rohrteils
des Elektrodenhalters angepreßt werden. Aufgrund dessen können Druck- und Biegekräfte
von dem Schutzmantel auf den Rohrteil des Elektrodenhalters übertragen werden, ohne
daß aufgrund mangelnder Anlage des Schutzmantels an dem Rohrteil das Material des
Schutzmantels überbeansprucht wird. Zugleich ist aber der Rohrteil des Elektrodenhalters
durch den Schutzmantel vollständig geschützt.
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Schließlich kann der erfindungsgemäße Schutzmantel leicht montiert
und erforderlichenfalls wiederdemontiert werden. Hierfür kann nämlich der komplette
Ring aus Sektoren einfach von einem Ende her auf den Rohrteil des Elektrodenhalters
aufgeschoben werden.
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Es ist aber auch möglich, mehrere Sektoren zu einem Teilring zu verspannen
und dann den kompletten Ring aus mehreren Teilringen zusammenzufügen, was eine direkte
Montage des erfindungsgemäßen Schutzrings am metallischen Rohrteil des Elektrodenhalters
ermöglicht. Falls ein Sektor oder mehrere Sektoren des Schutzringes beschädigt werden,
kann der beschädigte Sektor bzw. die Sektoren einfach ausgetauscht werden.
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In dem Fall, in dem der Schutzmantel aus mehreren, jeweils aus Sektoren
zusammengesetzten Ringen gebildet ist, die axial aneinandergefügt sind, ist es möglich,
einen zuerst am unteren Ende des Rohrteils des Elektrodenhalters angeordneten Ring,
der im Ofen natürloch der höchsten Belastung ausgesetzt ist und damit eher beschädigt
wird oder verschleißt als weiter oben angeordnete Ringe, am Rohrteil nach oben zu
schieben und dafür einen neuen Ring oder einen bereits
im oberen
Abschnitt des Rohrteils gebrauchten, aber für den unteren Abschnitt noch tauglichen
Ring aufzubringen. Auf diese Weise können sukzessive die Ringe ersetzt werden, wodurch
die Montagezeiten verkürzt und die Kosten für die Wartung des Schutzmantels des
Elektrodenhalters erniedrigt werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Elektrodenhalters
ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.
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Nach einer ersten Variante ist es möglich, daß die Sektoren aus kohlenstoffhaltigen,
vorzugsweise nichtgrafitischen bzw. teilgrafitischen Materialien, bestehen. So ergeben
sich wirtschaftliche Standzeiten der Schutzringe, verbunden mit den günstigen Eigenschaften
des kohlenstoffhaltigen Materials hinsichtlich der Benetzung durch Schlacken- oder
Metallspritzer.
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Die bei richtiger Dimensionierung der Schutzringe erreichte, gewünschte
langsame Oxidation des Kohlenstoffs, vor allem an den heißeren äußeren Umfangsflächen
der Ringe, verhindert das bei keramischen Uberzügen häufig beobachte störende Aufwachsen
von Schlacken- oder Metallteilchen.
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Weil bei der erfindungsgemäßen Lösung ein besondersguter Wärmeübergang
vom Schutzmantel zum Rohrteil des Elektrodenhalters erreicht wird, ist es günstig
für den Schutzmantel, Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit zu verwenden.
Aufgrund dessen empfehlen sich aus den kohlenstoffhaltigen Materialien die sogenannten
nichtgrafitischen bzw. teilgrafitischen.
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Falls man auf den Vorteil der Selbstreinigung der Schutzringoberfläche
verzichten will, kann man auch keramische Werkstoffe einsetzen.
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Es ist zweckmäßig, die Sektoren im oberen Abschnitt des Rohrteils
des Elektrodenhalters aus keramischen und im unteren Abschnitt aus kohlenstoffhaltigen
Werkstoffen herzustellen. Auch andere, z.B. gemischte Anordnungen der Ringe bzw.
Sektoren aus verschiedenen Materialien sind denkbar.
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Die kraftschlüssige Verspannung der Sektoren untereinander und die
Erzielung der Vorspannkraft, mit der der Ring aus den Sektoren unmittelbar auf dem
Rohrteil des Elektrodenhalters anliegt, wird vorteilhafterweise durch Federkraft
erreicht.
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Bezüglich der Anordnung der die Federkraft erzielenden Federn besteht
eine Reihe von Möglichkeiten. So kann ein Federring oder es können mehrere Federringe
je Schutzring vorgesehen sein, wobei zugleich jeder Federring entweder durch eine
Feder oder mehrere hintereinandergeschaltete Federn gebildet sein kann.
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Vorteilhafterweise sind die Federn in konzentrisch zur Ringform verlaufenden
Bohrungen oder Ausnehmungen in den Sektoren angeordnet. Damit sind die Federn in
die Sektoren integriert und dadurch sowohl gegen zu hohe thermische als auch mechanische
Beanspruchungen geschützt.
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Zur weiteren Erniedrigung der thermischen Beanspruchung der Federn
liegen die Bohrungen bzw. Aussparungen nahe der inneren Mantelfläche der Sektoren,
so daß die Federn möglichst nahe an das Kühlsystem des Rohr teils herangerückt sind
und deshalb die Temperatur im Bereich der Federn möglichst niedrig gehalten wird.
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Die Federn selbst'können entweder Spiralfedern oder Blattfedern sein.
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Von besonderer Bedeutunq ist in jedem Fall, daß die Federn aus nichtmagnetischem
Werkstoff bestehen, um die Erwärmung der Federn durch Hystereseverluste zu vermeiden.
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Grundsätzlich sollen die Federn eine hohe Warmfestigkeit besitzen.
Hierzu können die Federn entweder aus austenitischen Stählen auf der Basis Chrom-Nickel-Molybdän
oder aus berylliumhaltigem Werkstoff bestehen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen
die in Umfangsrichtung liegenden und/oder in Achsrichtung liegenden Stoßflächen
benachbarter Sektoren mindestens eine komplementäre radiale Abstufung auf. Dadurch
ist selbst in dem Fall, in dem aufgrund von Toleranzen die Stoßflächen benachbarter
Sektoren nicht völlig satt aneinanderstoßen, eine Abdichtung der Sektoren untereinander
aufgrund der ineinander eingreifenden Abstufungen gewährleistet mit der Folge eines
sicheren Schutzes des metallischen, gekühlten Rohrteils des ElektraRmhaLters.
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Nach einer weiteren Möglichkeit ist die in Umfangsrichtung gemessene
Breite der Sektoren relativ klein und die Stoß flächen verlaufen in einem Winkel
zum Radialstrahl des Hohlzylinders. Damit liegen die relativ dünnen Sektoren eines
Rings schräg in bezug auf die zugehörigen Radien auf dem Rohrteil auf.
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Dadurch werden Toleranzen aufgrund eines "Selbsteinstellungs-Effekts"
ausgeglichen, indem je nach Durchmesser des Rohrteils bzw. lichter Durchmesser des
Rings aus den Sektoren diese sich in mehr aufrechter oder in mehr liegender Lage
einstellen.
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Dieser "Selbsteinstellungs-Effekt" ergibt sich dadurch,daß sich die
schräg anliegenden Sektoren des Schutzrings durch die tangentielle Kraftkomponente
der Federspannung entsprechend anordnen. Die tangentizelle Kraftkomponente der Feder
spannung wird dadurch erreicht, daß in den jeweiligen Sektoren - über den Umfang
gleichgerichtet - das eine Ende der Bohrung bzw. der Aussparung für die Feder einen
größeren Abstand von der Mantelfläche des Rohrteils besitzt als das andere Ende
der angesprochenen Bohrung bzw.
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Aussparung.
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Diese Einstellung der Sektoren ergibt sich insbesondere dann, wenn
die inneren Mantelflächen der Sektoren kleiner sind als die zur äußeren Mantelfläche
sich theoretisch aus der Kreisteilung ergebenden und damit der fertigmontierte Schutzring
zwischen den Sektoren nach innen offene, keilförmige Spalten aufweist.
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Besonders in diesem Fall ordnen sich die Sektoren so an, daß sich
zwischen den Sektoren stets nach innen offene, keilförmige Spalten bilden, die auch
bei abnehmendem Durchmesser der Sektoren nach außen geschlossen sind.
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In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, daß die innere Mantelfläche
der Sektoren eben ist, so daß sich die Sektoren bei der geschilderten Einstellung
entsprechend auf der Mantelfläche des Rohrteils bewegen und ausrichten können. Auch
die äußeren Mantelflächen der Sektoren brauchen nicht zylinderförmig, sondern können
auch eben ausgebildet sein. Darüber hinaus können sowohl die inneren als auch die
äußeren Mantelflächen der Sektoren geeignete Profilierungen oder dergleichen aufweisen.
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Um eine Aufheizung, insbesondere einer in Umfangsrichtung geschlossenen
Feder, aufgrund eventuell auftretender Störströme zu vermeiden, kann es zweckmäßig
sein, zumindest ein elektrisch isolierendes Verbindungselement in die Feder einzubauen.
Ein derartiges Verbindungselement kann beispielsweise aus hochgesintertem Aluminiumoxid
bestehen.
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Aus den gleichen Uberlegungen heraus können zwischen die Stoßflächen
der Sektoren elektrisch isolierende Elemente eingebracht sein. Dies gilt in erster
Linie für die in Umfangsrichtung liegenden Stoß flächen der
Sektoren.
Es können aber auch die in Achsrichtung liegenden Stoß flächen der Sektoren mit
elektrisch isolierenden Elementen in Abstand gehalten sein.
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Ausführungsbeispiele de s erfindungsgemäßen Elektrodnhalters ergeben
sich aus den beigefügten Zeichnungen. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht
einer Elektrode mit einem erfindungsgemäßen Elektrodenhalter, Fig. 2 einen Hohlzylindersektor,
aus dem der Schutzmantel des erfindungsgemäßen Elektrodenhalters zusammengesetzt
ist, Fig. 3 einen Schnitt durch einen aus mehreren Sektoren bestehenden Teilring,
Fig. 4 eine Ansicht eines derartigen Teilrings, Fig. 5 die Montage des Schutzmantels
des erfindungsgemäßen E'lektrodenhalters, wobei der Ring aus Sektoren aus mehreren
Teilringen zusammengesetzt wird, Fig. 6 eine mögliche Verbindungsart der die Sektoren
zu einem Ring bzw. Teilring verspannenden Federn, Fig. 7 eine axiale Draufsicht
auf eine weitere Ausführungsform der Sektoren, Fig. 8 eine perspektivische Darstellung
der Sektoren nach Fig. 7, Fig. 9 bis 11 zwei Möglichkeiten des axialen Aneinanderfügens
mehrerer aus jeweils entsprechenden Sektoren bestehender Ringe,
Fig.
11, 12 und 13 weitere Ausführungsformen der Sektoren, und Fig. 14 eine weitere Möglichkeit
des Aneinanderfügens von Federn zu einem Federring.
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Aus Fig. 1 ergibt sich in schematischer Darstellung der wesentliche
Aufbau einer einschlägigen Elektrode für Lichtbogenöfen, und zwar in der Ausführungsform
einer Kombinationselektrode. Diese Elektrode besteht aus einem Elektrodenhalter,
der von einem metallischen, gekühlten Rohrteil 1 gebildet ist. An das untere Ende
des den Elektrodenhalter darstellenden Rohrteils 1 ist ein Aktivteil 2 aus sich
verzehrendem Material, z.B. Grafit, mittels eines Schraubnippels 3'angeschlossen.
Die Elektrode wird durch eine am oberen Abschnitt des Rohrteils 1 des Elektrodenhalters
angreifende Tragkonstruktion 4 gehalten. Da es sich bei der Fig. 1 um eine schematische
Darstellung handelt, sind insbesondere die elektrischen Bauteile und die Kühlanordnungen
nicht aufgeführt, da diese Baugruppen eine herkömmliche Ausbildung haben können.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung ist nämlich nur wichtig ein insgesamt
mit 5 bezeichneter, hohlzylindrischer Schutzmantel aus temperaturbeständigem Material,
der den metallischen Rohrteil 1 des Elektrodenhalters im Bereich des im Ofen befindlichen
Abschnitts umgibt und auf diese Weise, wie bereits geschildert worden ist, gegenüber
unzulässigen thermischen und mechanischen Beanspruchungen schützt.
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Der Schutzmantel 5 ist aus hohlzylindrischen Sektoren zusammengesetzt,
von denen sich einer nach einer ersten Ausführungsform aus Fig. 2 ergibt, in der
der Sektor insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Der Hohlzylinder-sektor besitzt danach
eine innere Mantelfläche 11 und eine äußere Mantelfläche 12, zwei in Umfangsrichtung
liegende Stoßflächen 13 und zwei in axialer Richtung liegende Stirnflächen 14. Darüber
hinaus weist der Sektor zwei auf einer Sehne verlaufende Bohrungen 15 auf.
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Wie sich am besten aus den Fig. 3 und 4 ergibt, werden mehrere Sektoren
10 zu einem Teilring zusammengefügt, indem sie an ihren Stoßflächen 13 aneinandergereiht
werden. Die Sektoren 10 dieses Teilrings werden miteinander durch durch die Bohrungen
15 hindurchgeführte Federn, im gezeigten Fall Spiralfedern 20, miteinander verspannt.
Um eine vorläufige endseitige Verankerung der Spiralfedern 20 und damit deren Vorspannung
zu gewährleisten, sind gabelförmige Spannelemente 21 vorgesehen, die nicht dargestellte
Gegenanschläge an den Enden der Federn 20 oder einfach Windungen derselben hintergreifen
und auf diese Weise die Federn 20 in einer vorgespannten Stellung halten.
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In Fig. 4 ist links schematisch das Anbringen der Spannelemente 21
dargestellt, während sich rechts die Spannelemente 21 bereits in der Arretierstellung
befinden.
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Fig. 5 zeigt das Aneinanderfügen derart hergestellter Teilringe aus
Sektoren 10 zu einem kompletten Ring.
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Danach werden die Teilringe sukzessive dadurch aneinandergefügt, daß
die entsprechenden Enden der Federn 20,
die durch die Spannelemente
21 in der gespannten Stellung gehalten sind, miteinander verbunden werden, worauf
die Spannelemente 21 entfernt werden, so daß die Sektoren auch an den Fügestellen
der Teilringe mit ihren Stoßflächen satt zur Anlage gelangen.
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Ein derart hergestellter Ring aus Sektoren 10 kann entweder auf den
Rohrteil 1 von einem Ende her aufgeschoben werden oder an dem Rohrteil 1 in der
soeben geschilderten Weise durch Aneinanderfügen von Teilringen radial montiert
werden.
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Entscheidend ist, daß die Ringe aus den Sektoren 10 unter Vorspannung
unmittelbar auf der Mantelfläche des Rohrteils 1 aufliegen, wie sich das aus Fig.
1 ergibt.
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Dadurch ergeben sich die bereits geschilderten Vorteile, die insbesondere
in einem guten Wärmeübergang zwischen dem Schutzmantel 5 und dem Rohrteil 1 und
dem sich daraus ergebenden geringeren oxidativen Verschletß.und im Fehlen jeglicher
schädlicher Spannungen innerhalb des Schutzrings, wie sie durch unterschiedliche
Wärmedehnungen von Schutzring und Rohrteil oder durch radiale Temperaturgradienten
innerhalb des Schutzrings entstehen, bestehen.
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Aus Fig. 6 ergibt sich eine weitere mögliche Verbindungsweise von
zwei hintereinander geschalteten
Federn 20, die einerseits in der
geschilderten Weise dem Verspannen der Sektoren 10 untereinander und dem Aufbringen
eines Rings aus diesen Sektoren 10 auf dem Rohrteil 1 unter einer entsprechenden
Vorspannung andererseits dienen. Gemäß Fig. 6 sind die Enden der Federn 20 durch
Anschläge 22, die in entsprechenden Ausnehmungen 16 an den jeweiligen Enden der
Bohrungen 15 in den Sektoren eingreifen, so festgelegt, daß die jeweilige Feder
20 die ihr zugeordneten Sektoren 10 verspannt und zugleich in der Montagestellung
den gesamten Ring aus den Sektoren 10 mit Vorspannung an die Manteifläche des Rohrteils
1 anpreßt.
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Aus den Fig. 7 und 8 ist eine weitere Ausführungsform der Sektoren
10 ersichtlich. Danach weisen die in Umfangsrichtung liegenden Stoßflächen 13 des
jeweiligen Sektors 10 mindestens eine komplementäre, in radialer Richtung liegende
Abstufung 17 auf, die in der dargestellten Weise ineinandergreifen. Auf diese Weise
ist erreicht, daß selbst in dem Fall, in dem die Stoßflächen 13 der benachbarten
Sektoren 10 nicht unmittelbar in Anlage gelangen, der sich dann ergebende Spalt
zwischen den einzelnen Sektoren 10 durch die Abstufungen 17 abgedeckt ist, so daß
stets ein sicherer Schutz des Rohrteils 1 gewährleistet ist. Geringfügige Spalte
zwischen den einzelnen Sektoren können in der Montagestellung dann auftreten, wenn
der Außendurchmesser des Rohrteils 1 ein Ubermaß und/oder der Innendurchmesser des
aus Sektoren 10 gebildeten Rings des Schutzmantels 5 ein Untermaß aufweist.
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Aus Fig. 9 ergibt sich eine Möglichkeit des axialen Aneinanderfügens
von aus Sektoren 10 gebildeten Ringen
für den Fall, in dem der
Schutzmantel aus mehreren Ringen aus Sektoren 10 besteht. In diesem Fall weisen
die Stirnflächen 14 der einzelnen Sektoren 10 in Umfangsrichtung verlaufende Nuten
18 auf, in die Anschlußringe 19 eingreifen. Auf diese Weise ist auch eine dichte
Verbindung zwischen den Stirnflächen 14 der Sektoren 10 benachbarter Ringe geschaffen.
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In Fig. 10 ist eine weitere Möglichkeit der Anbringung der Federn
20 in den Sektoren 10 gezeigt. Nach dieser Ausführungsform sind in den Stirnflächen
14 der Sektoren 10 in Umfangsrichtung verlaufende Ausnehmungen 15a angeordnet, in
denen die Federn 20 ähnlich wie in den'Bohrungen 15 zu liegen kommen. Die Aussparungen
15a können sogar zugleich die Nuten 18 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 9 bilden.
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Die Fig. 11 zeigt einen Sektor 10, bei dem die in Achsrichtung liegenden
Stirn- bzw. Stoßflächen 14 eine komplementäre radiale Abstufung 17a aufweisen.
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Dadurch greifen benachbarte Sektoren 10 in Azhsrichtung formschlüssig
ineinander ein, so daß selbst in dem Fall, in dem die Stirn- bzw. Stoßflächen 14
von benachbarten Sektoren 10 nicht über die gesamte Fläche in Anlage gelangen, der
sich dann ergebende Spalt durch die Abstufungen 17a abgedeckt ist, so daß stets
ein sicherer Schutz desRDhrteils 1 gewährleistet ist. Durch das formschlüssige Ineinandergreifen
der Sektoren 10 wird darüber hinaus der Schutzmantel 5 mechanisch noch widerstandsfähiger.
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Es ist natürlich auch möglich, sowohl die in Umfangsrichtung liegenden
Stoßflächen 13 als auch die in Achsrichtung liegenden Stoßflächen 14 jedes Sektors
mit Abstufungen 17 bzw. 17a zu versehen, um auf diese Weise das gesamte Gefüge aus
Sektoren, das den
Schutzmantel bildet, nicht nur kraftschlüssig,
sondern auch formschlüssig zueinander zu fixieren.
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Aus den Fig. 12 und 13 ergeben sich weitere AusfUhrungsformen eines
Schutzrings für eine erfindungsgemäße Elektrode. Danach ist die in Umfangsrichtung
des Schutzrings gemessene Breite der einzelnen Sektoren 10 relativ klein, so daß
man eine große Anzahl von Sektoren für einen Schutzring benötigt. Auch können die
Seiten 11 und 12 eben sein. Außerdem können die Sektoren 10 so ausgebildet sein,
daß ihre Stoßflächen 13 mit dem Radialstrahl 30 a bzw. 30b des Hohlzylinders einen
- oder auch zwei verschieden große - Winkel rC bzw. /3 bilden. Auch können die inneren
Mantelflächen 11 der Sektoren 10 kleiner sein als aus der Kreisteilung unter Berücksichtigung
der äußeren Mantelfläche 12 errechnet. Es bilden sich dann am montiert ten und mit
Vor spannung am Rohrteil 1 aufgebrachten Schutzring keilförmige Spalten 40 zwischen
den Stoßflächen 13, die nach innen offen sind. Durch die tangentielle Kraftkomponente
der Federspannung werden die schräg anliegendenSektoren 10 mit kleineren inneren
Mantelflächen 11 so an dem Rohrteil 1 angepreßt, daß die keilförmigen Spalten 40
außen immer geschlossen sind. Durch diesen Effekt können sehr einfach Toleranzen
in bezug auf den Außendurchmesser des Rohrteils 1 bzw. den Innendurchmesser des
aus den Sektoren 10 gebildeten Rings ausgeglichen werden.
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Aber auch bei oxidativem Abbau der Sektorenflächen 12 bleiben die
keilförmigen Spalten außen weitgehend geschlossen.
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Wie sich aus der Fig. 12 ergibt, liegen die Bohrungen 15 nicht auf
einer Sehne eines idealen Zylinder-Sektors,
sondern verlaufen in
einem Winkel zu dieser Sehne.
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Dies bedeutet, daß bei jedem Sektor das eine Ende der Bohrung 15 einen
größeren Abstand zu der Mantelfläche des Rohrteils 1 besitzt als das andere Ende,
wobei die diesbezüglichen Enden in Umfangsrichtung gleichgerichtet sind. Dadurch
ergibt sich die tangentielle Kraftkomponente aus der Federspannung, die den schon
geschilderten "Selbsteinstellungs-Effekt" bewirkt.
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Um eine Aufheizung der in Umfangsrichtung geschlossenen Feder aufgrund
eventuell auftretender Störströme zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, zumindest
ein elektrisch isolierendes Verbindungselement in die Feder einzubauen. Diese Ausführungsform
ergibt sich aus der Fig.14, in der das elektrisch isolierende Verbindungselement
mit 50 bezeichnet ist, mit dem zwei Federn 20 miteinander verbunden sind. Das elektrisch
isolierende Verbindungselement 50 kann beispielsweise aus hochgesintertem Aluminiumoxid
gefertigt sein.
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Aus den gleichen Überlegungen heraus können zwischen die Stoßflächen
der Sektoren elektrisch isolierende Elemente, beispielsweise aus Asbest, eingebracht
sein.
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Diese Ausführungsform ist nicht dargestellt. Diese Anordnung empfiehlt
sich insbesondere für die in Umfangsrichtung liegenden Stoßflächen 13, kann aber
auch für die in Achsrichtung liegenden Stirn- bzw.
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Stoßflächen 14 zweckmäßig sein.