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Beschreibung:
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Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Halterung gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei der durch die EP-B1-0 010 305 bekannt gewordenen flüssigkeitsgekühlten
Halterung dieser Art ist am unteren Ende eines zylindrischen Tragstückes, das ein
den Elektrodenstrom führendes metallisches Kühlsystem enthält, ein Gewindeteil,
bzw. ein Nippel zum Aufschrauben der Elektrode befestigt. Das Gewindeteil weist
ebenfalls Kanäle für das Kühlmedium auf, die über das Kühlsystem des Tragstückes
mit dem Kühlmedium gespeist werden. Das Kühlsystem des Tragstückes ist von einem
als Hitzeschirm wirkenden Metallrohr umgeben, das elektrisch isoliert ist und über
eine zwischen dem Kühlsystem und dem Metallrohr vorhandene feuerfestE Substanz ausreichend
kühlbar ist. Das den Elektrodenstrom und die Kühlflüssigkeit -führende Kühlsystem
umfaßt bei einer Ausführungsform der bekannten Halterung ein in ein äußeres metallisches
Rohr mit Abstand eingesetztes inneres Rohr, wobei der Ringraum zwischen den beiden
Rohren im unteren Bereich der Elektrodenhalterung mit dem Innenraum des inneren
Rohres in Verbindung steht. Die Kühlflüssigkeit wird hierbei auch durch das Gewindeteil
zum Aufschrauben der verzehrbaren Elektrode hindurchgeleitet.
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Bei Verwendung derartiger Halterungen für verzehrbare Elektroden in
einem Lichtbogenofen, in dem Schrott eingeschmolzen wird, kommt es durch Schrotteinstürze
oder andere mechanische Beanspruchungen immer wieder vor, daß die verzehrbare Elektrode
im Bereich des Gewindeteils, auf das sie aufgeschraubt ist, abbricht und das Gewindeteil
durch Lichtbogenüberschläge oder durch mechanische Einflüsse beschädigt wird. Der
Austausch des Gewindeteils ist zeitaufwendig und führt zu unerwünscht langen Unter-
brechungen
des Ofenbetriebs.
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Durch die DE-A1-27 25 537 ist eine flüssigkeitsgekühlte Halterung
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt geworden, bei der der Querschnitt
einer auf das Gewindeteil der Halterung aufgeschraubten Elektrodenspitze aus verzehrbarem
Material gegenüber dem Querschnitt des darüber liegenden flüssigkeitsgekühlten Teils
vergrößert ist, wobei der Querschnittsübergang stetig erfolgt.
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Durch die Vergrößerung des Querschnitts der verzehrbaren Elektrodenspitze
wird einerseits Platz für einen Magneten geschaffen und andererseits die Lebensdauer
der Elektrodenspitze erhöht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Halterung der
im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art einen einfachen und schnellen Wechsel
des besonders geführt deten Gewindeteils (Nippels) zu ermöglichen und gleichzeitig
einen guten Stromübergang von dem zylindrischen Tragstück der Halterung in das Gewindeteil
zu ermöglichen.
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Außerdem soll der konstruktive Aufbau des zylindrischen Tragstückes
für die verzehrbare Elektrode wesentlich vereinfacht werden.
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Die Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Bei der erfindungsgemäßen Halterung ist durch eine entsprechende konstruktive
Ausbildung des den Elektrodenstrom übertragenden Gewindeteils, bzw. des Gewindenippels,
eine leichte Austauschbarkeit gewährleistet. Dies wird bei einer bevorzugten Ausführungsform
dadurch erreicht, daß der konische Gewindenippel mit einer wassergekühlten hohlen
oder auch massiven Befestigungsschraube und Teller-
federn mit hoher
axialer Kraft gegen einen Flansch der Elektrodenhalterung gepreßt wird. Durch die
hohe Anpressung bei gleichzeitig federnder Befestigung wird einerseits für eine
gleichmäßige Pressung im Bereich der Stromübertragung Sorge getragen, andererseits
kann bei Dehnungsdifferenzen zwischen der wassergekühlten Befestigungsschraube und
dem Mantelbereich der Befestigungsstelle (äußerer Bereich des Flansches und äußerer
Bereich des Gewindenippels) der einer hohen thermischen Beanspruchung und somit
anderen Temperaturen unterliegt, ein Ausgleich geschaffen werden.
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Durch die leichte Austauschbarkeit des stromübertragenden Gewindenippels
werden die durch das Auswechseln eines beschädigten Gewindenippels bedingten Ausfallzeiten
auf ein Minimum herabgesetzt.
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Im Hinblick auf eine Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus der Halterung
ist diese auch in dem im Betriebszustand in den Ofenraum eintauchenden unteren Bereich,
ohne Hitzeschutz ausgebildet. Dies wird durch eine geeignete Formgebung des zylindrischen
Tragstückes für die verzehrbare Elektrode möglich, nämlich dadurch, daß der Durchmesser
des im Betriebszustand in den Ofenraum eintauchenden unteren Abschnitts des Tragstückes
gegenüber dem Durchmesser der aufzuschraubenden verzehrbaren Elektrode um 10 bis
50% verringert ist und im übrigen der Übergang zwischen den unterschiedlichen Durchmessern
stetig erfolgt. Durch die Verjüngung des Tragstückes gegenüber dem Elektrodendurchmesser
tritt für den ungeschützten metallischen Abschnitt des Tragstückes eine Schattenwirkung
ein. Beim Schmelzprozeß bohren die Elektroden Löcher in den Stahlschrott und durch
den kleineren Durchmesser des metallischen Tragstückes im in den Ofenraum eintauchenden
Bereich wird die Gefahr erheblich vermindert, daß Stahlschrott mit dem metallischen
Tragstück der Elektrode in Berührung kommt.
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Lediglich am Übergang des metallischen Teils zum Graphit-
teil,
daß heißt im Bereich des Gewindestücks,bzw. Nippels, können durch liegenbleibenden
Schrott kleinere Lichtbögen entstehen, wobei hier jedoch durch die leichte Austauschbarkeit
des Nippels bei gleichzeitiger guter Kühlung dieses Problem auf äußerst wirtschaftliche
Weise gelöst ist. Durch einen konisch zulaufenden Ubergangsring aus Graphit oder
Feuerfestmasse kann an dieser Stelle für ein leichtes Abgleiten eventuell herunterfallender
Schrott-Teile gesorgt werden.
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Die Erfindung wird durch zwei Ausführungsbeispiele anhand von 3 Figuren
näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer
flüssigkeitsgekühlten Halterung; Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen-Längsschnitt
des unteren Abschnittes einer ersten Aus führungs form der Erfindung; Fig. 3 eine
der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Die in Fig. 1 dargestellte flüssigkeitsgekühlte Halterung 1 für eine
gestrichelt angedeutete verzehrbare Elektrode 2 eines Lichtbogenofens enthält ein
freiliegendes äußeres Metallrohr 3 mit einem oberen Abschnitt 4 und einem unteren
Abschnitt 5. Der obere Abschnitt 4 weist etwa den gleichen Durchmesser wie die verzehrbare
Elektrode 2 auf und ist in einen Elektrodentragarm eines Lichtbogenofens einspannbar.
Am zur Einspannstelle entgegengesetzten Ende, daß heißt am unteren Ende des unteren
Abschnitts5, trägt das Metallrohr 3 einen Flansch 6 und ein Gewindeteil 7 zum Aufschrauben
der verzehrbaren Elektrode 2. Der Durch messer des im Betriebszustand in den Ofenraum
eintauchenden unteren Abschnittes 5 des Metallrohres 3 ist gegenüber dem Durchmesser
der verzehrbaren Elektrode 2 verringert.
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Hierdurch wird beim Schmelzprozeß eine "Schattenwirkung
erreicht,
das heißt beim Schmelzprozeß bohren die Elektroden so große Löcher in den Schrott,
daß ein ausreichender Zwischenraum zwischen dem unteren Abschnitt 5 des äußeren
Metallrohres 3 und dem das Metallrohr umgebenden Schrott verbleibt, um Berührungen
und Lichtbogenüberschläge mit Schrott-Teilen weitgehend auszuschließen. Um diesen
Effekt zu erreichen genügt bereits eine geringfügige Verringerung des Durchmessers
des unteren Abschnittes 5 des freiliegenden äußeren Metallrohres 3 gegenüber der
verzehrbaren Elektrode 2. Der Übergang vom größeren zum kleineren Durchmesser sollte
stetig erfolgen, damit eventuell herunterfallende Schrott-Teile leicht abgleiten
können. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, den Flansch 6 konisch auszubilden und
an der Übergangsstelle zur verzehrbaren Elektrode 2 einen konisch zulaufenden Übergangsring
8 vorzusehen.
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Der Durchmesser des Flansches 6 und des Gewindestückes 7, das einen
konischen Nippel aufweist, sollte zur Ausnutzung der Schattenwirkung ebenfalls kleiner
als der Durchmesser der Elektrode 2 sein. Die Länge des unteren Abschnittes 5 entspricht
dem Maß, um das das äußere Metallrohr 3 in den Schrott eintauchen kann. Bei einer
praktischen Ausführungsform betrug die Länge des Abschnitts 4 etwa 1,8 m und die
Länge des Abschnittes 5 etwa 1 m. Der Außendurchmesser des Metallrohres 3 entsprach
im oberen Abschnitt 4 dem Außendurchmesser der verwendeten verzehrbaren Elektrode
und betrug 0,5 m, der Außendurchmesser im Abschnitt 5 betrug etwa 0,25 m. Das aus
Stahl bestehende Metallrohr 3 hatte eine Wandstärke von 25 mm.
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Im Abstand vom äußeren Metallrohr 3 ist ein inneres Metallrohr 9 vorgesehen.
Der Hohlraum 10 des inneren Rohres dient als Kühlkanal für die Zufuhr von Kühlwasser
zu dem flüssigkeitsgekühlten Gewindestück 7. Die Rückleitung des Kühlwassers erfolgt
über den Zwischenraum 11 zwischen dem äußeren und dem inneren Metallrohr. Der Hohlraum
10 steht mit einem Anschluß 12 für die Zuleitung und der Zwischen-
raum
11 mit einem Anschluß 13 für die Rückführung des Kühlmediums, in der Regel ist dies
Wasser, in Verbindung.
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An einer oberen Abdeckplatte 14 des äußeren Metallrohres 3 ist ein
Kranhaken 15 befestigt.
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Der Strom für die verzehrbare Elektrode 2 wird in den oberen Abschnitt
4 des äußeren Metallrohres 3 eingeleitet, in dem aus Stahl bestehenden Metallrohr
3 nach unten geleitet und gelangt über den Flansch 6 aus Stahl und das Gewindeteil
7 aus Elektrolytkupfer in die angenippelte Elektrode 2.
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Aus den eingangs genannten Gründen ist das Gewindeteil 7 durch Elektrodenbrüche,
die vorwiegend im Bereich des Gewindeteils 7 auftreten, einer besonderen Belastung
unterworfen. Auch wenn zur Erzeilung der gewünschten Schatten wirkung der Außendur.chmesser
des Flansches 6 und des Gew windeteiles 7 kleiner als der Außendurchmesser der angenippelten
Elektrode 2 gemacht wird, ist das Gewindeteil 7 durch auf der Elektrode 2 liegenbleibendem
Schrott einer zusätzlichen- Beansprucfiung unterworfen. Es besteht deshalb der Wunsch,
das Gewindeteil 7, bzw. den Nippel, leicht austauschbar zu machen, wobei die Forderung
besteht, daß die Weiterleitung des Elektrodenstroms nicht beeinträchtigt wird und
es nicht durch einen hohen Ubergangswiderstand zu einer zusätzlichen Wärmebelastung
im Bereich des Gewindeteils kommt. Wie diese Probleme gelöst werden können, zeigen
die vergrößerten Schnittansichten gemäß den Fig. 2 und 3. Die beiden Fig. unterscheiden
sich im wesentlichen dadurch, daß bei Fig. 2 die Verringerung des Durchmessers des
unteren Abschnittes 5 des äußeren Metallrohres 3 gegenüber dem Durchmesser der Elektrode
2 nicht so groß ist, wie bei dem in Fig. 3 dargestellten Fall, der etwa den Verhältnissen
nach Fig. 1 entspricht.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist am unteren Ende des äußeren Metallrohres 3 und
des inneren Metallrohres 9 der Flansch 6 angeschweißt, der eine Anzahl von inneren
Bohrungen 16 und eine Anzahl von äußeren Bohrungen 17 aufweist. Die Bohrungen 16
liegen verteilt auf einem Kreis und sind mit dem Hohlraum 10 verbunden, die Bohrungen
17 liegen ebenfalls verteilt auf einem Kreis größeren Durchmessers und sind mit
dem Zwischenraum 11 verbunden. Die genannten Bohrungen dienen als Kanäle für die
Zu- und Abfuhr der Kühlflüssigkeit zu dem Gewindeteil 7. Das Gewindeteil 7 wird
durch eine lösbare Verbindung mit hoher axialer Kraft federnd gegen den Flansch
gepreßt.
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Die federnde lösbare Verbindung ist dadurch realisiert, daß ein Schraubenbolzen
18 durch eine mittlere Bohrung 19 im Flansch 6 und durch eine mittlere Bohrung 20
im Gewindeteil 7 geführt ist und die Teile 6 und 7 über ein Federpaket 21 mittels
Muttern zusammengespannt sind. Der Kopf 23 des Schraubenbolzens und das zwischen
den Flansch 7 und diesen Kopf eingefügte Federpaket 21 sind in einer Aussparung
24 des Flansches 6 untergebracht. Das aus einzelnen Tellerfedern aufgebaute Federpaket
ist hierbei so bemessen, daß es selbst bei Belastung durch das Gewicht der Elektrode
2 den gewünschten Anpreßdruck zwischen Flansch 6 und Gewindeteil 7 gewährleistet.
Die Axialverschiebung des Schraubenbolzens nach oben ist durch einen Anschlag 25
begrenzt. Durch einen Steg 26, der in eine Nut des Kopfes 23 des Schraubenbolzens
eingreift wird eine Drehsicherung desselben im eingebauten Zustand erreicht.
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Damit die Muttern 22 und das Ende des Schraubenbolzens 18 geschützt
innerhalb des Gewindeteils 7 untergebracht werden können, weist letzteres an der
freien Stirnseite um die mittlere Bohrung 20 einen Ausschnitt 27 auf. Dieser Ausschnitt
ist durch eine Scheibe 28 aus hitzebeständigem Material abgedeckt, damit die lösbare
Verbindung vor zu
großer Hitzeeinwirkung, insbesondere beim Abbrechen
der Elektrode,geschützt ist. Zur Verbesserung der Kühlung des Schraubenbolzens 18
ist dieser mit einem zentralen Kanal 29 versehen, von dem eine Anzahl von radialen
Kanälen 30 nach außen abzweigt. Das Kühlwasser wird aus dem Hohlraum 10 nicht nur
den inneren Kanälen 16 im Flansch 6, sondern auch dem zentralen Kanal 29 zugeführt,
strömt in diesem nach unten und tritt durch die radialen Kanäle 30 aus.
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An den Austrittsstellen vermischt es sich mit dem über die Kanäle
16 zugeführten Kühlwasser und wird über den Ringkanal 31 und die äußeren Kanäle
17 in den Zwischenraum 11 zurückgeleitet. Hierbei wird nicht nur eine hervorragende
Kühlung der Schraube 18, sondern auch des Gewindeteils 7 erzielt. Durch Dichtungen
32 wird gewährleistet, daß die Kühlflüssigkeit nicht austreten kann.
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Um trotz der Lösbarkeit der Verbindung einen guten Stromübergang zwischen
dem Flansch 6 und dem Gewindeteil 7 zu gewährleisten, ist zwischen diese beiden
Teile eine Schicht 33 aus einer Kupferlegierung eingefügt, die zweckmäßigerweise
auf den äußeren Bereich der Stirnseite des Flansches 6 aufgebracht wird. Im übrigen
ist die Verbindung zwischen dem Flansch 6 und dem Gewindeteil 7 so ausgebildet,
daß das Gewindeteil beim Einsetzen in den Flansch automatisch zentriert wird und
auf das im Ausschnitt 27 vorstehende Ende des Schraubbolzens 18, gegebenenfalls
nach Zwischenfügen einer Beilagscheibe, nur noch die Muttern 22 aufgeschraubt werden
müssen.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 entspricht im wesentlichen der nach
Fig. 2. Der Durchmesser des äußeren Metallrohres 3 gegenüber dem Außendurchmesser
des Flansches 6 und des Gewindeteils 7 und somit auch gegenüber der Elektrode 2
ist hier im Vergleich zur Ausführungsform von Fig. 2 verkleinert und entspricht
etwa den in Fig. 1 darqestellten Verhältnissen. Außerdem ist hier noch ein Schutzring
34
aus feuerfestem Material vorgesehen, um die Verbindungsstelle
zwischen Flansch 6 und Gewindeteil 7 zu schützen.