DE3347069A1

DE3347069A1 - Elektrode fuer lichtbogenoefen

Info

Publication number: DE3347069A1
Application number: DE19833347069
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.rer.nat. 8859 Ehekirchen Kraus; Erhard Dr.Rer.Nat. 8901 Meitingen Wege
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1983-12-24
Filing date: 1983-12-24
Publication date: 1985-07-04

Description

SIGRI ELEKTROGRAPHIT GMBH Meitingen, den 23. OEZ. f983

Elektrode für Lichtbogenofen

Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrode für Lichtbogenöfen mit einem aus einem metallischen. Werkstoff bestehenden gekühlten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt aus Graphit.

Graphitelektroden, die in Lichtbogenofen zur Erzeugung von Elektrostahl verwendet werden, verbrauchen sich beim Betrieb dieser Öfen durch Verdampfen des Kohlenstoffs an der Elektrodenspitze. Die Länge des Lichtbogens hält man durch eine mit dem Spitzenabbrand synchrone Absenkung der Elektrode konstant und ersetzt den Verlust periodisch durch neue Elektrodenabschnitte, die am Kopf der Elektrode aufgeschraubt werden. Überwiegend verwendet man Elektrodenabschnitte, in deren Endflächen Schraubgewinde eingelassen sind und verschraubt die Elektrodenabschnitte mit Schraubnippeln. Eine zweite Verlustquelle ist der Mantel- oder Seitenabbrand, der vor allem durch Reaktionen des Luftsauerstoffs mit dem Kohlenstoff der Elektrode bedingt wird und im Mittel etwa 40 % des Elektrodenverbrauchs ausmacht. Da der Verlust der Größe der Mantelfläche der zylindrischen Elektrode proportional ist, kann durch Verkleinerung der Mantelfläche der Abbrand verringert werden. Man ersetzt zu diesem Zweck einige der Graphitabschnitte durch einen Hohlzylinder oder eine Rohrkonstruktion aus einem metallischen Werkstoff, der von Luftsauerstoff nicht oder nur gering-

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fügig angegriffen wird und während des Ofenbetriebs durch Kühlung auf Temperaturen gehalten werden kann, die seine Funktionsfähigkeit nicht einschränkt (z.B. DE-PS 271 654). Die durch Verringerung des Mantelabbrands erzielte Einsparung beim Elektrodenverbrauch wird nach den praktischen Erfahrungen mit der gekühlten Elektrode durch den Anstieg der durch Brüche des unteren Elektrodenabschnitts bedingten Verluste wenigstens zum Teil aufgezehrt.
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Häufigste Bruchursachen sind durch Temperaturdifferenzen innerhalb der Graphitelektrode induzierte Tangential- und Axialspannungen, die durch stoffliche Unterschiede zwischen dem einzelnen Elektrodenabschnitt und den mit den Abschnitten im Eingriff stehenden Nippel noch verstärkt werden können. Es ist bekannt, die Größe dieser mechanischen Spannungen durch bessere Stoffeigenschaften zu senken, beispielsweise durch Verringerung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten und Erhöhung der Leistungseigenschäften der Elektrode. Man verwendet zu diesem Zweck besondere Kokssorten, wie z.B. Nadelkokse, zur Herstellung der Elektrode (z.B. DE-PS 26 35 451). Die Steigerung des Elektrodendurchmessers und der elektrischen Belastung der Elektrode lassen jedoch nur noch wenig Raum, die Bruchrate durch Anpassung der Elektrodenqualität wesentlich zu senken. Andere Vorschläge zur Verminderung der Bruchverluste von Elektroden haben eine Begrenzung der sich in der Elektrode aufbauenden mechanischen Spannungen durch konstruktive Maßnahmen zum Ziel. Durch die US-PS 1 058 ist es beispielsweise bekannt, Kohlenstoffelektroden zur Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit mit einer longitudinalen Bohrung und einem radialen, sich von der Mantelfläche bis zur Bohrung erstreckenden Schlitz zu versehen. Graphitelektrodenabschnitte mit mehreren radialen 5 Schlitzen über einen Teil des Elektrodendurchmessers sind durch die US-PS 2 603 66 9 bekannt, die Schlitzung der

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Schraubnippel durch die US-PS 2 527 294. Dor Spannungsabbau durch derartige Schlitze gelingt ohne übermäßige Schwächung der Elektrodenfestigkeit nur dann, wenn Zahl und Form der Entlastungsschlitze und -Bohrungen mit der tatsächlichen Spannungsverteilung in der Elektrode korrespondieren, d.h., die für nichtgekühlten Graphitelektroden bekanntgewordenen Lösungen eignen sich nicht für den Graphitteil einer wassergekühlten Elektrode. Der Spannungsaufbau in der wassergekühlten Elektrode wird durch den Anstieg der Temperatur im Graphitabschnitt der Elektrode von etwa 100 ⁰C auf 2400 °C über ein Länge von nur ca. 40 cm wesentlich verschärft. In diesem Bereich des Graphitabschnitts werden Axialspannungen erreicht, die etwa doppelt so hoch sind wie in einer.durchgehenden Graphitelektrode und deren Größenordnung von der Festigkeit des Elektrodengraphits nicht verschieden ist, so daß schon kleinere unvermeidbare qualitative Mangel des Elektrodengraphits oder Schwankungen im Betrieb des Lichtbogenofens zum Bruch des Elektrodenabschnitts führen, wodurch nicht nur der Graphitelektrodenverbrauch erhöht, sondern auch die Produktivität des Lichtbogenofens vermindert wird.

Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde, bei wassergekühlten Elektroden, die vor allem im oberen Teil des Graphitabschnitts auftretenden Brüche dieses Abschnitts zu verhindern oder wenigstens die Bruchhäufigkeit derart zu senken, daß ein befriedigender Betrieb des Lichtbogenofens möglich ist.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem zylindrischen Graphitabschnitt, dessen Mantelfläche durch Rippen vergrößert ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Temperaturgradient im Graphitabschnitt der Elektrode unterhalb des wassergekühlten Abschnitts durch die Kühlung der Elektrodenoberfläche gesenkt v/erden kann, deren Wirksam-

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samkeit von der Verbindungsstelle der Abschnitte zur Elektrodenspitze abnimmt. Eine wirksame Kühlung wird erfindungsgemäß durch die Vergrößerung der Mantelfläche des Graphitabschnitts erreicht. Die durch Strahlung und Konvektion abgegebene Energie ist der Größe der Mantelfläche proportional, wobei die Abgabeleistung direkt unterhalb der Verbindungsstelle am größten ist und zur Elektrodenspitze wegen der Angleichung von Elektrodentemperatur und Ofentemperatur abnimmt.

Die für wassergekühlte Elektroden verwendeten Graphitabschnitte bedürfen in der Regel keiner besonderen Bearbeitung der Mantelfläche, da der elektrische Strom der Elektrode über am gekühlten Metallabschnitt anliegende Kontaktbacken zugeführt wird. Da aus diesem Grund bis zu einem gewissen Grad Maß- und Formabweichungen toleriert werden können, stellt man die gerippte Mantelfläche zweckmäßig beim Formen der Elektrodenabschnitte her, z.B. durch die Verwendung von mit Rippen versehenen Mundstücken beim Strangpressen. Die Formlinge werden dann wie üblich durch Erhitzen in einer inerten Atmosphäre carbonisiert und graphitiert. Zahl und Höhe der Rippen können bei diesem Verfahren fast beliebig verändert und den Bedingungen im Lichtbogenofen angepaßt werden. Vorteilhaft sind besonders Rippen, deren Höhe 2 bis 10 % des Elektrodendurchmessers beträgt. Unter den Bedingungen des Lichtbogenofens sind derartige Rippen mechanisch stabil und haben einen günstigen für die Energieabgabe nutzbaren realen Oberflächenzuwachs.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Graphitabschnitt zur Aufnahme von Graphitleisten geschlitzt. Vorteilhaft gehen dabei die Schlitze von der beim Betrieb der Elektrode unter Druckspannungen stehenden inneren Zone aus und tragen damit direkt zur Entlastung der unter Zugspannung stehenden Randzonc des Graphitabschnitts bei, ohne daß schädliche Kerbspannungen entstehen. Im allgemeinen

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betragen die Schlitztiefen 1/6 bis 1/8 des Elektrodendur chmessers. Bei axial verlaufenden Schlitzen enthält jeder Quadrant wenigstens einen Schlitz, dessen Breite zweckmäßig 10 bis 20 mm beträgt. In die Schlitze sind Graphitleisten eingelassen und durch Keile, carbonisierbare Kittmasse, Splinte und dgl. in an sich bekannter Weise verankert. Die Leisten ragen rippenförmig aus der Mantelfläche; die Höhe des freien Abschnitts sollte wenigstens 20 mm betragen. Für horizontal verlaufende Schlitze werden kreisringförmige Segmente als Leisten verwendet und wie oben beschrieben verankert, die allerdings wegen übermäßiger Schwächung des Elektrodenquerschnitts nicht bis zum Druckspannungsgebiet ausgedehnt werden können. Die "Kühlleistung der Rippen läßt sich einfach durch Änderung der freien Höhe der Leisten und ihrer Zahl den Betriebsbedingungen des Lichtbogenofens anpassen.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen -

Fig. 1 - den Querschnitt eines stranggepreßten Graphitabschnitts;

Fig. 2 - den Querschnitt eines geschlitzten

Graphitabschnitts mit axial verlaufenden Graphitleisten;

Fig. 3 - einen Graphitabschnitt mit horizontalen Leisten.

Der Graphitabschnitt 1 in Fig. 1 ist mit Rippen 2 versehen, die beim Strangpressen des Abschnitts geformt wurden. Der Graphitabschnitt 1 in Fig. 2 ist mit axial verlaufenden Schlitzen 3 versehen, in welche Graphitleisten 4 eingelassen sind. Die Befestigung der Leisten ist zeichnerisch nicht dargestellt. Horizontal verlaufende Graphitleisten 5 weist der Graphitabschnitt 1 in Fig. 3 auf.

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Claims

33Ä7069 83/18 Patentansprüche:

1. Elektrode für Lichtbogenofen mit einem aus einem metallischen Werkstoff bestehenden gekühlten Abschnitt und

einem zylindrischen zweiten Abschnitt aus Graphit, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche des Graphitabschnitts durch Rippen vergrößert ist.
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2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitabschnitt mit bei seiner Herstellung eingepreßten axial verlaufenden Rippen versehen, ist.

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3. Elektrode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Rippen 2 bis 10 % des Elektrodendurchmessers beträgt.

4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenabschnitt geschlitzt ist und aus der Mantelflache ragende Graphitleisten in die Schlitze eingelassen sind.

5. Elektrode nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden Quadranten wenigstens eine Graphitleiste eingelassen ist.

6. Elektrode nach Anspruch 1 und 4 bis 5, dadurch g e kennzeichnet, daß die Graphitleisten axial verlaufen.

7. Elektrode nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitleisten horizontal verlaufen

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8. Elektrode nach Anspruch 1 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschlitze von der im Lichtbogenofenbetrieb mit Druckspannungen beaufschlagten Zone des Graphitabschnitts ausgehen.

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