DE3433053A1 - Elektrodenschutz - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Lichtbogenöfen, insbesondere mit Schrotteinsatz be-triebene Lichtbogenöfen, bestehend aus einem die Elektrodenspitze bildenden Verschleißteil, einem in eine Elektrodenhalterung einsetzbaren oberen Teil und einem mit dem oberen innig verbundenen und dem unteren lösbar angesetzten, als doppe!wandiger Hohlzylinder ausgebildeten mittleren Teil, der von einer Flüssigkeit durchströmt wird, wobei über den von einer Feuerfestmasse überdeckten Hohl zylinder ein elektrischer Strom leitbar ist.

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Die Elektroden eines Lichtbogenofens sind beim Einschmelzen von Schrott extrem hohen Belastungen ausgesetzt. Neben den hohen Temperaturen und der aggressiven Ofenatmosphäre, die innerhalb des Ofens herrschen, treten Beschädigungen durch sperrige und schwere Schrotteile auf. Diese Teile durchschlagen die feuerfeste Schutzschicht, und es kommt zu Lichtbogenüberschlägen zwischen dem den elektrischen Strom führenden metallischen Rohr der Elektrode und dem metallischen Einsatz des Ofens. Dabei kann das äußere Rohr des Elektrodenhohl Zylinders so stark beschädigt werden, daß Wasser des Elektrodenkühl systems austritt. Die Folge hiervon 1st ein sofortiger Stopp des Ofens, da es zu Verpuffungen im Ofengefäß kommen kann.

Aus der DE-OS 27 25 537 ist eine Elektrode für Lichtbogenöfen bekannt, bei der an der dem Ofenraum zugewandten Außenseite des Leitungssystems thermisch leitende Vorsprünge vorgesehen sind, die von einer Feuerfestmasse überdeckt werden.

Diese Ausführung hat den Nachteil, daß nach einer örtlichen Zerstörung oder nach Abtragung des Schutzmantels durch üblichen Verschleiß, die Elektrode entweder vor Ort instandgesetzt oder vollständig gewechselt werden muß. In beiden Fällen sind längere Produktionsstillstandzeiten die Folge.

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Ein weiterer Nachteil der aus der DE-OS 27 25 537 bekannten Ausführung sind die direkt auf dem stromführenden Leitungssystem befestigten Vorsprünge. Bei einem Kontakt zwischen Schrotteilen und Vorsprüngen wird es zu einem Lichtbogenüberschlag mit der Folge der Zerstörung der Elektrodenoberfläche kommen, auch wenn vorzugsweise die Vorsprünge im Querschnitt so ausgebildet sind, daß sie beim Durchtritt eines Fehlerstroms bei einer Beschädigung der die Vorsprünge überdeckenden Feuerfestschicht leicht durchschmelzen sollen und damit der fehlerhafte Strom unterbrochen werden soll. Hinzu tritt, daß eine Feuerfestmasse zur Oberdeckung der stiftförmigen Vorsprünge eingesetzt wird. Diese Feuerfestmasse enthält üblicherweise Binder, der den extrem hohen Temperaturen des Ofenraumes nur zum Teil standhält. Die Vorsprünge sind durch ihre stiftartige Form nicht ausreichend imstande, den sich auflösenden Verbund der Feuerfestmasse dauerhaft zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Elektroden von Lichtbogenöfen einen Schutz zu schaffen, der die Standzeit und die Zuverlässigkeit des wassergekühlten metallischen Teils der Elektrode erhöht und erforderliche Instandsetzungsarbeiten in die Produktion kaum behindernder Zeit ermöglicht. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 24.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrode ist um das äußere Rohr des mittleren Teils eine einschalige metallische Hülse konzentrisch angeordnet ist. Die Außenwand der Hülse ist von Feuerfestmaterial überdeckt. Die Hülse wird entweder fest auf den Hohl zylinder gepreßt oder zwischen dem äußeren Rohr der Elektrode und der Hülse befinden sich wärmeleitfähige Elemente und/oder Medien, die den Mantel und damit die Feuerfestmasse ausreichend kühlen. Um die Wärmeleitfähigkeit der metallischen Hülse zu erhöhen, kann die Hülse auch in der Art eines Wärmerohres ausgebildet sein.

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Die Hülse ist mit Abstand zur Elektrode angeordnet und läßt sich daher leicht demontieren. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Hülse geschlitzt oder konisch ausgeführt und lehnt sich entweder direkt oder unter Verwendung eines Minimums an wärmeleitenden Massen bzw. Medien an die Elektrode an. Die fertigen, mit einer Feuerfestummantelung versehenen Hülsen können außerhalb des Ofens fachgerecht vorbereitet werden. Hierzu zahlt insbesondere die Vorbereitung der Feuerfestmasse und deren Trocknung in einem Wärmeofen.

Bei einer Zerstörung des Feuerfestmantels oder bei normalem Verschleiß wird der Schutzmantel durch einfaches Oberstreifen über die Elektrode montiert. Dies ist in so kurzer Zeit möglich, daß es ggf. während der Stillstandzeit der Elektrode beim Chargieren des Ofens durchgeführt werden kann.

über die an der Hülse befestigten Stifte sind hochtemperaturbeständige feuerfeste Hütchen befestigt, die durch ihre zur Außenseite sich konisch vergrößernde Form der Feuerfestmasse einen sicheren Halt bieten. Der Halt der Feuerfestmasse wird verstärkt durch die 1m feuerfesten Verbund eingelagerten Häcksel aus wärmebeständigem Stahl. Die metallischen Häcksel bewirken außerdem eine höhere mechanische Festigkeit des feuerfesten Verbundes.

Zwischen der metallischen Hülse und dem Rohr der stromführenden Elektrode kann in vorteilhafter Weise eine elektrisch nicht leitende Schicht angeordnet sein. Diese etwa 0,5 mm dicke Schicht besteht aus Metall oxiden wie Si02 Al 203 oder Zr 02 oder deren Mischungen. Die elektrisch nicht leitende Schicht kann an der Innenseite der Hülse oder an der Außenseite des metallischen Elektrodenrohres angeordnet sein. Sollte es zu einer Berührung zwischen einem Schrottstück und einem Stift kommen, so wird es nicht (in ungünstigen Fällen zu einem schwachen) Lichtbogenüberschlag kommen.

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Um eine überhitzung des Feuerfestmaterials, das die Hülse überdeckt, zu vermeiden, befinden sich in dem Raum zwischen der Hülse und der Elektrode wärme!eitfähige Elemente oder Medien oder eine Kombination von beiden.

Als Elemente werden erfindungsgemäß C-förmige Kupferlamellen eingesetzt, die sich flächig mit einem Schenkel auf der Innenwand der Hülse und mit dem anderen Schenkel auf der Außenwand der Elektrode abstützen. Die Kupfer!amellen sind leicht demontierbar und haben dazu den Vorteil, daß sie die Hülse zum Elektrodenrohr zentrieren. Zur Verstärkung der Wärmeabfuhr kann gleichzeitig Druckluft oder Stickstoff eingesetzt werden.

Zur Wärmeübertragung können auch feste, pastenförmige oder flüssige Medien eingesetzt werden. Erfindungsgemäß wird beispielsweise beim Einsatz eines pastenform!gen Mediums bei der Montage über Eintrittsöffnungen im oberen Bereich der Hülse ein Gemisch aus öl und Graphit so lange in den Hohlraum zwischen Elektrode und Hülse gepreßt, bis aus der Austrittsöffnung eine Paste austritt. Die Paste besitzt eine ausreichende Elastizität, so daß sie, auch bei einer stärkeren Durchmessererweiterung der Hülse (bedingt durch die stärkere Erwärmung) in Kontakt mit den Wänden der Hülse und des Elektrodenrohres bleibt. Als feste Medien können Salze zum Einsatz kommen, die bedingt durch die an der Hülse auftretenden Temperaturen in die flüssige Phase treten und so in vorteilhafter Weise den Wärmetransport zur wassergekühlten Metallelektrode bewirken.

Die Hülse kann auch durch Horizontal schnitt in verschiedene Zonen aufgeteilt werden, die entsprechend ihrem Verschleiß gewechselt werden können. Die einzelnen Hülsensegmente können wiederum als Halbschalen ausgebildet sein, die über formschlüssige Verbindungselemente miteinander horizontal verkrallt sind.

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Unterhalb der Hülse ist ein Keramikring vorgesehen, der am Elektrodenrohr befestigt wird. Der Keramikring zentriert mit einer Schulter die Hülse. Der Außendurchmesser des Ringes hat die gleiche Größe wie der des Feuerfestmaterials und möglichst auch wie der des unteren Teils der Elektrode, der die Graphitspitze beinhaltet. Durch eine hohe Temperaturbeständigkeit verhindert der Ring einen starken Verschleiß im übergang zwischen der Feuerfestmasse und der Graphitelektrode.

Beim Wechsel der mit Feuerfestmasse überdeckten Hülse ist dieser Ring von der Elektrode zu lösen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Elektrode, Fig. 2 ein Detail der Ansicht A-A mit Lamellen,

Fig. 3 ein Detail der Ansicht A-A mit schwalbenschwanzförmigen Befestigungselementen.

Die Fig. 1 zeigt die Elektrode 1 mit dem oberen Teil 11 und dem unteren Teil 12 sowie dem mittleren Teil 2. Der mittlere Teil 2 besteht aus einem doppelwand!gen Hohlzylinder mit der inneren Wandung 21 und der äußeren Wandung 22. Konzentrisch zum Hohlzylinder 2 ist die einschal ige Hülse 3 angeordnet. An der Außenwand der Hülse 3 sind Stifte 31 befestigt, die von Hütchen 41 überdeckt sind. Der Raum zwischen den Hütchen 41 und der Außenwand der Hülse 3 ist mit der Feuerfestmasse 4 ausgefüllt. In die Feuerfestmasse 4 sind Häcksel 42 aus hitzebeständigem Stahl eingelagert. Im oberen Bereich der Hülse 3 sind Zuführeinrichtungen 8 für das Medium vorgesehen. An der Innenwand der Hülse 3 ist die

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den elektrischen Strom isolierende Schicht 9 aufgebracht. Zwischen der Unterkante der Hülse 3 und dem Verschleißteil 12 der Elektrode ist ein mittels der Ringhaltevorrichtung 72 befestigter Ring 7 vorgesehen. Der Ring 7, der die gleiche Größe besitzt wie der Außendurchmesser der Feuerfestmasse 4, weist auf der zur Elektrodenhalterung gerichteten Seite eine nach außen weisende Schulter 71 auf, die die Hülse 3 zentriert.

Die Fig. 2 zeigt im Schnitt A-A der Fig. 1 einen Ausschnitt der wassergekühlten Hülse 3 und des Hohlzylinders 2. Zwischen dem äußeren Rohr 22 des Hohl Zylinders 2 und der Hülse 3 sind wärmeleitende Elemente 5 angeordnet. Diese Elemente haben eine U-förmige Gestalt und lehnen sich mit dem einen Schenkel die Außenwand des Rohres 22, mit dem anderen Schenkel an die Innenwand der Hülse 3. Durch die von den U-förmigen Lamellen 5, dem Rohr 22 und der Hülse 3 gebildeten Kanäle kann zum Zweck der Kühlung der Hülse ein Medium geführt werden.

Die Fig. 3 zeigt im Detail der Ansicht A-A der Fig. 1 schwalbenschwanzförmige Befestigungselemente 51, die als Leisten an der Rohrwand 22 befestigt sind und über Schraubelemente die Hülse 3 an die Elektrode knirsch anpressen. Die Hülse 3 weist mindestens einen Schlitz 32 auf, der sich als Spalt 43 im Feuerfestmaterial 4 fortsetzt. Der Spalt 43 besitzt zum Schutz des äußeren Rohres 22 gegen Strahlungswärme einen Versatz 44. Der parallel zur Hülse 3 angeordnet ist. Der überwiegende Teil der Innenwand der Hülse 3 liegt knirsch an der Außenwand des Rohres 22 an.

Claims (24)

Mannesmann Aktiengesellschaft 27. August 1984 Mannesmannufer 2 23267 - Kg /Un. Düsseldorf Elektrodenschutz Patentansprüche

1. Elektrode für Lichtbogenofen, insbesondere mit Schrotteinsatz betriebene Lichtbogenofen, bestehend aus einem die Elektrodenspitze bildenden Verschleißteil, einem in eine Elektrodenhalterung einsetzbaren oberen Teil und einem mit dem oberen innig verbundenen und dem unteren lösbar angesetzten, als doppelwand!ger Hohlzylinder ausgebildeten mittleren Teil, der von einer Flüssigkeit durchströmt wird, wobei über den von einer Feuerfestmasse überdeckten Hohl zylinder ein elektrischer Strom leitbar ist, dadurch gekennzeichnet,

daß eine zum Hohlzylinder (2) konzentrische Hülse (3) auswechselbar angeordnet ist, daß die Hülse (3) mit dem Hohl zylinder (2) in wärmeübertragender Verbindung steht und daß an der Außenwand der Hülse (3) von Feuerfestmaterial (4) überdeckte, thermisch leitende Stifte (31) befestigt sind.

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2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) aus Metall ist, z.B. Kupfer.

3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) einen Veränderungen des Durchmessers ermöglichenden Schlitz (32) aufweist.

4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (32) eine gerade oder schraubenförmige Profil linie besitzt.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuerfestmasse (4) der ProfilIinie des Schlitzes (32) folgend einen Spalt (43) besitzt, der parallel zur Hülse (3)

einen Versatz (44) aufweist» 20

6. Elektrode nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand der Hülse (3) und an der Außenwand des Hohlzylinders (2) Befestigungselemente (51) vorgesehen sind, die die Hülse (3) an den Hohl zylinder knirsch pressen.

7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (51) auf auf der Außenwand der Hohlzylinder (2) in Form einer Schwalbenschwanzführung ausgebildet sind.

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8. Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) den Hohlzylinder (2) im Abstand umgibt und daß die Hülse (3) und der Hohlzylinder (2) über wärmeleitende EIemente (5) und/oder Medien (6) in Verbindung stehen.

9. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (5) sich kraftschlüssig an den Wänden abstützend zwischen der Hülse (3) und dem äußeren Rohr (22) angeordnet sind, z.B. in Form von Lamellen (52).

10. Elektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (5) aus wärmeleitfähigem Metall sind, insbesondere Kupfer.

11. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Außenwand der Hülse (3) befestigten Stifte (31) von ff-Hütchen (41) überdeckt sind.

12. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ff-Hütchen (41) aus Metalloxiden bestehen, z.B. A1203.

13. Elektrode nach den Ansprüchen 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der zwischen den ff-Hütchen (41) angeordneten Feuerfestmasse (4) Häcksel (42) aus hitzebeständigem Stahl eingelagert sind, z.B. Werkstoff 1.4301.

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14. Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem Hohl zylinder (2) und der Hülse (3) eine den elektrischen Strom isolierende Schicht (9) aufgebracht ist. 5

15. Elektrode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schicht (9) an der Innenwand der Hülse (3) oder an der Außenwand des Hohl Zylinders (2) aufgebracht ist. 10

16. Elektrode nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

daß die isolierende Schicht (9) aus Metall oxiden besteht, z.B. SiO2.
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17. Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß im oberen Bereich der Hülse (3) Ein- und Austrittsöffnungen (8) für das Medium (.6) vorgesehen sind. 20

18. Elektrode nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (G) eine Konsistenz aufweist, die bei Lageänderung der Begrenzungswände der Hülse (3) und des Hohlzylinders (2) den Kontakt zwischen den Wänden aufrechterhält.

19. Elektrode nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

daß das Medium (6) pastenförmig ist, z.B. ein Graphit-Öl-Gemisch. 30

20. Elektrode nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (G) ein Salz ist, z.B. Natrium.

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21. Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen der Unterkante der Hülse (3) und dem Verschleißteil (12) der Elektrode ein an dem Hohl zylinder befestigter Ring (7) vorgesehen ist.

22. Elektrode nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Außendurchmesser des Ringes (7) die gleiche Größe besitzt wie der Außendurchmesser der Feuerfestmasse (4).

23. Elektrode nach den Ansprüchen 21 und 22, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ring (7) auf der zur Elektrodenhalterung gerichteten Seite eine nach außen weisende Schulter (71) besitzt, die die Hülse (3) zentriert.

24. Elektrode nach den Ansprüchen 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ring (7) aus Feuerfestmaterial besteht, insbesondere Keramik.