DE3940848A1 - Verfahren und vorrichtung zum verschliessen des spaltes zwischen elektrode und ofendeckel eines elektro-schmelzofens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschließen des Spaltes zwischen einer Graphit-Elektrode und einer in dem Ofendeckel eines Elektro-Ofens gebildeten Durchgangsöffnung für die Elektrode mittels eines aus feuerfestem Material gebildeten Kühldichtringes sowie auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Beim Herstellen von Stahl nach dem Lichtbogenofenverfahren wird elektrische Energie über Graphit-Elektroden auf das Schmelzgut übertragen. Das zugehörige Ofengefäß ist oben mit einem Deckel verschlossen, der für die Durchführung der Elektroden mit Öffnungen ausgebildet ist, die aus Betriebssicherheitsgründen größer als die Elektroden sind. Durch diese Spalte tritt jedoch während des Schmelzprozesses heißes Gas aus, welches den oberen Aufbau des Ofens verschmutzt und beschädigt und darüber hinaus die Ofenhalle mit Staub belastet. Außerdem tritt eine örtliche Erhitzung der Graphit-Elektroden auf, wodurch zusätzliche Seitenabbrandverluste entstehen.

Um diesen mit dem eigentlichen Schmelzverfahren nicht zusammenhängenden Verlust zu minimieren, wurden sog. gecoatete Elektroden eingesetzt, bei welchen der Graphit an der Oberfläche durch eine Auflage von Aluminium-Tonerde- Zusammensetzungen bzw. Borsäure mit Feuerfestkomponenten geschützt wurde. Diese Beschichtungsverfahren sind jedoch heute zu unwirtschaftlich.

Es ist auch bekannt, die Graphitoberflächen oberhalb der Durchführung durch den Deckel in das Innere des Elektro- Schmelzofens mit Wasser zu besprühen. Dadurch kann eine gewisse Kühlwirkung erzeugt werden, die einerseits auf die Temperaturerhöhung des Wassers und teilweise auf die Verdampfungswärme des Wassers zurückzuführen ist. Allerdings findet diese Kühlwirkung oberhalb des Durchganges bzw. der Abdichtungsstelle statt, ohne daß eine besondere Wirkung im Abdichtungsbereich hinsichtlich der Kühlung oder Abdichtung eintritt.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art (europäische Patentveröffentlichung 00 80 335) wird Gas in im wesentlichen tangentialer Richtung in eine ring- und spiralförmige zur Elektrode hin offene Kammer eingegeben. Die hierdurch erreichte Kühlwirkung ist jedoch genauso wie die Dichtwirkung der bekannten Vorrichtung über den Umfang unterschiedlich stark, so daß es örtlich zu ungenügender Abdichtung und höherem Abbrand der Elektroden kommt.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art (US-PS 36 97 660) sind zwei Verteilerhalbringe vorgesehen, so daß sie die Elektrode mit Abstand umgeben. Jeder der Verteilerhalbringe ist radial innen mit einer Vielzahl gleichmäßig verteilter Öffnungen ausgestaltet, durch welche in den Verteilerhalbring eingeleitetes Inertgas austritt. Zu beiden Seiten der Auslaßöffnungen befinden sich radial-tangential verlaufende Flügel, um eine um die Oberfläche der Elektrode streichende Gasströmung zu erzeugen. Auf diese Weise kann eine Vergleichmäßigung der Kühl- und Dichtwirkung erzielt werden, aufgrund der gewählten Anströmung der Gase ist jedoch keine optimale Kühl- und Dichtwirkung zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß einerseits eine über den Umfang gleichmäßig verteilte Dichtwirkung erreicht wird, andererseits aber auch eine optimale Kühlung der Oberfläche der Elektrode ermöglicht.

Erreicht wird dies durch die in dem Kennzeichen der Ansprüche angegebenen Merkmale.

Für die Erfindung wesentlich ist die gemischte tangential­ radial-axiale Anströmung der Gase auf die Oberfläche der Elektrode, der Vektor des die Oberfläche anströmendes Gas- Fluid-Gemisches hat Komponenten ungleich Null in allen drei Zylinderkoordinaten. Hierdurch wird zunächst einmal erreicht, daß die kühlenden Gase auf die heiße Oberfläche gelangen, diese durch Eigenerwärmung kühlen und die erwärmten Gase den Spalt verschließen und damit ein Austreten der Ofengase verhindern.

Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch noch ein anderer Effekt von besonderer Bedeutung, insbesondere ein endothermer Effekt. Dadurch, daß ein Gas-Fluid-Gemisch verwendet wird, das eine bestimmte Zusammensetzung hat, kann nämlich erreicht werden, daß dieses Gemisch bzw. die Fluidkomponente im Bereich der Abdichtstelle verdampft. Für diesen Verdampfungsvorgang ist eine bestimmte Energie erforderlich, die aus der Umgebung genommen wird, was bedeutet, daß die Elektrode im Dichtungsbereich außerordentlich stark abgekühlt wird. Durch den Übergang des flüssigen Bestandteiles des Gemisches in die Gasform tritt auch eine erhöhte Dichtwirkung auf, so daß man im Dichtbereich von einer Art Dichtring aus gasförmigem Material sprechen kann. Diese beiden Wirkungen treten nur bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung auf, so daß man in diesem Zusammenhang zu Recht von einem Kühldichtring sprechen kann, wohingegen beim Stand der Technik lediglich Dichtringe mit einer gewissen Kühlung vorhanden waren.

Es liegt noch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine ganz bestimmte Zusammensetzung des Gas-Fluid-Gemisches zu wählen. Verwendet man nämlich beispielsweise ein Öl, so gelangt dies über die Strömung des Gases auf die Graphitoberfläche der Elektrode. Aufgrund der herrschenden Temperaturen crackt das Öl, und die für diesen Vorgang notwendige Energie wird wiederum der Umgebung der Dichtstelle entnommen, was zu einer zusätzlichen Kühlwirkung führt. Als Resultat dieses Crackvorganges entsteht an der Oberfläche der Graphitelektrode ein Überzug aus Graphit oder Petrolkoks, und dieser Überzug ist weiterhin ein Schutz der Elektrode und sorgt für einen in Umfangsrichtung gleichmäßigen Abbrand der Elektrode.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem Gas- Fluid-Gemisch eine solche Zusammensetzung aus einzelnen Gasen, Flüssigkeiten, Pulverteilchen, aber auch Mischungen (auch in Form von Emulsionen oder Dispersionen) verstanden, die sowohl den Effekt der Temperaturherabsetzung durch Änderungen des Aggregatzustandes (Verdampfung, Crackung, sonstige Zustandsänderungen) als auch eine Beschichtung der Oberfläche der Elektrode und eine Verminderung der Spaltbreite bewirkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit den einzelnen Zuführleitungen für das Gas-Fluid-Gemisch.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine der Zuführleitungen.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Elektrode 10, einen die Elektrode umgebenden Spalt 11 sowie einen Kühldichtring 15. In dem Kühldichtring 15 befindet sich eine Mehrzahl (in der Figur sind acht von ihnen gezeigt) von schrägverlaufenden Bohrungen 1, die sich über eine Öffnung 13 in den Spalt 11 öffnen und als Zuführleitungen dienen. Die Leitung 1 wird über eine Ringleitung 12 versorgt, die sich entweder im Kühldichtring 15 oder aber außen an diesem Kühldichtring befindet und ihrerseits über einen Zufuhranschluß 20 mit einem Gas-Fluid-Gemisch gespeist wird.

Die Fig. 2 läßt den leicht axialen Anstieg der einzelnen Leitungen 1 erkennen.

Zu den Einlaßmedien im Sinne der vorliegenden Erfindung gehören Gase wie Luft, Wasserdampf, Erdgas, Koksgas, Stickstoff, Kohlenmon- und Kohlendixoid oder dergl., aber auch flüssige Medien, wie Wasser, Öle, Fette, Teere, hochflüchtige Kohlen (Lignite, Gasflammkohlen), Alkohol oder dergl. Gemäß der Erfindung werden vor allem solche Flüssigkeiten herangezogen, die so zusammengesetzt sind, daß sie beim Eintritt in den Spalt bzw. bei der Berührung der Elektrodenoberfläche diesem Bereich zusätzliche Wärme durch Verdampfung entziehen, so daß eine verstärkte Kühlung eintritt.

Der Dichtkühlring kann außen mit einer Art Blechmantel versehen sein, der sowohl zylindrisch als auch profiliert sein kann, wobei zum Beispiel eine konkave Öffnung des Profils gleichzeitig als Zentralversorgungskanal dienen kann.

Claims (2)

1. Verfahren zum Verschließen des Spaltes zwischen einer Graphit-Elektrode und einer in dem Ofendeckel eines Elektro- Ofens gebildeten Durchgangsöffnung für die Elektrode mittels eines aus feuerfestem Material gebildeten Kühldichtringes, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spalt über eine Mehrzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten radial innen in tangential-radialer Ricntung mit geringer axialer Komponente zur Spitze der Elektrode hin ausgerichteten Leitungen im Kühldichtring ein der Abdichtung dienendes Gas-Fluid-Gemisch zugeführt wird, dessen Fluid dem Innenbereich des Kühldichtringes durch endotherme Vorgänge, durch Verdampfung und/oder durch Vercracken zu Graphit bzw. Petrolkoks an der Oberfläche der Elektrode zusätzlich auch Wärme entzieht.

2. Vorrichtung zum Verschließen des Spaltes zwischen einer Graphitelektrode und einer in dem Ofendeckel eines Elektro- Ofens gebildeten Durchgangsöffnung für die Elektrode mittels eines aus feuerfestem Material gebildeten Kühldichtringes, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühldichtring eine Mehrzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Leitungen oder Kanälen (1) ausgebildet ist, die mit einer am oder im Kühldichtring ausgebildeten Ringleitung (12) verbunden sind und am Kühldichtring, radial innen in tangential-radialer Richtung mit geringer axialer Komponente zur Spitze der Elektrode hin ausgerichtet sind und dort vorzugsweise mit einer runden, ovalen, eckigen Öffnung (13) ausgebildet oder bevorzugterweise mit einer Düse bestückt sind und daß der Kühldichtring mit einem Zuführanschluß (20) für ein Gas- Fluid-Gemisch ausgestattet ist.