DE4136823A1 - Kohlenstoffelektrode fuer lichtbogenoefen und verfahren zum herstellen einer solchen kohlenstoffelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kohlenstoffelektrode für Lichtbogenöfen, insbesondere Graphitelektrode zur Stahlerzeugung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer Kohlenstoff­ elektrode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Kohlenstoffelektroden und insbesondere Graphitelektroden werden beispielsweise in elektrischen Lichtbogen­ öfen zur Stahlerzeugung verwendet. Sie sind häufig beschichtet, um den oxidativen Verbrauch der Elektroden zu verringern. Durch einen Teil ihrer Mantelfläche um­ schließende Kontaktbacken sind die Elektroden festgehalten.

Aus der DE-C2-30 28 348 ist eine Kohlenstoffelektrode der eingangs erwähnten Art bekannt. Um ein Ankleben oder Verschmelzen der Elektrodenoberfläche mit den Kontakt­ backen zu vermeiden, ist die bekannte Kohlenstoff­ elektrode so ausgebildet, daß auf die eine erste Schutz­ schicht aufweisende Elektrodenoberfläche eine weitere Schutzschicht aufgebracht ist, die aus einem Gemisch aus Graphitpulver, einem aushärtbaren Kunstharz und einem wasserlöslichen Kleber gebildet ist. Ein Verschweißen zwischen den Kontaktbacken und dem graphithaltigen Material der weiteren Schutzschicht findet nicht statt, so daß die Kontaktbacken in der üblichen Weise aus Kupfer be­ stehen können und das Lösen der Kontaktbacken von der Elektrodenoberfläche zwecks Nachführung des Elektroden­ strangs keine Schwierigkeiten bereitet. Bei der vorer­ wähnten Kohlenstoffelektrode kann es allerdings im unteren Teil der Elektrode zu einem beschleunigten Abtragen der flüssigen ersten Schutzschicht, also zum Beispiel einer Aluminiumschicht, und damit nur zu einer geringen Schutz­ wirkung der Beschichtung kommen.

Aus der DE-OS 16 46 679 ist eine Kohlenstoffelektrode be­ kannt, bei der eine dichte Aluminiumschicht auf der Kohlen­ stoffoberfläche durch Bearbeiten mit einem elektrischen Lichtbogen fixiert ist. Durch das Vorhandensein einer Aluminiumunterschicht können auf der Kohlenstoffoberfläche verschiedenste Stoffe durch Bearbeiten mit einem elektrischen Lichtbogen fixiert werden. Jede weitere Schutzschicht wird durch Auftragen einer Aluminiumschicht, Auftragen einer oder mehrerer Schichten aus anderen Stoffen und Be­ arbeiten mit einem elektrischen Lichtbogen hergestellt. Auf das metallisierte Aluminium wird üblicherweise ein Auf­ strich von pulverförmigen Stoffen als Suspension aufge­ tragen. Gewöhnlich bestehen die weiteren aufgebrachten Schutzschichten aus aufgespritzten Metallüberzügen oder Oxidsystemen mit niedrigem Schmelzpunkt. Es ist auch bekannt, eine Kombination von Metallschichten mit niedrigschmelzender Oxidschicht zu verwenden. Die jeweils oberste bzw. außen liegende weitere Schutzschicht aus niedrigschmelzendem Oxidsystem soll eine sichere Gasundurchlässigkeit gewähr­ leisten.

Die Bearbeitung des die weitere Schutzschicht bildenden Aufstrichs auf der metallhaltigen ersten Schutzschicht mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens bewirkt eine chemische Reaktion zwischen diesen Metallen bzw. Metallver­ bindungen und dem Graphit, so daß letztlich als äußere Beschichtung der Elektrode, welche mit den Kontaktbacken in Berührung tritt, ein Verbindungsgemisch aus einer Viel­ zahl von Metalloxiden und -carbiden vorliegt, das ein Verschmelzen insbesondere der aus Kupfer bestehenden Kontaktbacken mit der Elektrodenoberfläche nicht immer verhindern kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kohlenstoff­ elektrode der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der ein Ankleben oder Verschmelzen der üblicherweise aus Kupfer bestehenden Kontaktbacken mit dem metallischen Überzug der Elektrode stark reduziert oder ganz verhindert und die Schutzwirkung der Beschichtung insbesondere im unteren Teil der Elektrode verlängert ist. Außerdem soll ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Elektrode an­ gegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kohlen­ stoffelektrode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 7 oder 8 gelöst.

Mit Hilfe der wenigstens einer weiteren Schutzschicht aus einem hochschmelzenden elektrisch leitenden Stoff oder Stoffgemisch ist ein wirtschaftlicher Betrieb von Licht­ bogenöfen sichergestellt, da auf der einen Seite ein An­ kleben der Elektrodenoberfläche an den Kontaktbacken wirk­ sam verhindert und auf der anderen Seite die Schutzwirkung der Beschichtung infolge des verzögerten Abtragens der flüssigen ersten Schutzschicht, zum Beispiel einer Alumi­ niumschicht, im unteren Teil der Elektrode verlängert ist.

Vorteilhafterweise bestehen die weiteren Schutzschichten aus gleichen oder verschiedenen Stoffen oder Stoffgemischen, so daß die Zusammensetzung jeder weiteren Schutzschicht je nach Bedarf bestimmt und ausgewählt werden können.

Vorzugsweise besteht jede weitere Schutzschicht aus einem hochschmelzenden Metall oder einer hochschmelzenden Metall- Legierung, zum Beispiel aus Eisen oder einer Stahi­ legierung oder aus Molybdän, Vanadium, Chrom, Wolfram oder deren Legierungen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungs­ gegenstandes beträgt die mittlere Dicke jeder weiteren Schutzschicht 0,1 bis 0,5 mm, so daß die Gesamtdicke der Elektrodenschutzschicht auch bei mehreren jeweils eine weitere Schutzschicht bildenden Überzügen in weiten Grenzen variierbar ist und ein vorbestimmtes Maß für den Gesamtdurchmesser der Elektrode eingehalten werden kann.

Verfahrensseitig wird die aus einem hochschmelzenden elektrisch leitenden Stoff oder Stoffgemisch bestehende weitere Schutzschicht mit Hilfe des Lichtbogenspritzver­ fahrens oder mit Hilfe des Pulverspritzverfahrens aufge­ bracht und bei letzterem nachfolgend mit einem elektrischen Lichtbogen oder einem Plasmabrenner bearbeitet.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Seiten­ ansicht eines Lichtbogenofens mit den erfindungs­ gemäßen Kohlenstoffelektroden; und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 durch eine Elektrode.

In Fig. 1 ist schematisch in teilweise geschnittener Darstellung ein elektrischer Lichtbogenofen 1 zur Stahl­ erzeugung dargestellt. Jede Kohlenstoffelektrode 2, 3, 4 ist mittels einer Kontaktbacke 5, 6, 7 an einem Gestänge 10, 11, 12 gehalten und erstreckt sich durch einen Deckel 13 in den Innenraum 14 des Ofens.

Die Kontaktbacken 5, 6, 7 werden hydraulisch an die Ober­ fläche der jeweiligen Elektrode 2, 3, 4 angepreßt.

Vorzugsweise bestehen die Elektroden 2, 3, 4 aus Graphit. Dieser Werkstoff weist bei hohen Temperaturen den Nachteil einer niedrigen Oxidationstemperatur auf. Um den Graphit bei hoher Temperatur vor einer Oxidation zu schützen, wurden Schutzschichten entwickelt, welche auf die Kohlen­ stoffoberfläche aufgetragen sind.

Jede Kohlenstoffelektrode 2, 3, 4 weist eine Kohlenstoff­ oberfläche auf, welche mit einer ersten Schutzschicht 15 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichtet ist. Die einzelnen Schutzschichten der Kohlenstoffelektrode 2 sind in Fig. 2 gezeigt, welche einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 darstellt.

Diese auf die Kohlenstoffoberfläche 16 eines Kohlenstoff­ kerns 17 aufgebrachte erste Schutzschicht 15 ist von einer weiteren Schutzschicht 18 vollständig umgeben. Die weitere Schutzschicht 18 besteht aus einem hochschmelzenden elektrisch leitenden Stoff oder Stoffgemisch, wobei sowohl mehrere erste Schutzschichten 15 als auch mehrere weitere Schutzschichten 18 vorgesehen sein können.

Die Schutzschichten dienen dazu, sowohl ein Verschweißen bzw. Ankleben der Elektroden 2, 3, 4 an den Kontaktbacken 5, 6, 7 zu verhindern, als auch dazu, die Schutzwirkung der Beschichtung zu verlängern. Dies geschieht vor allem durch die weitere Schutzschicht 18, welche ein Abtragen der flüssig werdenden ersten Schutzschicht 15 im unteren Teil 20 der Elektrode 2 verzögert. Dadurch verringert sich der Verbrauch an Graphitelektroden, so daß insgesamt mit einer verbesserten Wirtschaftlichkeit der Stahlerzeugung zu rechnen ist.

Im Falle von mehreren weiteren Schutzschichten können diese aus gleichen oder verschiedenen Stoffen oder Stoff­ gemischen bestehen. Jede weitere Schutzschicht besteht aus einem hochschmelzenden Metall oder einer hochschmelzenden Metall-Legierung, wobei der Schmelzpunkt der weiteren Schutzschicht oberhalb von 700°C, vorzugsweise oberhalb von 1000°C liegt. Die weitere Schutzschicht kann aus Eisen oder einer Stahllegierung oder aus Molybdän, Vanadium, Chrom, Wolfram oder deren Legierungen bestehen.

Die mittlere Dicke jeder weiteren Schutzschicht liegt etwa im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm.

Erfindungsgemäß wird die weitere Schutzschicht 18 mit Hilfe des Lichtbogenspritzverfahrens oder mit Hilfe des Pulverspritzverfahrens aufgebracht und bei letzterem nach­ folgend mit einem elektrischen Lichtbogen oder einem Plasma­ brenner bearbeitet.

Die zuvor erwähnte Bearbeitung der weiteren Schutzschicht mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens erfolgt dadurch, daß zwischen der zu beschichtenden Elektrodenoberfläche und einer kleinen seitlichen Elektrode (nicht dargestellt) ein Lichtbogen erzeugt wird, wobei sich die Elektrodenober­ fläche mit einer bestimmten Geschwindigkeit in bezug auf den Lichtbogen bewegt. Diese Relativbewegung erfolgt vor­ zugsweise spiralförmig, so daß letztlich die gesamte Oberfläche kontinuierlich bearbeitet werden kann. Die seitliche Elektrode kann sich gleichzeitig langsam parallel zur Längsachse der Elektrode bewegen. Es ist ferner eine Rotations- und Längsbewegung der zu beschichtenden Elektrode möglich, wenn die seitliche Elektrode stationär gehalten ist und infolgedessen keine Bewegung parallel zur Längs­ achse der zu beschichtenden Elektrode ausführen kann.

Nachfolgend werden zur Verdeutlichung des Erfindungs­ gegenstandes drei Beispiele angegeben.

Beispiel 1

Eine bearbeitete Grahitelektrode wird auf ihrer zylind- und einer Aluminiumlegierung mit Hilfe des Lichtbogen­ spritzverfahrens beschichtet. Die mittlere Dicke dieser ersten Schutzschicht beträgt etwa 0,5 mm. In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine weitere erste Schutz­ schicht aus reinem Aluminium mit einer Dicke von etwa 0,3 mm aufgespritzt.

Danach wird die so beschichtete Oberfläche mit einer weiteren Schutzschicht aus einer Stahllegierung (zum Beispiel LSd-USD7 nach DIN 8566) mit Hilfe des Licht­ bogenspritzverfahrens beschichtet. Die Schichtdicke dieser weiteren Schutzschicht beträgt 0,1 bis 0,5 mm.

Die derart hergestellte Graphitelektrode wird in einem elektrischen Lichtbogenofen zur Stahlerzeugung verwendet. Die mit der Oberfläche der Graphitelektrode in Berührung stehend­ en Flächen der verwendeten Kontaktbacken aus Kupfer zeigen auch nach längerem Gebrauch keinerlei Beschädigungen.Ferner konnte ein verzögerter Abtrag der aluminiumhaltigen ersten Schutzschicht im unteren Teil der Elektrode gegenüber her­ kömmlichen Elektroden beobachtet werden.

Beispeil 2

Auf eine gemäß Beispiel 1 beschichtete Graphitelektrode wird eine weitere Schutzschicht aus Molybdän (LSd-Mo nach DIN 8566) mit Hilfe des Lichtbogenspritzverfahrens aufge­ tragen. Die Schichtdicke dieser weiteren Schutzschicht be­ trägt etwa 0,1 bis 0,4 mm.

Beim Einsatz einer derartig beschichteten Graphitelektrode im elektrischen Lichtbogenofen konnten dieselben Ver­ besserungen beobachtet werden, wie sie bereits für das Beispiel 1 erwähnt sind.

Beispiel 3

Auf eine gemäß Beispiel 1 beschichtete Graphitelektrode wird eine weitere Schutzschicht aus Ferromolybdän be­ stehend aus 72 Gew.-% Mo, 1 Gew.-% Si und 36 Gew.-% Fe, mit Hilfe des Pulverspritzverfahrens aufgebracht und nach­ folgend einer Temperaturbehandlung mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens oder mit Hilfe eines Plasma­ brenners unterworfen. Die Dicke dieser weiteren Schutz­ schicht beträgt etwa 0,1 bis 0,4 nm.

Beim Einsatz einer derartig beschichteten Graphitelektrode im elektrischen Lichtbogenofen ergaben sich die bereits im Beispiel 1 erwähnten Vorteile.

Mit Hilfe der zuvor beschriebenen Graphitelektroden ist deshalb ein wirtschaftlicheres Betreiben von elektrischen Lichtbogenöfen ermöglicht.

Claims (8)

1. Kohlenstoffelektrode für Lichtbogenöfen, insbesondere Graphitelektrode zur Stahlerzeugung, mit einer Kohlenstoffoberfläche (16), welche mit wenigstens einer ersten Schutzschicht (15) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichtet ist, auf die wenigstens eine weitere Schutzschicht (18) aufgetragen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine weitere Schutzschicht (18) aus einem hochschmelzenden elektrisch leitenden Stoff oder Stoffgemisch besteht.

2. Kohlenstoffelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Schutzschichten aus gleichen oder ver­ schiedenen Stoffen oder Stoffgemischen bestehen.

3. Kohlenstoffelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede weitere Schutzschicht (18) aus einem hoch­ schmelzenden Metall oder einer hochschmelzenden Metall- Legierung besteht.

4. Kohlenstoffelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schutzschicht (18) aus Eisen oder einer Stahllegierung besteht.

5. Kohlenstoffelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schutzschicht (18) aus Molybdän, Vanadium, Chrom, Wolfram oder deren Legierungen besteht.

6. Kohlenstoffelektrode nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Dicke jeder weiteren Schutzschicht (18) etwa 0,1 bis 0,5 mm beträgt.

7. Verfahren zum Herstellen einer Kohlenstoffelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Kohlenstoffoberfläche mit wenigstens einer ersten Schutzschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und diese nachfolgend mit wenigstens einer weiteren Schutzschicht beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem hochschmelzenden elektrisch leitenden Stoff oder Stoffgemisch bestehende weitere Schutzschicht mit Hilfe des Lichtbogenspritzverfahrens aufgetragen wird.

8. Verfahren zum Herstellen einer Kohlenstoffelektrode nach einem der Ansprüche 1-6, bei welchem eine Kohlen­ stoffoberfläche mit wenigstens einer ersten Schutzschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und diese nachfolgend mit wenigstens einer weiteren Schutzschicht beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem hochschmelzenden elektrisch leitenden Stoff oder Stoffgemisch bestehende weitere Schutzschicht mit Hilfe des Pulverspritzverfahrens aufgebracht und nachfolgend mit einem elektrischen Lichtbogen oder einem Plasmabrenner bearbeitet wird.