DE4138724A1 - Verfahren und vorrichtung zur instandsetzung einer elektrode - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur instandsetzung einer elektrodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Instandsetzung mindestens einer
im Boden mit Feuerfestmaterial ausgekleideten metallischen Gefäßes,
insbesondere Lichtbogenöfen, Gießpfannen, Verteilerrinnen, als Anode
dienende Elektrode, die an ihrem an dem Ofen herausragenden Ende
Anschlüsse für elektrischen Strom und für ein Kühlgerät aufweist.
Beim Betreiben von metallurgischen Gefäßen zeigt sich im Bereich der
Bodenelektrode ein voreilender Verschleiß des Feuerfestmaterials
aufgrund von höherer thermischer und/oder chemischer Beanspruchung. Der
Verschleiß des Feuerfestmaterials führt auch zu einem verstärkten
Abtragen der Elektroden.
Üblicherweise wird bei der Instandsetzung der Feuerfestauskleidung eines
Lichtbogenofens die Elektrode mitgewechselt. Die bei einem
Gleichstromofen als Anode dienende Bodenelektrode besteht in einigen
Fällen aus einem Kupferteil und einem metallischen, der Schmelze
entsprechenden Werkstoff. Bei diesen Elektroden ist der Kupferteil
konstruktiv und fertigungstechnisch aufwendig hergestellt, so daß der
Wunsch besteht, diesen Kupferteil möglichst wiederzuverwerten.
So ist aus DE-PS 35 43 278 die Bodenelektrode eines
Gleichstromlichtbogenofens bekannt, bei der ein Verschleißelement
bekannt ist, das eine Sackbohrung aufweist, in die eine Kühlbuchse
einsteckbar ist. Nach Trennen der Verschleißbüchse von der aus Kupfer
bestehenden Kühlungsbuchse kann der Kupferteil wiederverwandt werden.
Der aus dieser Schrift bekannten Bodeneleketrode haftet der Nachteil an,
daß bei Instandsetzungsarbeiten die komplette Elektrode zu wechseln ist.
Hierzu gehört neben den typischen Schwierigkeiten des Herausziehens der
Elektrode auch die De- und Remontage der Kühlanschlüsse und der
elektrischen Leitungen.
Aus DE-PS 38 35 785 ist eine zweiteilige Bodenelektrode bekannt, bei der
die einzelnen Teile durch Schrauben miteinander verbindbar sind.
Theoretisch ist bei der vorliegenden Bodenelektrode eine Trennung beider
Teile denkbar. Hierzu wäre aber eine aufwendige,
instandsetzungsfeindliche und arbeitssicherheitsunfreundliche Arbeit im
Ofengefäß und unterhalb des Ofens erforderlich. In der Praxis wird daher
die Elektrode komplett herausgenommen und neu eingesetzt.
Bei beiden Fällen wird durch das Wechseln der kompletten Bodenelektrode
oder durch einen Gefäßwechsel die Stillstandszeit des Gleichstromofens
in nachteiliger Weise verlängert.
Aus DE 33 39 514 ist eine Elektrodenanordnung zur Kontaktierung des
geschmolzenen Metalls im Boden warmgängiger Gefäße bekannt, bei der
eine Kupferhülse bis nahe an den Rand der Feuerfestauskleidung geführt
ist und sich oberhalb des Kopfes eine Verschleißschutzschicht aus
erstarrter Metallschmelze bildet.
Die Bauart dieser Bodenelektrode hat zum einen den Nachteil, daß nur
eine geringe Verschleißrate zulässig ist und daß die Verschleißschicht
unmittelbar am Kopf des empfindlichen wasserführenden Elektrodenteils
aus Kupfer sich befindet. Bei Abnutzung des Feuerfestmaterials oberhalb
des Kupferkopfes besteht die Gefahr der Stromübertragung direkt auf den
Kupferteil mit der Möglichkeit der Zerstörung der Oberfläche. Durch das
tief in die Feuerfestschicht hineingeführte Kühlwassersystem birgt bei
Undichtigkeiten die Gefahr des Kontaktes von Wasser und flüssigem
Material mit der Folge großer Zerstörung des Ofengefäßes.
Der Erfinder hat sich daher die Aufgabe gestellt, unter Vermeidung der
genannten Nachteile ein Verfahren zur Instandsetzung einer
Bodenelektrode genannter Art zu entwickeln, bei dem ein vollwertige
aufbereitete Elektrode unter zeitlich, arbeits- und kostenmäßig
minimalen Instandsetzungsaufwand zum Einsatz kommt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des
Verfahrensanspruchs 1 und des Vorrichtungsanspruchs 13.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird der verschlissene Teil der
Bodenelektrode in der Form ersetzt, daß an den verbleibenden Teil
metallischer Werkstoff an einem der Schmelzschweißverfahren
vergleichbaren Verfahren angebracht wird. Als metallischer Werkstoff
findet dabei ein fester Metallklotz bzw. ein dickwandiges Rohr ebenso
Verwendung wie kleinstückiges Material oder auch zu Beginn des
Produktionsbetriebes des Lichtbogens zum Kopf der Anode fließendes
schmelzflüssiges Material. Zum Einbringen der elektrischen Energie wird
die im Gleichstromlichtbogenofen vorhandene Kathode und die im Boden
sich befindende Alt-Anode verwandt. Der metallische Werkstoff wird durch
einen in seiner Leistung einstellbaren Lichtbogen verflüssigt, um dann
durch gezielte Kühlung der Anode sich wieder zu verfestigen. Dieses
Verfahren ist mit einfachsten Mitteln einsetzbar und kann ohne
besonderen Einsatz von Instandhaltungsleistungen, beispielsweise durch
besondere Schlossertätigkeiten, durchgeführt werden.
Um dem zum Ofeninneren weisenden Anodenteil die gewünschte Form zu
geben, wird eine Bohrung in der Feuerfestmasse gelassen, die als Form
zur Bildung dieses Anodenteils dient oder vorgefertigte
Feuerfestringsteine in Position gebracht.
In einer besonderen Ausführungsform wird ein zylindrischer Metallklotz
benutzt, der durch den zwischen der Kathode und der Anode sich bildenden
Lichtbogen nur an seiner Oberfläche aufgeschmolzen wird, dessen
schmelzflüssige Masse am Klotz entlang zum Kopf der Alt-Anode fließt und
sich dort zwischen dem Anodenkopf und dem Fuß des Klotzes ansammelt.
Gleichzeitig wird aufgrund fehldender Kühlung die untere Fläche des
Metallklotzes teigig und hilft mit beim Kontakt zur Alt-Anode. Durch
anschließende intensive Kühlung des Alt-Anodenteils erstarrt diese
Schmelze und verbindet innig beide Anodenteile.
Die nach diesem Verfahren aufbereitete Anode kann nach ausreichend
langer Ofenreise wieder aufbereitet werden. Bei jeder Aufbereitung ist
die Verbindung beider Anodenteile innig mit unverminderter
Übertragungsmöglichkeit des elektrischen Stromes und der Wärmeabfuhr
verbunden.
Zur Durchführung des Verfahrens kommt beim Einsatz von mehreren Anoden
im Boden des metallurgischen Gefäßes die vorgeschlagene Hilfsvorrichtung
zum Einsatz. In dem einen Fall wird eine Hilfselektrode, eine sogenannte
Stinger-Elektrode eingesetzt. Diese Stinger-Elektrode wird an das
Gleichstromsystem parallel zur Hauptkathode angeschlossen und mittels
eines Manipulators in das Ofengefäß, ggf. durch die Schlackentür, in
Stellung gebracht.
Eine andere Lösung stellt das unmittelbare Ausnutzen des
Elektrodenstranges als Halterung einer Vorrichtung zur Instandsetzung
der Bodenelektrode dar. Hierbei wird die konstruktiv einfache
Vorrichtung an die vorhandene Kathode angeschlossen und erfordert somit
keine besonderen Einrichtungen für die Stromführung. In vorteilhafter
Weise können die einzelnen Elektrodenspitzen in ihrem Abstand zur Mitte
der Hauptelektrode verstellt werden und gewährleisten somit ein sicheres
Übertragen des Lichtbogens an der gewünschten Stelle. Zur Verlängerung
der Standzeit und zur Erhöhung der Maßgenauigkeit kann die Vorrichtung
doppelwandig ausgeführt sein zur Durchleitung eines Kühlmediums.
Ein Beispiel der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen
dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1-4 die Instandsetzung einer Anode mit
Fig. 1 einem Metallklotz,
Fig. 2 einem dickwandigen Rohr,
Fig. 3 kleinkörnigem Material,
Fig. 4 Schrottcharge,
Fig. 5 eine Vorrichtung zur Verteilung des elektrischen Stromes.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen jeweils einen Ausschnitt eines Ofengefäßes 10
mit einem Gefäßmantel 11 und einer Feuerfestauskleidung 12 und die
Anordnung der Elektroden 20, u. z. der Kathode 21 und der Anode 24.
Die Anode 24 besteht dabei aus einem Anodenkupferteil 22 und mit diesem
verbundenen Alt-Anodenteil 23.
In der Feuerfestauskleidung 12 sind die Alt-Anode 23 radial umgreifende
Feuerfestringsteine 13 angeordnet. Zwischen der Anode 24 und dem
Gefäßmantel 11 ist eine Isolierung 14 vorgesehen.
Der Anodenkupferteil 22 ist mit einer Medienversorgung 30 verbunden,
u. z. mit einer Stromzufuhr 31 sowie einer Wasserzufuhr 32 und einer
Wasserabfuhr 33.
Zu den Fig. 1 und 2 sei bemerkt, daß hier aus Gründen des
besseren Verständnisses des Verfahrens der vorhandene Abstand
zwischen den Feuerfestringsteinen 13 und den nachfolgend
beschriebenen Anodenteilen 40, d. h. dem Metallblock 41 bzw. Rohr
42 - durch eine Schlangenlinie angedeutet - stark vergrößert
dargestellt ist.
Für die in die Feuerfestmasse eingebrachte - ebenfalls als Form
dienende - Bohrung würde eine entsprechende Darstellung gelten.
Auf den zum Gefäßinneren weisenden Kopf der Alt-Anode 23, der sich in
der Höhe eines angenommenen Verschleißprofils V befindet, sind
Anodenteile 40 aufbringbar. So zeigt die Fig. 1 einen zylindrischen
Metallkörper in Form eines Metallblockes 41 und die Fig. 2 in Form eines
dickwandigen Rohres 42. Bei der Durchführung des Verfahrens wird der
Kopf des Anoden-Neuteils aufgeschmolzen, und das schmelzflüssige Metall
fließt zum Fuß des Metallblockes 41 bzw. des dickwandigen Rohres 42, um
hier in Form eines Schmelzschweißverfahrens den Anoden-Altteil mit dem
Neuteil zu verbinden. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann eine besondere
Form, beispielsweise die stufenförmige Ausgestaltung des Fußringes, das
Anschweißen des Anoden-Altteils mit dem Neuteil unterstützen.
In die Bohrung 43 des dickwandigen Rohres 42 der Fig. 2 kann
kleinstückiges Material eingebracht werden.
Die Fig. 3 zeigt ein Anoden-Neuteil, das ausschließlich aus
kleinstückigem Material erzeugt wird. Zum Einsatz kommen hier Späne oder
Graphit sowie auch Stanzabfälle. Dieses Material läßt sich besonders
einfach in die Bohrung der Feuerfestringsteine einbringen und mit
geringem Aufwand aufschmelzen. Gegebenenfalls können hier noch
Beschleuniger zulegiert werden.
Bei der Fig. 4 wird kein gesondertes Material zur Herstellung des
Anoden-Neuteils 40 in die Bohrung der Feuerfestringsteine eingebracht,
sondern bei Beginn des Schmelzens der normalen Charge wird sich Schmelze
oberhalb der Alt-Anode 23 ansammeln.
Der Kopf der Alt-Anode 23 ist jeweils metallisch, evtl. anhaftende
Schlacke aus dem vorhergehenden Produktionsbetrieb wird während der
Instandsetzungsarbeit entfernt.
Die Fig. 5 zeigt den Einsatz eines Stromverteilers 50. Im Boden des
metallurgischen Gefäßes 10, mit dem Gefäßmantel 11 und der
Feuerfestauskleidung 12 sind im vorliegenden Beispiel zwei Anoden 24
angeordnet. Die Anoden-Neuteile 40 können dabei unterschiedlichen Aufbau
haben. So ist einmal ein zylindrischer Metallkörper als Metallklotz 41
und ein andermal als dickwandiges Rohr 42 mit der Bohrung 43
dargestellt, wobei in die Bohrung 43 kleinstückiges Material 44
eingebracht wurde.
Der Stromverteiler 50 weist eine Büchse 51 aus, den dem mindestens zwei
Arme 52 angeordnet sind. Die Büchse 51 ist an der Spitze der Elektrode
21 befestigbar, beispielsweise durch einen Befestigungskeil 55 oder
durch Befestigungsschrauben 56. Der Stromverteiler 50 kann aber auch
mit einem Gewinde versehen (nicht dargestellt) und an eine
normale Elektrode bzw. an den metallischen wassergekühlten Teil einer
Elektrode angeschraubt werden.
Die Büchse 51 wie auch die Arme 52 können einen Hohlraum 54 aufweisen,
in den ein Kühlmedium 34, beispielsweise Luft, einführbar ist.
An den Armen 52 sind mittels Verschiebeelementen 50 Elektrodenspitzen 53
befestigt. Auf einfache Weise kann somit die jeweilige Elektrodenspitze
53 exakt oberhalb der Anoden-Neuteile 40 eingerichtet werden.
Zur Erhöhung des elektrischen Kontaktes zwischen der Kathode 21 und dem
Stromverteiler 50 kann in die Büchse 21 den elektrischen Strom gut
leitende Kontaktmasse 59 in Form von Pulver oder Paste eingebracht
werden.
Positionsliste
10 metallurgisches Gefäß
11 Gefäßmantel
12 Feuerfestauskleidung
13 Feuerfestringsteine
14 Isolierung
20 Elektroden
21 Kathode
22 Anodenkupferteil
23 Alt-Anode
24 Anode
30 Medienversorgung
31 Stromzufuhr
32 Wasserzufuhr
33 Wasserabfuhr
34 Kühlmedium
40 Anoden-Neuteil
41 Metallblock
42 dickwandiges Rohr
43 Bohrung
44 kleinstückiges Metall
45 Charge
46 geschmolzenes Metall
50 Hilfsmittel
51 Büchse
52 Arm
53 Elektrodenspitze
54 Hohlraum
55 Befestigungskeil
56 Befestigungsschraube
57 Verschiebeelement
58 Medienanschluß
59 Kontaktmasse
60 Manipulator
70 Gleichstromeinrichtung
V angenommenes Verschleiß profil
11 Gefäßmantel
12 Feuerfestauskleidung
13 Feuerfestringsteine
14 Isolierung
20 Elektroden
21 Kathode
22 Anodenkupferteil
23 Alt-Anode
24 Anode
30 Medienversorgung
31 Stromzufuhr
32 Wasserzufuhr
33 Wasserabfuhr
34 Kühlmedium
40 Anoden-Neuteil
41 Metallblock
42 dickwandiges Rohr
43 Bohrung
44 kleinstückiges Metall
45 Charge
46 geschmolzenes Metall
50 Hilfsmittel
51 Büchse
52 Arm
53 Elektrodenspitze
54 Hohlraum
55 Befestigungskeil
56 Befestigungsschraube
57 Verschiebeelement
58 Medienanschluß
59 Kontaktmasse
60 Manipulator
70 Gleichstromeinrichtung
V angenommenes Verschleiß profil
Claims (17)
1. Verfahren zur Instandsetzung mindestens einer im Boden eines mit
Feuerfestmaterial ausgekleideten, mit einer Kathode versehenen
metallurgischen Gefäßes als Anode dienenden Elektrode, die an ihrem
aus dem Ofen herausragenden Ende Anschlüsse für elektrischen Strom
und für ein Kühlmittel aufweist, gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
- a) nach einer festgelegten Verschleißrate wird am zum Ofeninneren zugewandten Kopf der Anode eine zylindrische Form mit flacher Stirnfläche belassen,
- b) an der Stirnfläche haftende Schlackenreste werden weggebrannt,
- c) in das Ofengefäß direkt oder in die Bohrung von Feuerfestringsteinen wird metallischer, dem Anodenkopf entsprechender Werkstoff eingebracht,
- d) vor oder kurz nach Wiederinbetriebnahme des metallurgischen Gefäßes werden zumindest Teile des als Anode vorgesehenen metallischen Werkstoffs durch einen zwischen der Kathode und der Anode gezündeten Lichtbogen aufgeschmolzen und so mit dem Kopf der Anode in Verbindung gebracht,
- e) durch angepaßte Kühlung der Anode wird der flüssige Anteil des sich in der Bohrung des Feuerfestmaterials befindenden metallischen Werkstoffes erstarrend mit der Alt-Anode innig verbunden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Bohrung der Feuerfestringsteine ein zylindrischer
Metallkörper eingebracht wird, der mit einem der Anode
entsprechenden Durchmesser vorgefertigt ist und aus einem als Anode
vorgesehenen metallischen Werkstoff besteht, und
daß der Verschleißbereich des Ofengefäßes mit Feuerfestmaterial
wieder aufgefüllt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Vorfertigung des zylindrischen Metallkörpers in diesen
eine axiale Bohrung eingebracht wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Kathode und der Anode ein Lichtbogen gezündet
wird, der derart in Länge und Leistung eingestellt wird, daß der
der Kathode zugewandte Kopf des zylindrischen Metallkörpers
aufschmilzt und die Metallschmelze in den Freiraum zwischen
Metallkörper und Feuerfestringsteinen und in die Bohrung zum Kopf
der Alt-Anode fließt und sich zwischen dieser und dem Fuß des
Metallzylinders ansammelt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei außerhalb der Mittenachse des Gefäßbodens angeordneten
Anode eine Verbindung geschaffen wird in der Weise, daß der zum
Aufschmelzen eingesetzte Lichtbogen axial zur jeweiligen
Anodenmittenachse brennt.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in das Ofengefäß ein dem Anodenkopf entsprechender Werkstoff
in Form einer Chargen-Teilmenge kleinstückigen Schrotts gefüllt
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrung der Feuerfestringsteine mit kleinstückigem
Material, insbesondere Spänen, Stanzabfällen oder Graphit gefüllt
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrung des zylindrischen Metallkörpers mit kleinstückigem
Metall gefüllt wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 6, 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Kathode und der Anode ein Lichtbogen gezündet
wird, der in Länge und Leistung derart eingestellt wird, daß das
kleinstückige Material aufschmilzt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das kleinstückige Metall zusätzlich durch
Primärenergiebeheizung, insbesondere Öl-/Gas-Sauerstoffbrenner,
aufgeschmolzen wird und einen Sumpf bildet, welcher in die
Hohlräume zwischen Feuerfestringsteinen und zylindrischen
Metallkörper bzw. in dessen Bohrung läuft.
11. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Schrottcharge ins Ofengefäß eingebracht wird und der
Lichtbogen in der Weise gesteuert wird, daß nach Erschmelzen eines
ersten Teils des metallischen Anteils der Charge und Einfließen der
Schmelze in die Bohrung der Feuerfestringsteine die Leistung des
Lichtbogens für eine vorgegebene Zeit reduziert wird.
12. Verfahren nach mindestens einem der oben genannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zufuhr des Kühlmediums zur Alt-Anode für eine vorgegebene
Zeit reduziert und nach Herstellung des Kontaktes zwischen
Alt-Anode und Neuteil wieder auf den Normalwert eingestellt wird.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1
bis 12 für ein metallisches Gefäß mit im Gefäßboden angeordneten
Anoden und in das Ofengefäß hineinragenden, an eine
Gleichstromeinrichtung angeschlossene Kathode,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung des Lichtbogens Hilfsmittel (50) vorgesehen
sind, mit denen eine während des Aufschmelzens des metallischen
Werkstoffs in zur jeweiligen Alt-Anode (23) axiale Stellung
bringbare Kathode verbunden ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hilfsmittel (50) ein an der Kathode (21) befestigbarer
Stromverteiler ist, der mindestens zwei Arme (52) aufweist,
daß die Arme (52) an eine Büchse (51) angeschlossen sind, die an der Kathode (21) in einer den elektrischen Strom sicher übertragenden Weise befestigbar ist, und
daß an dem von der Büchse (51) wegweisenden Ende der Arme (52) anodenwärts weisende Elektrodenspitzen (53) vorgesehen sind.
daß die Arme (52) an eine Büchse (51) angeschlossen sind, die an der Kathode (21) in einer den elektrischen Strom sicher übertragenden Weise befestigbar ist, und
daß an dem von der Büchse (51) wegweisenden Ende der Arme (52) anodenwärts weisende Elektrodenspitzen (53) vorgesehen sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Büchse (51) über ein Gewinde an eine einen wassergekühlten
metallischen Teil aufweisende Kathode (21) anschließbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Arme (52) einen Hohlraum (54) sowie einen Medienanschluß
(58) zur Zufuhr eines Kühlmediums (34) aufweisen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hilfsmittel (50) ein in das Ofengefäß (10) einbringbarer
Manipulator (60) ist, an dem eine parallel zur Hauptelektrode (21)
an die Gleichstromeinrichtung (70) anschließbare Hilfskathode
angeordnet ist.
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DE4138724A1 true DE4138724A1 (de) | 1993-05-27 |
DE4138724C2 DE4138724C2 (de) | 1997-05-28 |
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EP0543475B1 (de) | 1995-07-26 |
EP0543475A3 (en) | 1993-10-06 |
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