EP0010305A1 - Flüssigkeitsgekühlte Halterung für eine Elektrodenspitze - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a liquid-cooled holder for the tip of an electrode of an arc melting furnace according to the preamble of claim 1.
- Liquid-cooled holders of this type which form the upper part of an arc electrode with an edible or non-edible electrode tip, have become known, for example, from DE-OS 1 565 207.
- a tubular heat screen made of very heat-resistant material, such as ceramic, surrounding the cooling system is provided.
- ceramic covering it can be provided with a wire insert.
- Arc flashovers occur between the liquid system that conducts the electrical current of the arc electrode and the metallic insert of the electric arc furnace.
- the pipe system for the coolant will also be damaged very quickly, which could result in water leaks in the arc furnace and explosions.
- an electrode with a wire insert in the ceramic heat shield is somewhat better protected than one without a wire insert, but here too, damage is not ruled out, which leads to the consequences mentioned.
- the aim of the invention is a liquid-cooled holder of the type mentioned in the introduction for an electrode tip which, with a surprisingly simple structure, not only ensures the desired thermal shielding of the metallic cooling system from the furnace atmosphere, but also better mechanical protection.
- the invention is based on the knowledge that a heat shield made of a metal tube, which is electrically insulated from the current-carrying cooling system, can be adequately cooled via a refractory substance present between the cooling system and the metal tube while maintaining the required electrical insulation, ie at a temperature below the Softening point, especially at temperatures below 600 ° C, can be kept.
- a steel jacket can be used as a heat shield, i.e. a very simple structural element that offers excellent mechanical protection.
- the liquid-cooled holder 1 shown in FIGS. 1 to 3 for the tip of an electrode of an arc melting furnace, not shown, contains a cylindrical clamping part 2 which can be fastened to the electrode support arm and in this case has a separate water cooling system, and a metallic cooling system which carries the electrode current and is fastened thereon 3, which in the present case consists of four flow tubes 4 to 7, which at the lower end carry a threaded part 8 in the form of a nipple for screwing on the electrode tip.
- the nipple 8 which is preferably made of copper, contains two channels 9 and 10.
- the flow tubes 4 and 5 are connected through the channel 9 and the flow tubes 6 and 7 are connected through the channel 10. This serves in each of the two pairs of flow pipes 4 and 5 or 6 and 7, a flow pipe as a feed line and the other as a return line for the coolant.
- the metallic cooling system 3 is surrounded by a metal tube 11 at a distance.
- the metal tube is electrically insulated from the current-carrying cooling system 3.
- a flange 12 welded to the metal tube 11 is fastened to the bottom of the cup-shaped holder 2 via a spacer ring 13 made of heat-resistant insulating material.
- a screw connection is selected as the fastening.
- four screw-nut pairs 14 made of non-magnetic steel are provided, which are insulated from the metallic parts by spacers 15 and 16 made of heat-resistant insulating material - in the present case, shrinking temperature is chosen. These screws and nuts could also consist of an insulating material.
- the power pipes of the cooling system 3 are made of copper. If the metal tube 11 is not also used to carry the electrode tip, it may be expedient to provide another gu: electrically conductive material for the current tubes which has a higher strength.
- the refractory mass should: on the one hand ensure sufficient heat transfer between the metal pipe 11 to be cooled and the cooling system 3, and on the other hand also good electrical insulation between the metal pipe 11 and the parts of the cooling system which carry the electrical current. Good results have been achieved with regard to this requirement with a refractory mass made of magnesium oxide sand or an alumina ramming mass.
- a ramming mass or a pourable material The manufacture of the electrode is a refractory substance. as can be easily seen, extremely simple. After the metal tube 11 has been fastened to the clamping part 2, the space between the cooling system and the metal tube only needs to be filled, stamped out or poured out with the refractory material.
- a soft carbon steel can be used as the material for the metal tube 11.
- more advantageous are non-magnetic, scaling-resistant steels or possibly other highly heat-resistant non-magnetic metals.
- the second exemplary embodiment namely the liquid-cooled holder 1 a according to FIGS. 4 to 6, contains a cylindrical clamping part 2 a which can be fastened to the electrode support arm.
- This clamping part 2a together with the pipe 18, which is preferably made of copper, and the threaded part 8a in the form of a nipple, forms the conductor system or cooling system 3a carrying the electrode current and the cooling liquid.
- a welded or cast metal part 19 is fitted and inserted into the cooling system 3 a carrying the electrode current and the cooling liquid.
- 20 and 21 represent water supply and drainage.
- horizontal baffle plates 23 are provided, which are fixedly connected to the part 19 or formed in one piece.
- the cooling system guiding the electrode current and the cooling liquid is surrounded at a distance by a metal tube 11a.
- the metal tube 11a is again electrically insulated from the current-carrying cooling system.
- a flange 12a welded to the metal tube 11a is in turn attached to the lower end of the cylindrical clamping part 2a via a spacer ring 13a made of heat-resistant insulating material.
- a screw connection 14a, 15a similar to the previously described exemplary embodiment is selected as the fastening.
- a ring-shaped, metallic sheet 24 is welded or screwed onto the outer surface of the metal pipe 11a.
- the refractory substance 17a according to the first exemplary embodiment is arranged between the metal tube 11a and the tube 18 carrying the electrode current and the cooling liquid.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte Halterung für die Spitze einer Elektrode eines Lichtbogenschmelzofens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Flüssigkeitsgekühlte Halterungen dieser Art, die den oberen Teil einer Lichtbogenelektrode mit verzehrbarer oder nicht verzehrbarer Elektrodenspitze bilden, sind beispielsweise durch die DE-OS 1 565 207 bekannt geworden. Um das metallische Kühlsystem dieser Halterung gegenüber der Strahlungs-und Konvektionswärme des Lichtbogens sowie gegenüber den Gasen im Lichtbogenschmelzofen zu schützen, ist ein das Kühlsystem mit Abstand umgebender rohrförmiger Hitzeschirm aus sehr hitzefestem Material, wie Keramik, vorgesehen. Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit der keramischen Umhüllung kann diese mit einer Drahteinlage versehen sein. Beim Einsatz der Elektrode in einem Lichtbogenschmelzofen, in dem beispielsweise Schrott eingeschmolzen wird, kann es beim Einfahren der Elektrode oder auch durch Schrotteinstürze während des Betriebs vorkommen, daß die feuerfeste Schutzschicht um das Leitungssystem der Halterung beschädigt wird. Dabei kommt es zu Lichtbogenüberschlägen zwischen dem den elektrischen Strom der Lichtbogenelektrode leitenden Flüssigkeitssystem und dem metallischen Einsatz des Lichtbosenofens. In diesem Fall wird auch das Leitungssystem für die Kühlflüssigkeit sehr schnell beschädigt und es können Wassareinbrüche in den Lichtbogenofen und Explosionen die Folge sein. Hiervon ist zwar eine Elektrode mit einer Drahteinlage im keramischen Hitzeschirm etwas besser geschützt als eine ohne Drahteinlage, doch sind auch hier stellenweise Beschädigungen nicht ausgeschlossen, die zu den genannten Folgen führen.
- Ziel der Erfindung ist eine flüssigkeitsgekühlte Halterung der einleitend genannten Art für eine Elektrodenspitze, die bei einem überraschend einfachen Aufbau nicht nur die gewürschte thermische Abschirmung des metallischen Kühlsystems gegenüber der Ofenatmosphäre, sondern auch einen besseren mechanischen Schutz gewährleistet.
- Dieses Ziel wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
- Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Hitzeschirm aus einem Metallrohr, das gegenüber dem stromführenden Kühlsystem elektrisch isoliert ist, über eine zwischen dem Kühlsystem und dem Metallrohr vorhandene feuerfeste Substanz bei Aufrechterhaltung der erforderlichen elektrischen Isolation ausreichend kühlbar ist, d. h. auf einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes, insbesondere auf Temperaturen unterhalb 600 °C, gehalten werden kann. Damit kann als Hitzeschirm ein Stahlmantel eingesetzt werden, also ein sehr einfaches konstruktives Element, das einen hervorragenden mechanischen Schutz bietet.
- Die Erfindung wird durch zwei Ausführungsbeispiele anhand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 den Längsschnitt einer ersten Ausführungsform
- Fig. 2 die Draufsicht auf diese Halterung
- Fig. 3 den Querschnitt III-III dieser Halterung
- Fig. 4 den Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halterung
- Fig. 5 den Querschnitt V-V dieser Halterung
- Fig. 6 den Querschnitt VI-VI dieser Halterung.
- Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte flüssigkeitsgekühlte Halterung 1 für die nicht dargestellte Spitze einer Elektrode eines Lichtbogenschmelzofens enthält einen am Elektrodentragarm befestigbaren zylindrischen Einspannteil 2, der in diesem Fall eine separate Wasserkühlung aufweist, und ein an diesem befestigtes, den Elektrodenstrom führendes metallisches Kühlsystem 3, das im vorliegenden Fall aus vier Stromrohren 4 bis 7 besteht, welche am unteren Ende ein in Form eines Nippels ausgebildetes Gewindeteil 8 zum Aufschrauben der Elektrodenspitze tragen. Der vorzugsweise aus Kupfer bestehende Nippel 8 enthält zwei Kanäle 9 und 10. Durch den Kanal 9 werden die Stromrohre 4 und 5 und durch den Kanal 10 die Stromrohre 6 und 7 miteinander verbunden. Damit dient bei jedem der beiden Paare von Stromrohren 4 und 5 bzw. 6 und 7 ein Stromrohr als Zuleitung und das andere als Rückleitung für die Kühlflüssigkeit.
- Das metallische Kühlsystem 3 ist mit Abstand von einem Metallrohr 11 umgeben. Das Metallrohr ist gegenüber dem stromführenden Kühlsystem 3 elektrisch isoliert. Zu diesem Zweck ist ein am Metallrohr 11 angeschweißter Flansch 12 über einen Distanzring 13 aus hitzebeständigem Isoliermaterial am Boden der topfförmig ausgebildeten Halterung 2 befestigt. Als Befestigung ist eine Schraubverbindung gewählt. Im vorliegenden Fall sind vier Schrauben-Mutter-Paare 14 aus amagnetischem Stahl vorgesehen, die durch Distanzstücke 15 und 16 aus hitzebeständigem Isoliermaterial - im vorliegenden Fall ist Schrumpfpertinax gewählt - gegenüber den metallischen Teilen isoliert sind. Diese Schrauben und Muttern könnten auch aus einem Isoliermaterial bestehen. Die Stromrohre des Kühlsystems 3 sind aus Kupfer. Falls das Metallrohr 11 nicht auch zum Tragen der Elektrodenspitze herangezogen wird, kann es zweckmäßig sein, für die Stromrohre ein anderes gu: elektrisch leitendes Material vorzusehen, das eine höhere Festigkeit aufweist.
- Zwischen dem Metallrohr 11 und dem Kühlsystem 3 ist eine feuerfeste Substanz 17 vorhanden, über die die Kühlung des Metallrohres auf die genannte zulässige obere Grenze bewirkt wird. Die Feuerfestmasse soll bei den Betriebstemperaturer: einerseits einen ausreichenden Wärmeübergang zwischen dem zu kühlenden Metallrohr 11 und dem Kühlsystem 3 gewährleisten, andererseits aber auch eine gute elektrische Isolation zwischen dem Metallrohr 11 und dem den elektrischen Strom führenden Teilen des Kühlsystems. Gute Ergebnisse sind im Hinblick auf diese Forderung erzielt worden mit einer Feuerfestmasse aus Magnesiumoxidsand oder einer Aluminiumoxidstampfmasse. Bei Verwendung eines körnigen Materials, einer Stampfmasse oder eines vergießbaren Material: als feuerfeste Substanz ist die Herstellung der Elektrode. wie ohne weiteres ersichtlich, außerordentlich einfach. Nach dem Befestigen des Metallrohres 11 am Einspannteil 2 braucht der Zwischenraum zwischen dem Kühlsystem und dem Metallrohr nur mit der Feuerfestmasse ausgefüllt, ausgestampft oder ausgegossen zu werden.
- Als Material für das Metallrohr 11 kann aus wirtschaftlichen Gründen ein weicher Kohlenstoffstahl verwendet werden. Vorteilhafter sind jedoch amagnetische, zunderbeständige Stähle oder evtl. auch andere hochhitzebeständige amagnetische Metalle.
- Wie das beschriebene erste Ausführungsbeispiel enthält auch das zweite Ausführungsbeispiel, nämlich die flüssigkeitsgekühlte Halterung 1a gemäß den Fig. 4 bis 6 ein am Elektrodentragarm befestigbares zylindrisches Einspannteil 2a. Dieses Einspannteil 2a bildet mit dem vorzugsweise aus Kupfer angeferfigten Rohr 18 und dem in Form eines Nippels ausgebildeten Gewindeteil 8a das den Elektrodenstrom und die Kühlflüssigkeit führende Leitersyszem bzw. Kühlsystem 3a.
- Zur Zwangsführung der Kühlflüssigkeit ist in das den Elektrodenstrom und die Kühlflüssigkeit führende Kühlsystem 3a ein geschweißtes oder gegossenes metallisches Teil 19 eingepaßt und eingeschoben. 20 und 21 stellen Wasserzu-und -abfuhr dar. In den vier äußeren, senkrechten Kanälen 22 sind wechselseitig angeordnete, in vorliegenden Fall horizontale Umlenkbleche 23 vorgesehen, die mit dem Teil 19 fest verbunden oder einstückig ausgebildet sind.
- Unterhalb des Einspannteiles 2a ist das den Elektrodenstrom und die Kühlflüssigkeit führende Kühlsystem mit Abstand von einem Metallrohr 11a umgeben. Das Metallrohr 11a ist wieder gegenüber dem stromführenden Kühlsystem elektrisch isoliert. Zu diesem Zweck ist wiederum ein an dem Metallrohr 11a angeschweißter Flansch 12a über einen Distanzring 13a aus hitzebeständigem Isoliermaterial am unteren Ende des zylindrischen Einspannteiles 2a befestigt. Als Befestigung ist eine dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ähnliche Schraubverbindung 14a, 15a gewählt. Zum Schutze der Schraubverbindung 14a und 15a ist in diesem Ausführungsbeispiel auf der Außenfläche des Metallzohres 11a ein ringförmig ausgebildetes, metallisches Blech 24 angeschweißt oder angeschraubt.
- Zwischen dem Metallrohr 11a und dem den Elektrodenstrom und die Kühlflüssigkeit führenden Rohr 18 ist die feuerfeste Substanz 17a entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel angeordnet.
Claims (15)
dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitssystem aus wenigstens einem Paar metallischer Rohre (4 bis 7) besteht, die das Gewindeteil (8) zum Aufschrauben der Elektrodenspitze tragen und durch wenigstens einen Flüssigkeitskanal (9, 10) im Gewindeteil miteinander in Verbindung stehen.
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