EP0077513B1 - Verfahren zur Verhinderung des Abbrands an einer stromleitenden Elektrode für metallurgische Oefen und Elektrode - Google Patents

Verfahren zur Verhinderung des Abbrands an einer stromleitenden Elektrode für metallurgische Oefen und Elektrode Download PDF

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EP0077513B1
EP0077513B1 EP82109375A EP82109375A EP0077513B1 EP 0077513 B1 EP0077513 B1 EP 0077513B1 EP 82109375 A EP82109375 A EP 82109375A EP 82109375 A EP82109375 A EP 82109375A EP 0077513 B1 EP0077513 B1 EP 0077513B1
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nipple
metal pipes
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Emil Elsner
Josef Messmer
Dietfried Reiber
Peter Kaiser
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C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG
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Von Roll AG
C Conradty Nuernberg GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/10—Mountings, supports, terminals or arrangements for feeding or guiding electrodes
    • H05B7/101—Mountings, supports or terminals at head of electrode, i.e. at the end remote from the arc
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/12—Arrangements for cooling, sealing or protecting electrodes

Definitions

  • the invention relates to a method for preventing the erosion on peripheral surfaces of a current-conducting electrode for metallurgical furnaces, which is composed of a permanent top part and an edible tip and is cooled in the top part, and a current-conducting electrode for carrying out the method.
  • the consumption of graphite electrodes is made up as follows: Of the total consumption, about 50% is the erosion of the electrode tip, about 45% of the side electrode erosion and about 5% is lost due to electrode breakage.
  • Electrodes are known in which the upper part does not consist of graphite but of a metal, for example a copper tube, which is cooled by a cooling medium, cf. e.g. B. DE-A-1 565 751 or EP-A-12 573.
  • An edible graphite tip is attached to this upper part by means of a threaded nipple made of graphite or metal.
  • the metal parts of the upper part made of metal have the disadvantage that they are subject to higher heat losses and the risk of burning when in contact with conductive parts, for. B. steel scrap.
  • the permanent upper part is made of graphite or carbon and is cooled below the burn-off temperature by a cooling medium guided inside the same.
  • an electrode is used in which the permanent upper part with two or more metal tubes extending in the longitudinal direction over the entire length of the upper part, for. B. of copper, is provided, in which the cooling medium circulates.
  • the current-conducting electrode shown in FIG. 1 is composed of three electrode parts I, II, III, of which parts 1, II form the permanent upper part and part 111 forms the consumable tip of the electrode.
  • the electrode is covered by a cover plate 1 which projects over the cross section of the electrode in order to prevent it from slipping through the electrode holder.
  • a support bracket 3 is also attached to the cover plate 1.
  • the electrode parts I, 11, 111 are screwed tightly by means of threaded nipples 4, 5 arranged in the center of the electrode cross section.
  • the threaded nipple 4 can also be made of graphite or copper, while the threaded nipple 5, as will be shown, is expediently made of copper.
  • a tongue and groove connection can be used.
  • the electrode does not have to be composed of the three parts I, 11, 111 shown in FIG. 1.
  • the upper part can either consist of only a single electrode part or of more than two electrode parts.
  • the inventive design of the electrode is explained in more detail with reference to FIGS. 2 and 3.
  • the nipple 4 is no longer completely drawn here since it remains unchanged compared to known designs.
  • a number of copper tubes 6, one of which is shown in FIG. 2, extend through the electrode parts I, II of the permanent upper part.
  • the copper tubes 6 are provided with an external thread at their ends the nuts 7 are screwed onto the upper end with a flange and nuts 9 are screwed onto the lower end.
  • an intermediate plate 10 is arranged, through which the copper tubes 6 extend and which is held by the nuts 9.
  • a recess 11 is provided at each pipe mouth, into which two conical rings 12, 13 made of soft copper are inserted and which are pressed together by the nut 9, so that a good conductive contact between the copper pipe 6 and the intermediate plate 10 is produced. Only a conical ring could also be used, but then the recess 11 would also have to be conical.
  • the copper tubes 6 with their nuts 7, 9 represent tie rods with which the electrode parts I, II are firmly clamped.
  • the permanent upper part is considerably reinforced by the copper pipes 6 on the one hand and by the pretensioning of the nuts 7, 9 on the other hand.
  • the nipple 5 is firmly screwed onto the intermediate plate 10 by means of screws 14.
  • the nipple 5 has a cylindrical portion 15 adjoining the intermediate plate 10, to which the conical thread portion 16 adjoins.
  • the intermediate plate 10 and the cylindrical portion 15 of the nipple 5 are centered by the projection and recess 17 and surrounded by a graphite ring 18. So that there is a perfect contact between the end of the copper tube 6 and the nipple section 15, a sealing ring 19, for. B. made of silver.
  • the intermediate plate 10 and the nipple 5 are suitably made of copper.
  • the consumable tip III of the electrode is firmly screwed onto the conical nipple portion 16.
  • An axial bore 20 is provided in the center of the electrode, through which gases can be fed to the arc region.
  • a cooling medium for. B. water, with which the permanent upper part is cooled to such an extent that no erosion occurs on the peripheral surface. This is the case when e.g. B. in graphite electrodes the temperature is below 600 ° C.
  • the tubes are, as can be seen from Fig. 3, in series, i. H. connected in series.
  • six copper tubes 6 are arranged, which are designated a-b-c-d-e-f in accordance with the sequence of their flow.
  • Arrow 21 shows the entry of the cooling medium into tube a.
  • Channels 22 (FIG. 2) connected to the copper tubes 6 are drilled in the nipple 5 and establish the connection to the adjacent copper tubes 6.
  • the coolant flows from the tube a through the nipple 5 and reaches the tube b through appropriate channels.
  • the pipes are connected to one another by means of pipe elbows 23, which are provided with flanges 24, onto which nuts 7 are screwed by means of screws 25.
  • the flange of nut 7 is so large that flange 24 of pipe elbows 23 is screwed on can be.
  • the cooling medium flows via the pipe bend bc into the pipe c, then via channels cd in the nipple 5 into the pipe d, from there via the pipe bend de into the pipe e, and from there via the channels ef into the pipe f and from there in the sequence indicated by arrow 26.
  • the advantage of connecting the copper tubes 6 in series is that only one inlet and one outlet are required for the cooling medium. However, it would also be possible to connect the copper tubes 6 partly in series and partly in parallel or completely in parallel.
  • the previously used electrode holder can be used, so that no structural changes are necessary. A smooth flow of electricity is ensured; as usual, this passes from the jaws of the electrode holder 2 to the graphite in the electrode part 1.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung des Abbrands an Umfangsflächen einer stromleitenden Elektrode für metallurgische Oefen, die sich aus einem dauerhaften Oberteil und einer verzehrbaren Spitze zusammensetzt und im Oberteil gekühlt wird, sowie eine stromleitende Elektrode zur Durchführung des Verfahrens.
  • Zum Betrieb metallurgischer Oefen, z. B. Elektroöfen zum Schmelzen von Stahlschrott, werden gewöhnlich Graphit- oder Kohleelektroden verwenden. Da diese während des Schmelzbetriebs einem dauernden Abbrand unterliegen, müssen sie periodisch mindestens teilweise erneuert werden. Die Rohstoffe zur Herstellung solcher Elektroden verknappen jedoch immer mehr und unterliegen zudem dauernden Preissteigerungen, wodurch die anteiligen Kosten für die Elektroden bei den metallurgischen Prozessen entsprechend zunehmen.
  • Beim Lichtbogenofen setzt sich beispielsweise der Verbrauch an Graphitelektroden wie folgt zusammen : Vom Gesamtverbrauch sind etwa 50 % Abbrand der Elektrodenspitze, etwa 45 % seitlicher Elektrodenabbrand und etwa 5 % Verluste durch Elektrodenbruch.
  • Es sind verschiedene Anstrenungen unternommen worden, um den Verbrauch an Graphitelektroden zu senken. Da der Spitzenabbrand durch den Betrieb des Ofens gegeben ist, hat man die Bemühungen vor allem auf die Verringerung des seitlichen Abbrandes gerichtet. Bekannt sind Elektroden, bei denen der obere Teil nicht aus Graphit, sondern aus einem Metall besteht, beispielsweise aus einem Kupferrohr, das durch ein Kühlmedium gekühlt wird vgl. z. B. DE-A-1 565 751 oder EP-A-12 573. An diesem Oberteil ist mittels eines Gewindenippels aus Graphit oder Metall eine verzehrbare Spitze aus Graphit befestigt. Die aus Metall bestehenden Elektrodenteile des Oberteils weisen den Nachteil auf, dass sie höheren Wärmeverlusten unterliegen und die Gefahr des Durchbrennens bei Kontakt mit leitenden Teilen, z. B. Stahlschrott, besteht. Um den letzteren Nachteil zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, die Elektrodenteile aus Metall umfangseitig elektrisch zu isolieren. Die hierzu verwendeten bekannten Isoliermittel weisen jedoch keine genügende Haltbarkeit auf. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass solche Elektrodenteile aus Metall nur schwer in herkömmliche Elektrodenhalterungen eingespannt werden können und bei der Stromzuführung Schwierigkeiten auftreten.
  • Weiter ist es bekannt, zum Vermeiden des seitlichen Abbrandes die aus Graphit bestehenden Elektrodenteile zu beschichten oder zu imprägnieren. Beide Verfahren sind jedoch sehr aufwendig. Zudem können auch hier Schwierigkeiten bei der Stromzuführung in der Elektrodenhalterung auftreten.
  • Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt, das Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass eine wesentliche Verminderung des seitlichen Abbrandes mit vertretbarem Aufwand erreicht wird, ohne dabei die Elektrode in ihrer äusseren Form zu ändern oder zusätzliche Massnahmen vorzusehen.
  • Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der dauerhafte Oberteil aus Graphit oder Kohle hergestellt und durch ein im Innern desselben geführtes Kühlmedium unter Abbrandtemperatur gekühlt wird.
  • Für die Durchführung des Verfahrens dient eine Elektrode, bei der der dauerhafte Oberteil mit zwei oder mehr sich in Längsrichtung über die Gesamtlänge des Oberteils erstreckenden Metallrohren, z. B. aus Kupfer, versehen ist, in denen das Kühlmedium zirkuliert.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen :
    • Figur 1 eine Ansicht einer stromleitenden Elektrode,
    • Figur 2 eine vergrösserte Darstellung der Elektrode nach Fig. 1, teilweise im Schnitt, und
    • Figur 3 eine Draufsicht der Elektrode nach Fig. 2.
  • Die in Fig. 1 dargestellte stromleitende Elektrode setzt sich aus drei Elektrodenteilen I, II, III zusammen, von denen die Teile 1, II den dauerhaften Oberteil und der Teil 111 die verzehrbare Spitze der Elektrode bilden. Am oberen Ende ist die Elektrode durch eine Deckplatte 1 abgedeckt, die über den Querschnitt der Elektrode vorsteht, um ein Durchrutschen durch die Elektrodenhalterung zu vermeiden. Unter der Deckplatte 1 ist ein Teil der Elektrodenhalterung 2 erkennbar, die zur Aufnahme der Elektrode in nicht näher dargestellter Weise ausgebildet ist. An der Deckplatte 1 ist zudem ein Tragbügel 3 befestigt.
  • Die Elektrodenteile I, 11, 111 sind durch im Zentrum des Elektrodenquerschnitts angeordnete Gewindenippel 4, 5 fest verschraubt. Der Gewindenippel 4 kann ebenfalls aus Graphit oder aber aus Kupfer hergestellt sein, während der Gewindenippel 5, wie noch gezeigt wird, zweckmässig aus Kupfer hergestellt ist. Anstelle des Nippels 4 kann eine Feder-Nut-Verbindung verwendet werden. Die Elektrode muss nicht aus den in Fig. 1 dargestellten drei Teilen I, 11, 111 zusammengesetzt sein. Der Oberteil kann entweder nur aus einem einzigen Elektrodenteil oder aber aus mehr als zwei Elektrodenteilen bestehen.
  • Die erfindungsgemässe Ausbildung der Elektrode wird anhand von Fig. 2 und 3 näher erläutert. Der Nippel 4 ist hier nicht mehr vollständig gezeichnet, da er gegenüber bekannten Ausführungen unverändert bleibt. Durch die Elektrodenteile I, II des dauerhaften Oberteils erstrecken sich mehrere, in das Elektrodenmaterial eingebettete Kupferrohre 6, von denen eines in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kupferrohre 6 sind an ihren Enden mit einem Aussengewinde versehen, auf das am oberen Ende Muttern 7 mit einem Flansch und am unteren Ende Muttern 9 aufgeschraubt sind.
  • Am unteren Ende des Oberteils ist eine Zwischenplatte 10 angeordnet, durch die sich die Kupferrohre 6 erstrecken und die von den Muttern 9 gehalten wird. In der Zwischenplatte 10 ist bei jeder Rohrmündung eine Ausnehmung 11 vorgesehen, in die zwei konische Ringe 12, 13 aus Weichkupfer eingelegt sind und die durch die Mutter 9 zusammengepresst werden, so dass ein gutleitender Kontakt zwischen dem Kupferrohr 6 und der Zwischenplatte 10 entsteht. Es könnte auch nur ein konischer Ring verwendet werden, jedoch müsste dann die Ausnehmung 11 ebenfalls konisch ausgebildet sein. Die Kupferrohre 6 mit ihren Muttern 7, 9 stellen Zuganker dar, mit denen die Elektrodenteile I, II fest eingespannt sind. Der dauerhafte Oberteil wird durch die Kupferrohre 6 einerseits und durch die Vorspannung der Muttern 7, 9 andererseits wesentlich verstärkt.
  • Auf die Zwischenplatte 10 wird der Nippel 5 mittels Schrauben 14 fest aufgeschraubt. Der Nippel 5 weist eine zylindrische, an die Zwischenplatte 10 anschliessende Partie 15 auf, an welche die konische Gewindepartie 16 anschliesst. Die Zwischenplatte 10 und die zylindrische Partie 15 des Nippels 5 sind durch Vor- und Rücksprung 17 zentriert und von einem Graphitring 18 umgeben. Damit ein einwandfreier Kontakt zwischen dem Ende des Kupferrohrs 6 und der Nippelpartie 15 besteht, wird ein Dichtungsring 19, z. B. aus Silber, eingelegt. Die Zwischenplatte 10 und der Nippel 5 bestehen zweckmässig aus Kupfer.
  • Auf die konische Nippelpartie 16 wird die verzehrbare Spitze III der Elektrode fest aufgeschraubt. Im Zentrum der Elektrode ist eine Axialbohrung 20 vorgesehen, durch welche Gase dem Lichtbogenbereich zugeführt werden können.
  • Durch die Kupferrohre 6 wird ein Kühlmedium, z. B. Wasser, eingeleitet, mit dem der dauerhafte Oberteil soweit gekühlt wird, dass kein Abbrand an der Umfangsfläche auftritt. Dies ist dann der Fall, wenn z. B. bei Graphitelektroden die Temperatur unter 600 °C liegt. Die Rohre werden, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, in Serie, d. h. hintereinander geschaltet. Im Beispiel nach Fig. 3 sind sechs Kupferrohre 6 angeordnet, die entsprechend der Reihenfolge ihrer Durchströmung mit a-b-c-d-e-f bezeichnet sind. Pfeil 21 zeigt den Eintritt des Kühlmediums in das Rohr a. Im Nippel 5 sind mit den Kupferrohren 6 verbundene Kanäle 22 (Fig. 2) gebohrt, die die Verbindung zu den benachbarten Kupferrohren 6 herstellen. Vom Rohr a fliesst das Kühlmittel durch den Nippel 5 und gelangt durch entsprechende Kanäle ab in das Rohr b. Am oberen Ende sind die Rohrleitungen mittels Rohrbogen 23 miteinander verbunden, die mit Flanschen 24 versehen, auf die Muttern 7 mittels Schrauben 25 aufgeschraubt sind.. Der Flansch der Muttel 7 ist zu diesem Zweck so gross ausgebildet, dass der Flansch 24 des Rohrbogens 23 aufgeschraubt werden kann. Aus dem Rohr b fliesst das Kühlmedium über den Rohrbogen bc ins Rohr c, dann über Kanäle cd im Nippel 5 in das Rohr d, von dort über den Rohrbogen de in das Rohr e, von dort über die Kanäle ef in das Rohr f und von dort in den durch Pfeil 26 angedeuteten Ablauf. Der Vorteil der Serieschaltung der Kupferrohre 6 liegt darin, dass nur ein Einlauf und ein Auslauf für das Kühlmedium erforderlich ist. Es wäre jedoch auch möglich, die Kupferrohre 6 teilweise in Serie und teilweise parallel oder ganz parallel zu schalten.
  • Da durch die erfindungsgemässe Ausführung des dauerhaften Oberteils der Elektrode die äussere Form nicht geändert wird, kann die bisher verwendete Elektrodenhalterung verwendet werden, so dass keine konstruktiven Aenderungen daran notwendig sind. Es ist für einen einwandfreien Stromfluss gesorgt ; dieser geht wie üblich von den Klemmbacken der Elektrodenhalterung 2 auf den Graphit im Elektrodenteil 1 über.

Claims (12)

1. Verfahren zur Verhinderung des Abbrands an Umfangsflächen einer stromleitenden Elektrode für metallurgische Oefen, die sich aus einem dauerhaften Oberteil (I, II) und einer verzehrbaren Spitze (111) zusammensetzt und im Oberteil gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der dauerhafte Oberteil aus Graphit oder Kohle hergestellt und durch ein im Innern desselben geführtes Kühlmedium unter Abbrandtemperatur gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium, z. B. Wasser, im Zwangsumlauf geführt wird.
3. Elektrode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dauerhaften Oberteil (1, 11) und eine verzehrbare Spitze (111), wobei der dauerhafte Oberteil (I, II) aus Graphit oder Kohle besteht und mit zwei oder mehr sich in Längsrichtung über die Gesamtlänge des Oberteils erstreckende Metallrohre (6), z. B. aus Kupfer, versehen ist, in denen das Kühlmedium zirkuliert.
4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberteil (I, II) am oberen Ende eine Deckplatte (1) und am unteren Ende eine Zwischenplatte (10) aufweist, wobei sich die Metallrohre (6) durch diese Platten erstrecken und über Spannmittel, z. B. auf die Rohrenden aufgesetzte Flanschenmuttern (7) und Muttern (9), das Oberteil einspannen und verstärken.
5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass an der Zwischenplatte (10) ein Nippel (5) zum Anschrauben der verzehrbaren Spitze (111), z. B. durch Schraubenbolzen (14), befestigt ist, in dem Kanäle (22) gebohrt sind, die an die in der Zwischenplatte (10) mündenden Enden der Metallrohre (6) anschliessen.
6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Nippel (5) und den Enden der Metallrohre (6) Dichtungen (19) angebracht sind, die aus gutleitenden Metallen bestehen.
7. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zwischenplatte (10) und den Enden der Metallrohre (6) spannbare Dichtungsringe (12, 13), z. B. Ringspannelemente, aus gutleitendem Metall angebracht sind.
8. Elektrode nach Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsringe (12, 13) und die Dichtung (19) aus einem der Metalle Weichkupfer oder Silber bestehen.
9. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenplatte (10) und der Nippel (5) aus einem gutleitenden Material, z. B. Kupfer, bestehen.
10. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (7, 9) der Metallrohre (6) zum Zusammenspannen eines aus zwei oder mehr Teilstücken bestehenden Oberteils (1, II) dienen.
11. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallrohre (6) in Serie geschaltet und durch an der Deckplatte (1) und in dem' Nippel (5) vorgesehene Verbindungskanäle (22, 23) verbunden sind.
12. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle auf der Oberseite der Deckplatte (1) Rohrbögen (23) sind.
EP82109375A 1981-10-15 1982-10-09 Verfahren zur Verhinderung des Abbrands an einer stromleitenden Elektrode für metallurgische Oefen und Elektrode Expired EP0077513B1 (de)

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