EP0120312B1

EP0120312B1 - Nachsetz- und Haltevorrichtung für eine Elektrode eines Lichtbogenofens

Info

Publication number: EP0120312B1
Application number: EP84101964A
Authority: EP
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. Ehle
Original assignee: Fuchs Systemtechnik GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Germany GmbH
Priority date: 1983-03-02
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1987-05-20
Also published as: DE3307259A1; EP0120312A1; DE3463887D1; ES530210A0; ES8500545A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Nachsetz- und Haltevorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Vorrichtungen dieser Art, wie sie beispielsweise durch die CH-A-340 565 bekannt geworden sind, besteht das Problem, daß der Kontakt zwischen der unteren Fassung, die die Stromzuführung besorgt und dem Elektrodenkern durch Ablagerung von Staub verschlechtert wird. Um dem entgegenzuwirken, wird der Elektrodenkern beim Absenken mittels einer äußeren Kraft durch die angezogene Fassung geschoben und es werden die Kontaktflächen hierdurch sauber geputzt. Auf diese Weise wird ein einer zuverlässigen Betriebsweise entgegenwirkender Belag an der Innenseite der Backen der Fassung vermieden.
Durch die DE-C-976 617 ist eine Nachsetzvorrichtung bekannt geworden, bei der der Elektrodenkern einer Metallmantelelektrode mit einem Außengewinde versehen ist und mittels einer als Schraubvorrichtung ausgebildeten oberen Vorschubeinrichtung durch eine mit einem Innengewinde versehene untere Halteeinrichtung geschraubt und abgesenkt werden kann. Die untere Halteeinrichtung ist innerhalb des Elektrodenmantels angeordnet und dient zugleich der Stromeinleitung in den Elektrodenkern über den elektrisch leitenden Elektrodenmantel. Nach dem Absenken des Elektrodenkerns wird die obere Vorschubeinrichtung wieder in die Ausgangslage zurückgeschraubt.
Vorrichtungen dieser Art setzen einen mit einem Außengewinde versehenen Elektrodenkern voraus. Eine Schraubverbindung gewährleistet in dem rauhen Betrieb eines Stahlwerks nicht die gewünschte Betriebssicherheit.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nachsetz-und Haltevorrichtung für eine Elektrode eines Lichtbogenofens verfügbar zu machen, die sich durch einfachen Aufbau, geringen Platzbedarf und hohe Zuverlässigkeit auszeichnet.
Die Aufgabe ist, bei einer Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die untere Spannvorrichtung innerhalb des Elektrodenmantels angeordnet und damit geschützt und sie ist in Form wenigstens einer radial verschiebbaren Spannbacke ausgebildet, die mittels einer innerhalb des Elektrodenmantels nach unten geführten Betätigungsstange durch einen Keil- oder Exzentermechanismus betätigbar ist. Durch die in den Ansprüchen 5 und 6 angegebenen Zusatzmaßnahmen kann verhindert werden, daß der Elektrodenkern oberhalb der unteren Spannvorrichtung Staubeinwirkungen ausgesetzt ist und damit die Betriebssicherheit weiter erhöht werden.
Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von 8 Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode für Lichtbogenöfen gemäß der Schnittlinie I-I Von Fig. 2 in einer schematischen Darstellung,
Fig. 2 den Querschnitt 11-11 von Fig. 1,
die Fig. 3 und 4 Teilschnittdarstellungen von zwei Ausführungsformen für die obere

Fig. 5 in einer Teilschnittansicht die Ausbildung einer radial feststehenden Spannbacke der unteren Spannvorrichtung,
Fig. 6 bis 8 jeweils in Teilschnittansichten verschiedene Ausbildungen von sektorförmigen, radial verschiebbaren Spannbacken der unteren Spannvorrichtung,
Fig, 9 in einer Seitenansicht eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Elektrode 1 für Lichtbogenöfen enthält einen an einem Elektrodentragarm 2 befestigten Elektrodenmantel 3 sowie einen in diesem axial verschiebbaren Elektrodenkern 4 aus verzehrbarem Material, der im Betriebszustand der Elektrode mit seiner Spitze 5 unten aus dem Elektrodenmantel 3 herausragt und an dem oben weitere Stücke des Elektrodenkerns durch Nippel 6 annippelbar sind. Derartige Elektroden gelangen insbesondere zum Einsatz in Lichtbogenöfen, in denen Schrott und Eisenschwamm zu Stahl oder Stahlvormaterial eingeschmolzen wird. Da der Elektrodenkern nur mit seiner Spitze aus dem Elektrodenmantel herausragt und über eine wesentliche Länge gegenüber der Ofenatmosphäre oder einstürzende Schrotteile beim Einbrennen eines Kraters in das Einsatzmaterial geschützt ist, ist die Lebensdauer gegenüber ungeschützten Elektroden wesentlich erhöht und die Gefahr von Elektrodenbrüchen wesentlich vermindert.
Der Elektrodenmantel 3 ist wie üblich als flüssigkeitsgekühlter Mantel ausgebildet und weist zu diesem Zweck ein inneres Metallrohr 7 und ein äußeres Metallrohr 8 auf. Im Zwischenraum 9 zwischen diesen beiden Metallrohren wird die Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Kühlwasser, geführt. Zum Schutz des äußeren Metallrohres 8 ist auf diesem eine Schicht 10 aus Feuerfestmasse aufgebracht, deren Halt durch Stifte 11 verbessert wird.
Der Elektrodenkern 4 wird durch eine sich am Elektrodentragarm 2 abstützende obere Vorschubeinrichtung 12 sowie durch eine innerhalb des Elektrodenmantels 3 angeordnete und von diesem getragene untere steuerbare Spannvorrichtung 13 gehalten. Die untere Spannvorrichtung 13 befindet sich vorzugsweise im unteren Endbereich des Elektrodenmantels 3.
Die obere Vorschubeinrichtung 12 ist als . Schubmechanismus ausgebildet, der eine den Elektrodenkern umfassende steuerbare Spannvorrichtung 14 enthält, welche innerhalb einer Führungshülse 15 koaxial zur Elektrodenachse verschiebbar ist. Diesem Schubmechanismus ist ein Energiespeicher zugeordnet, der bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Anzahl von um den Elektrodenkern 4 angeordneten Druckfedern 16 umfaßt, die durch das Gewicht der oberen steuerbaren Spannvorrichtung nur unwesentlich, bei zusätzlicher Einiwirkung des Gewichts des Elektrodenkerns jedoch um einen wesentlichen Betrag zusammengedrückt werden. Zur Begrenzung des Hubs 17 der Absenkbewegung ist ein Anschlag 18 vorgesehen. Die obere steuerbare Spannvorrichtung 14 enthält ebenso wie die untere steuerbare Spannvorrichtung 13, die in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt ist, zwei kreisringsektorförmige radial feststehende Spannbacken 19 und eine kreisringsektorförmige radial verschiebbare Spannbacke 20. Die Spannbacken sind, wie Fig. 2 für die untere Spannvorrichtung erkennen läßt, bei der die radial feststehenden Spannbacken mit 21 und die radial verschiebbare Spannbacke mit 22 bezeichnet sind, um den Umfang des Elektrodenkerns 4 verteilt angeordnet. Die beiden radial feststehenden Spannbacken, die bei der unteren Spannvorrichtung 13 als integriertes Teil des Metallrohres 7 des Elektrodenmantels ausgebildet sind, sind mit einem gegenseitigen Winkelabstand von etwa 90° gegenüber der radial verschiebbaren Spannbacke 22 angeordnet (siehe Fig. 2).
Die radial verschiebbaren Spannbacken 20 und 22 der oberen und der unteren steuerbaren Spannvorrichtung sind bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 als Keile ausgebildet, die beim Absenken durch eine keilförmige Führungsfläche 23 bzw. 24 der oberen bzw. unteren Spann-Vorrichtung 14 bzw. 13 gegen den Elektrodenkern 4 gedrückt werden und diesen wiederum in radialer Richtung gegen die radial feststehenden Spannbacken 19 bzw. 21 drücken und festspannen. Bei einer Aufwärtsbewegung der Keile wird der Anpressdruck durch die aufgrund der Kegelflächen 23 und 24 radial verschiebbaren Spannbacken 20 und 22 wieder gelöst, d.h. die Spannwirkung aufgehoben. Die Auf- und Abwärtsbewegung der steuerbaren Spannbacken 20 und 22 zum Lösen und Festspannen des Elektrodenkerns erfolgt durch Betätigungseinrichtungen 25, von denen nur die der oberen steuerbaren Spannbacke 20 zugeordnete Betätigungseinrichtung dargestellt ist. Die Betätigungseinrichtung für die untere Spannbacke 22 ist in der Nähe des Elektrodentragarms 2 innerhalb des Elektrodenmantels 3 untergebracht und die Spannbacke 22 durch eine Betätigungsstange 26 mit dieser Betätigungseinrichtung verbunden. Die Querschnittsansicht gemäß Fig. 2 läßt noch erkennen, in welcher Form die keilförmig ausgebildete Spannbacke 22 axial geführt werden kann. Zu diesem Zweck sind innerhalb des Metallrohrs 7 zwei axiale Vorsprünge 27 vorgesehen.
Im Hinblick auf den Betätigungsmechanismus für die untere steuerbare Spannvorrichtung 13 ist es zweckmäßig, wenn die Einleitung des Elektrodenstroms in den Elektrodenkern möglichst weit unten erfolgt, um eine Aufheizung des Elektrodenkerns innerhalb des Elektrodenmantels durch den Elektrodenstrom weitgehend zu vermeiden. Deshalb wird im vorliegenden Fall der Elektrodenstrom über die Metallrohre 7 und 8 und die untere Spannvorrichtung 13 zugeführt, während die obere Spannvorrichtung 14 gegenüber der Stromzuführung elektrisch isoliert ist. Die Stromzuführung kann in ähnlicher Weise erfolgen, wie es in der DE-PS 976 617 beschrieben ist.
Das Absenken bzw. Nachsetzen des Elektrodenkerns erfolgt bei der in Fig. 1 dargestellten Elektrode in der folgenden Weise.
Der in Fig. 1 dargestellte Zustand ist der betriebsbereite Zustand der Elektrode, bei dem der Elektrodenkern 4 durch Niederdrücken der steuerbaren Spannbacke 20 und der steuerbaren Spannbacke 22 sowohl durch die obere Spannvorrichtung 14 als auch durch die untere Spannvorrichtung 13 eingespannt und festgehalten wird. Das Gewicht des Elektrodenkerns 4 wird hierbei durch die untere Spannvorrichtung 13 und damit durch den Elektrodenmantel 3 aufgenonmen.
Der Verbrauch des Elektrodenkerns aus verzehrbarem Material erfordert ein Absenken bzw. Nachsetzen des Elektrodenkerns um 100 bis 300 mm pro Schmelzzyklus. Dieses Absenken erfolgt im vorliegenden Fall dadurch, daß von den beiden festgezogenen Spannvorrichtungen 14 und 13 die untere Spannvorrichtung 13 gelöst wird, so daß das Gewicht des Elektrodenkerns 4 nunmehr über die obere Spannvorrichtung 14 von den Druckfedern 16 aufgenommen werden muß Die Druckfedern 16 werden durch diese Belastung zusanmengedrückt, bis die Abwärtsbewegung der oberen Spannvorrichtung 14 durch den Anschlag 18 begrenzt wird. Die obere Spannvorrichtung 14 und mit ihr der Elektrodenkern 4 führen hierbei eine dem Hub 17 entsprechende Abwärtsbewegung aus. Dieser Hub soll dem Verbrauch des Elektrodenkerns pro Schmelzzyklus angepaßt sein. Gegebenenfalls kann die Höhe des Anschlags 18 einstellbar ausgebildet sein, so daß sich je nach Bedarf verschiedene Absenkmaße realisieren lassen.
Nach dem Absenken der oberen Spannvorrichtung 14 bis zur Anlage an den Anschlag 18 wird die untere Spannvorrichtung 13 durch Absenken der Betätigungsstange 26 wieder angezogen, so daß der Elektrodenkern durch diese Spannvorrichtung gehalten wird Sodann wird durch Anheben der keilförmigen Spannbacke 20 die obere Spannnorrichtung 14 gelöst. Damit lastet auf den Druckfedern 16 nur noch das Gewicht der Spannnorrichtung 14 und diese wird durch die Federkraft um das Maß des Hubs 17 in die in Fig. 1 dargestellte Position angehoben. Schließlich wird durch Absenken der steuerbaren Spannbacke 20 mittels der Betätigungseinrichtung 25 die obere Spannvorrichtung 14 wieder angezogen, so daß der Elektrodenkern 4 durch die untere Spannvorrichtung 13 festgehalten und durch die obere Spannvorrichtung 14 geführt wird. Bei Bedarf werden weitere Stücke des Elektrodenkerns 4 von oben angenippelt.
Fig. 3 stellt in einer Schnittansicht einen Teil einer weiteren Ausführungsform der oberen Vorschubeinrichtung 12 dar. Hier sind anstelle der Federn 16 mit Kühlflüssigkeit gefüllte Axialwellrohrkompensatoren 31 vorgesehen, die ebenfalls verteilt um den Elektrodenkern angeordnet sind. Anstelle der Führungshülse 15 ist jedem Axialwellrohrkompensator 31 eine Führungsbüchse 32 zugeordnet, die einen Führungsflansch 33 einer der oberen Spannvorrichtung 14 entsprechenden Spannvorrichtung 34 führt. Diese nicht näher dargestellte Spannvorrichtung enthält einen Kühlflüssigkeitsraum 35, der über einen schmalen Ringspalt 36 mit dem Kühlflüssigkeitsraum des Axialwellrohrkompensators 31 in Verbindung steht. Als Anschlag zur Begrenzung des Hubs dient im vorliegenden Fall ein Absatz 37.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform kann durch einen entsprechenden Kühlflüssigkeitsdruck sowohl eine Aufwärtsbewegung als auch eine gezielte Abwärtsbewegung der oberen Spannvorrichtung 34 durchgeführt werden. Die nach oben gerichtete Kraft ergibt sich aus der Anzahl der Axialwellrohrkompensatoren multipliziert mit dem mittleren Querschnitt dieser Kompensatoren und multipliziert mit dem Kühlflüssigkeitsdruck. Bei einer bevorzugten Ausführungsform stehen die Flüssigkeitsräume der Axialwellrohrkompensatoren mit den Flüssigkeitsräumen des Elektrodenmantels 3 in Verbindung.
Bei einer Abwärtsbewegung der oberen Spannvorrichtung 34 nach dem Lösen der unteren Spannvorrichtung wird die Kühlflüssigkeit aus den Axialwellrohrkompensatoren in den Kühlflüssigkeitsraum 35 der oberen Spannvorrichtung verdrängt. Der schmale Ringspalt 36 sorgt für eine gedämpfte Abwärtsbewegung der oberen Spannvorrichtung 34 und somit des Elektrodenkerns.
Nachdem der Elektrodenkern um das durch den Anschlag 37 begrenzte Maß abgesenkt ist, wird die untere Spannvorrichtung betätigt und die obere Spannvorrichtung gelöst. Der Kühlwasserdruck bewirkt, daß die Axialwellrohrkompensatoren 31 die Obere Spannvorrichtung wieder bis in die in Fig. 3 dargestellte Position anheben. Da der Hubvorgang vom Kühlwasserdruck abhängig ist, ist es zweckmäßig, nicht nur die Abwärtsbewegung sondern auch die Aufwärtsbewegung durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Anschlag zu begrenzen. Im übrigen eignet sich diese Ausführungsform bei separatem Kreislauf für die Kühlflüssigkeit dazu, durch Ändern des Flüssigkeitsdrucks die Größe des Hubs einzustellen.
Fig. 4 zeigt eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der oberen Vorschubeinrichtung der erfindungsgemäßen Elektrode. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß anstelle der Führung durch eine Hülse 15 mehrere längs des Umfangs der Elektrode verteilte Führungszapfen 41 vorgesehen sind, die jeweils von einer Druckfeder 16 umgeben sind.
Fig. 5 zeigt in vergrößerter Darstellung die Ausbildung einer kreisringsektorförmigen radial feststehenden Spannbacke 21 entsprechend dem Schnitt V-V von Fig. 2 im Spannzustand der unteren Spannvorrichtung 13.
Fig. 6 stellt ebenfalls in vergrößertem Maßstab den Bereich der radial verschiebbaren Spannbacke 22 entsprechend dem Schnitt I-I von Fig. 2 dar. Die konische Fläche 24 ist an der Seite, an der die keilförmige Spannbacke 22 angedrückt wird, mit einer Schicht 61 versehen, die im Sinne einer Herabsetzung des elektrischen Übergangswiderstandes ausgewählt ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist die untere steuerbare Spannbacke 22 selbst keilförmig ausgebildet und stellt durch Auf- und Abwärtsbewegung den gelösten oder den Spannzustand her. Bei der Ausbildung nach Fig. 7 ist eine gesonderte rückfedernde Spannbacke 71 vorgesehen, die durch einen Keil 72 gegen den Elektrodenkern gedrückt und von diesem wieder gelöst werden kann. Der Keil stützt sich an der Kegelfläche eines äußeren Metallrohres 73 ab, das dem Metallrohr 8 von Fig. 1 entspricht.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 wird zum Betätigen der unteren Spannvorrichtung ein Exzenter 81 benutzt, der über eine Betätigungsstange 82 mit einem steuerbaren Drehantrieb verbunden ist. Durch Drehen der Betätigungsstange 82 und damit des Exzenters 81 läßt sich die radial verschiebbare Spannbacke 83 gegen den Elektrodenkern drücken oder von diesem wieder lösen. Die in den Fig. 6 bis 8 für die untere Spannvorrichtung 13 dargestellte Art des Festspannens des Elektrodenkerns kann selbstverständlich in gleicher Weise bei der oberen Spannvorrichtung 14 angewandt werden.
Fig. 9 stellt in einer Seitenansicht eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode dar. Der Elektrodenmantel 3' ist in diesem Fall nicht durch eine Feuerfestmasse geschützt. Der oberen Vorschubeinrichtung 12' ist als Energiespeicher ein Stahlwellrohr 91 zugeordnet, das den Elektrodenkern 4 umschließt. Neben Stahl sind auch andere Materialien geeignet, die eine ausreichende Elastizität und Hitzebeständigkeit aufweisen. Die obere Vorschubeinrichtung 12' ist außerdem bei dieser Ausführungsform durch eine hutförmige Abdeckung 92 verschlossen, die den oberen Abschnitt des Elektrodenkerns umschließt und damit verhindert, daß sich auf der Oberfläche des Elektrodenkerns 4 Staub oder Materialteilchen ablagern können, die zu Störungen im Bereich der Vorschubeinrichtungen 12' bzw. 13' Anlaß geben könnten. Mit 93 ist der Wasserzu- und -rücklauf bezeichnet.

Claims

1. Nachsetz- und Haltevorrichtung für eine Elektrode (1) eines Lichtbogenofens, mit einem an einem Elektrodenarm (2) befestigten Elektrodenmantel (3) und mit einem im Elektrodenmantel axial verschiebbaren Elektrodenkern (4) aus verzehrbarem Material, der im Betriebszustand der Elektrode mit seiner Spitze (5) unten aus dem Elektrodenmantel herausragt, ferner mit einer sich am Elektrodenmantel oder Elektrodentragarm abstützenden, oberen Vorschubeinrichtung (12, 12'), die als Schubantrieb ausgebildet ist, der eine obere steuerbare Spannvorrichtung (14) für den Elektrodenkern (4) trägt und durch die der Elektrodenkern gehalten und innerhalb des Elektrodenmantels verschoben werden kann, sowie mit einer von dem Elektrodenmantel getragenen unteren steuerbaren Spannvorrichtung (13) für den Elektrodenkern, wobei die steuerbaren Spannvorrichtungen jeweils wenigstens eine ringsektorförmige, durch eine Betätigungseinrichtung (25) radial verschiebbare Spannbacke (20, 22, 71, 83) enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Spannvorrichtung (14) innerhalb des Elektrodenmantels (3) angeordnet ist und die Betätigungseinrichtung (25) für die radial verschiebbare Spannbacke (22, 71, 83) dieser Spannvorrichtung (13) eine innerhalb des Elektrodenmantels (3) nach unten geführte Betätigungsstange (26, 82) enthält, durch die mittels eines an der Spannbacke angreifenden Keil- oder Exzentermechanismus die Spannbacke gegen den Elektrodenkern verschiebbar und anpressbar und von diesem lösbar ist.

2. Nachsetz- und Haltevorrichtung für eine Elektrode eines Lichtbogenofens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (26) am unteren Ende einen Keil (72) trägt, der als Spreizkörper durch Axialverschiebung der Betätigungsstange zwischen die radial verschiebbare Spannbacke (71) und eine im Elektrodenmantel vorgesehene Gegenfläche und wieder zurück verschiebbar ist.

3. Nachsetz- und Haltevorrichtung für eine Elektrode eines Lichtbogenofens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (82) im Bereich der radial verschiebbaren Spannbacke einen zylindrischen Exzenterabschnitt (81) aufweist, der durch eine Drehbewegung der Betätigungsstange zwischen die radial verschiebbare Spannbacke (83) und eine im Elektrodenmantel vorgesehene Gegenfläche einspreizbar ist.

4. Nachsetz- und Haltevorrichtung für eine Elektrode eines Lichtbogenofens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenmantel (3) elektrisch leitend ausgebildet und an die Stromversorgung der Elektrode (1) angeschlossen ist und daß die Stromeinleitung in den Elektrodenkern (4) über die untere steuerbare Spannvörrichtung (13) erfolgt.

5. Nachsetz- und Haltevorrichtung für eine Elektrode eines Lichtbogenofens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung (12, 12') als einfach wirkender Schubantrieb mit einem Energiespeicher in Form eines den Elektrodenkern (4) umschließenden Stahlwellrohres (91) ausgebildet ist, der Schubantrieb bei angezogener oberer Spannvorrichtung (14) und gelöster unterer Spannvorrichtung (13) durch das Gewicht des Elektrodenkerns (4) unter Aufladung des Energiespeichers in eine untere Endposition verschiebbar und bei gelöster oberer Spannvorrichtung (14) durch Federkraft oder durch ein Druckmedium in eine obere Endposition verschiebbar ist.

6. Nachsetz- und Haltevorrichtung für eine Elektrode eines Lichtbogenofens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Vorschubeinrichtung (12') eine den oberen Teil des Elektrodenkerns (4) umschließende hutförmige Abdeckung (92) aufweist.