EP0340726B1 - Elektrodentragarm für einen elektrischen Lichtbogenofen - Google Patents

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EP0340726B1
EP0340726B1 EP89107936A EP89107936A EP0340726B1 EP 0340726 B1 EP0340726 B1 EP 0340726B1 EP 89107936 A EP89107936 A EP 89107936A EP 89107936 A EP89107936 A EP 89107936A EP 0340726 B1 EP0340726 B1 EP 0340726B1
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electrode
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support arm
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Uwe Kark
Karl-Heinz Dr. Klein
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Badische Stahl Engineering GmbH
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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
    • H05B7/103—Mountings, supports or terminals with jaws

Definitions

  • the electrodes of arc furnaces for steelmaking are held by support arms, which at the end have an electrode clamp and are in turn held on support columns, which allow height adjustment. Cooling water guiding devices are provided for cooling the electrode clamp and the arm itself.
  • the support arms usually used in practice have separate high-current lines provided on the support arms. Since these involve considerable manufacturing and maintenance outlay, it has also been proposed to produce the entire support arm from copper and to design it to be live (US Pat. No. 2,494,775).
  • the support arm is hollow and closed at the front end by a flange plate, which is used for flange connection to the electrode clamp. Part of the power supply to the tensioning device is also routed through the flange connection.
  • the coolant is supplied to the electrode clamp from the coolant cavity provided within the support arm via external pipes past the flange connection. It has not become known that such an electrode support arm is would have proven in practice; at least for larger furnaces, the unfavorable relationship between strength and weight of copper as a support arm material seems quite unfavorable.
  • EP-A-0184140 This defect is remedied by another known construction (EP-A-0184140), in which the support arm made of steel is clad on the outside with copper or aluminum. This is very time-consuming. At the end, the arm, including its coolant cavity, is delimited by a flange plate which is used to connect to a contact jaw of the electrode clamp. In practice, however, an absolutely uniform, large-area transition contact cannot be guaranteed, so that local overheating can occur, which can lead to destruction, particularly in the case of material sensitive to oxidation.
  • the support arm which is made of aluminum and which is current-carrying in its entirety, is therefore not connected to the electrode clamp via a flange connection, but rather the end plate which delimits the support arm at the end is welded to the profile parts forming the electrode clamp.
  • This avoids the problematic contact current transition in the area of a flange connection.
  • the invention has for its object to provide an electrode support arm that is less expensive than a steel arm clad with copper or aluminum and allows a releasable, current-carrying flange connection with the arm part forming the electrode clamp.
  • the design of the arm made of light metal makes it possible to dispense with a steel core despite sufficient stability.
  • the problems that arise in the current-carrying flange area due to the tendency of the light metal to oxidize, in particular at a higher temperature and its susceptibility to burning if there is insufficient contact, are avoided according to the invention in that the flange plates are in the immediate vicinity of the coolant cavities and due to the intensive heat exchange with the flowing cooling medium in the Through openings are cooled particularly effectively. This does not eliminate local power shortcomings, but its consequences are reduced because local overheating does not occur to a dangerous degree. In addition, external connecting pipes are thereby avoided.
  • the flange connection is expediently formed not only on the side of the rear arm part but also on the side of the front arm part by a flange plate which is made of light metal and is involved in the formation of the coolant cavity of the corresponding part of the front arm part.
  • Actuators must be provided for the electrode clamp, which generally consist of a tie rod, a spring assembly and a hydraulic relief device. According to the invention, these are accommodated between the flange connection and the electrode clamp in a further arm section belonging to the front arm part. This has the advantage that the actuators can also be replaced by changing the front arm part.
  • through openings can be provided in the flange connection in accordance with the cooling requirements of the flange connection.
  • the cooling effect is further increased by the fact that through openings are also provided in the flange connection for the cooling water supply of the clamping bracket, which can also consist of pipes or hose lines that are partly laid outside the arm or, according to an expedient alternative embodiment of the invention, through a clamping bracket pull rod , which belongs to the actuators of the electrode clamp.
  • the support arm 4 comprises a rear arm part 10 and a front arm part 6, which consists of a fixed arm section 7 and an electrode clamp 8.
  • the front arm part 6 with the electrode clamp can be separated from the arm part 10 lying behind it by means of the flange connection 9.
  • the support arm 4, at least its rear part 10 and preferably also the arm section 7 of the front arm part 6, is made of aluminum and as such is designed to carry current.
  • the rear arm part 10 is designed as an internally ribbed hollow body which is filled with cooling water and forms two cooling water paths for the purpose of circulation. It ends at the front in a flange plate 11, with which the corresponding flange plate 12 of the front arm part 6 is screwed to form the flange connection 9.
  • the contact surface of these flange plates is designed as a current transfer surface.
  • the flange plates 11, 12 are part of the rear or front arm part 10, 6 and therefore, like this, consist of aluminum or aluminum alloy.
  • the arm-fixed part of the front arm part 6 consists of the elongated arm section 7 or 13 which continues the rear arm part 10 and a forked part 14 which belongs to the electrode clamp and has contact jaws 15 which hold the electrode 3 and form a low-resistance current transfer concern about this.
  • the clamp 38 of the electrode clamp is ring-shaped closed with a pressure jaw 16 and is pulled to generate the holding voltage by a pull rod 17 under the action of a spring plate assembly 18 to the rear.
  • the spring assembly can be compressed and the clamping bracket can be pushed forward for the electrode change.
  • the arm section 7, the arm-fixed, bifurcated part 14 and the clamping bracket 38 of the electrode clamp 8 are hollow in a known manner for receiving cooling water.
  • the tensioning bracket 38 can be produced in a conventional manner, for example from alloy steel.
  • the cooling water cavities 20 of the arm section 7 of the front arm part 6 communicate with the cooling water cavities 29 of the rear arm part 10 via cooling water passage openings, one of which is illustrated at 21 in FIG. 2, so that there is a closed path for the cooling water circulation through these parts .
  • the arrangement of the cooling water passage openings 21 in the flange plates 11, 12 simplifies the replacement of the electrode clamping device and cools the flange plates.
  • the hydraulic lines 22 belonging to the piston-cylinder device 19 run outside the flange connection.
  • a transition chamber 25 can be provided, as indicated by dash-dotted lines in FIG. 2 be divided into a supply and discharge part and connected in a manner not shown to cooling water supply and discharge pipes. The walls of the chamber 25 are sealed to the surface of the pull rod 17.
  • the pull rod 17 contains two longitudinal channels, which open as a supply or discharge opening in the chamber 25 and which are connected at the front end of the pull rod 17 to the cooling water cavities 26 of the clamping bracket 38, so that the one indicated by dash-dotted arrows in Fig. 2 Flow course can result.
  • the contact jaws 15 are connected in one piece to the forked, arm-fixed part 14 of the electrode clamp, i.e. are firmly welded to it or are parts of the electrode-side walls of the forks 14. Since these walls are well cooled on the outer surface thanks to recessed cooling water channels and thanks to the high thermal conductivity of aluminum, this can result in a significant simplification compared to conventional, detachable contact jaws. But even if in the context of the invention the contact jaws are designed as separate, detachable parts, a simplification occurs in that insulation between them and the fork parts 14 is not necessary.

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Description

  • Die Elektroden von Lichtbogenöfen für die Stahlerzeugung werden von Tragarmen gehalten, die am Ende eine Elektrodenklemmeaufweisen und ihrerseits an Tragsäulen gehalten sind, die eine Höhenverstellung ermöglichen. Für die Kühlung der Elektrodenklemme und des Arms selbst sind Kühlwasser-Leiteinrichtungen vorgesehen. Für die Stromzuführungen zu den Elektroden weisen die in der Praxis meist verwendeten Tragarme gesondert an den Tragarmen vorgesehene Hochstromleitungen auf. Da diese einen beträchtlichen herstellungs- und wartungstechnischen Aufwand mit sich bringen, hat man auch vorgeschlagen, den gesamten Tragarm aus Kupfer herzustellen und stromführend zu gestalten (US-A 2,494,775). Der Tragarm ist dabei hohl ausgeführt und am vorderen Ende durch eine Flanschplatte abgeschlossen, die zur Flanschverbindung mit der Elektrodenklemme dient. Auch ein Teil der Stromführung zur Spanneinrichtung wird über die Flanschverbindung geleitet. Die Kühlflüssigkeit wird der Elektrodenklemme von dem innerhalb des Tragarms vorgesehenen Kühlflüssigkeitshohlraum über außenliegende Rohre an der Flanschverbindung vorbei zugeführt. Es ist nicht bekannt geworden, daß ein solcher Elektrodentragarm sich in der Praxis bewährt hätte; zumindest für größere Öfen scheint das ungünstige Verhältnis von Festigkeit und Gewicht von Kupfer als Tragarmmaterial recht ungünstig.
  • Diesem Mangel hilft eine andere bekannte Konstruktion ab (EP-A-0184140), bei der der aus Stahl bestehende Tragarm außenseitig mit Kupfer oder Aluminium plattiert ist. Dies ist sehr aufwendig. Am Ende wird der Arm einschließlich seines Kühlflüssigkeitshohlraums von einer Flanschplatte begrenzt, die zur Verbindung mit einer Kontaktbacke der Elektrodenklemme dient. In der Praxis kann dadurch jedoch ein absolut gleichmäßiger, großflächiger Übergangskontakt nicht garantiert werden, so daß örtlich Überhitzungen auftreten können, die insbesondere bei oxydationsempfindlichem Material zur Zerstörung führen können.
  • Bei wieder einem anderen bekannten Elektrodentragarm (FR-A-1336823) ist deshalb der in seiner Gesamtheit stromführend aus Aluminium hergestellte Tragarm nicht über eine Flanschverbindung mit der Elektrodenklemme verbunden, sondern die den Tragarm am Ende begrenzende Stirnplatte ist mit den die Elektrodenklemme bildenden Profilteilen verschweißt. Dadurch wird der problematische Berührungsstromübergang im Bereich einer Flanschverbindung vermieden. Nachteilig ist jedoch, daß die Elektrodenklemme nicht vom Tragarm gelöst werden kann. Dies mag in dem bekannten Fall deshalb akzeptabel sein, weil die Leistung und damit auch die Wärmeentwicklung und die Wartungsbedürftigkeit gering sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodentragarm zu schaffen, der weniger aufwendig als ein mit Kupfer oder Alumium plattierter Stahlarm ist und eine lösbare, stromführende Flanschverbindung mit dem die Elektrodenklemme bildenden Armteil gestattet.
  • Die erfindungsgemäße Lösung besteht in der Merkmalskombination des Anspruchs 1.
  • Die Ausführung des Arms aus Leichtmetall gestattet es, trotz hinreichender Stabilität auf einen Stahlkern zu verzichten. Die Probleme, die im stromführenden Flanschbereich durch die Oxidationsneigung des Leichtmetalls insbesondere bei höherer Temperatur und seiner Abbranntanfälligkeit bei unzureichendem Berührungskontakt herrühren, werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Flanschplatten durch die unmittelbare Nachbarschaft mit den Kühlmittelhohlräumen und durch den intensiven Wärmeaustausch mit dem strömenden Kühlmedium in den Durchgangsöffnungen besonders wirksam gekühlt sind. Zwar werden dadurch örtliche Stromübergangsmängel nicht beseitigt, aber deren Folgen werden gemindert, weil örtliche Überhitzungen nicht in gefährlichem Maße auftreten. Außerdem werden hierdurch, außen liegende Verbindungsrohre vermieden.
  • Zweckmäßigerweise wird nicht nur auf der Seite des hinteren Armteils, sondern auch auf der Seite des vorderen Armteils die Flanschverbindung von einer Flanschplatte gebildet, die aus Leichtmetall besteht und an der Bildung des Kühlflüssigkeitshohlraums des entsprechenden Teils des vorderen Armteils beteiligt ist. Dadurch ergeben sich nämlich auf beiden Seiten der Flanschverbindung symmetrische Verhältnisse und es wird die Gefahr vermindert, daß die an der Flanschverbindung beteiligten Komponenten sich unter wechselndem Temperatureinfluß verziehen und diejenigen Flächenanteile der Flanschflächen, die effektiv stromführenden Kontakt zueinander aufweisen, sich verändern könnten.
  • Für die Elektrodenklemme müssen Betätigungsorgane vorgesehen werden, die im allgemeinen aus einer Zugstange, einem Federpaket und einer hydraulischen Entlastungseinrichtung bestehen. Erfindungsgemäß werden diese zwischen der Flanschverbindung und der Elektrodenklemme in einem weiteren, zum vorderen Armteil gehörigen Armabschnitt untergebracht. Dies hat den Vorteil, daß durch Wechsel des vorderen Armteils auch die Betätigungsorgane ausgetauscht werden können.
  • Für den Kühlflüssigkeitskreislauf des Arms können mehrere Durchgangsöffnungen in der Flanschverbindung entsprechend dem Kühlungsbedarf der Flanschverbindung vorgesehen sein. Der Kühleffekt wird weiter dadurch gesteigert, daß in der Flanschverbindung auch Durchgangsöffnungen für die Kühlwassserversorgung des Spannbügels vorgesehen sind, die im übrigen aus Rohr- oder Schlauchleitungen bestehen kann, die teilweise außerhalb des Arms verlegt sind oder nach einer zweckmäßigen Ausführungsalternative der Erfindung durch eine Spannbügelzugstange verläuft, die zu den Betätigungsorganen der Elektrodenklemme gehört.
  • Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht der Anlage,
    Fig. 2
    einen vertikalen Längsschnitt durch den vorderen Teil des Tragarms und
    Fig. 3
    eine Draufsicht auf den vorderen Teil des Tragarms.

  • In Fig. 1 erkennt man die bekannte Anordnung eines Elektroofens 1, von dessen drei Elektroden eine Elektrode 2 dargestellt ist. Für jede Elektrode ist eine Halteanordnung vorhanden, die aus einer vertikal verstellbaren Tragsäule 3, einem darauf befestigten Tragarm 4 und einer Zuleitungsanordnung 5 für Strom und Kühlwasser besteht. Der Tragarm 4 umfäßt einen hinteren Armteil 10 und einen vorderen Armteil 6, der aus einem festen Armabschnitt 7 und einer Elektrodenklemme 8 besteht. Im Zusammenhang der Erfindung ist der vordere Armteil 6 mit der Elektrodenklemme von dem dahinter liegenden Armteil 10 mittels der Flanschverbindung 9 trennbar.
  • Gemäß der Erfindung besteht der Tragarm 4, zumindest dessen hinterer Teil 10 und vorzugsweise auch der Armabschnitt 7 des vorderen Armteils 6, aus Aluminium und ist er als solcher stromführend ausgebildet.
  • Der hintere Armteil 10 ist als innen verrippter Hohlkörper ausgeführt, der mit Kühlwasser gefüllt ist und zwecks Zirkulation zwei Kühlwasserwege bildet. Er endet vorne in einer Flanschplatte 11, mit der die entsprechende Flanschplatte 12 des vorderen Armteils 6 zur Bildung der Flanschverbindung 9 verschraubt ist. Die Kontaktfläche dieser Flanschplatten ist als Stromübergangsfläche ausgebildet. Die Flanschplatten 11, 12 sind Teil des hinteren bzw. vorderen Armteils 10, 6 und bestehen daher wie diese aus Aluminium oder Aluminiumlegierung.
  • Der armfeste Teil des vorderen Armteils 6 besteht aus dem langgestreckten, den hinteren Armteil 10 fortsetzenden Armabschnitt 7 bzw. 13 und einem sich gabelnden Teil 14, der zur Elektrodenklemme gehört und Kontaktbacken 15 aufweist, die zum Halten der Elektrode 3 und zur Bildung eines widerstandsarmen Stromübergangs an dieser anliegen. Der Spannbügel 38 der Elektrodenklemme ist ringförmig geschlossen mit einer Druckbacke 16 ausgeführt und wird zur Erzeugung der Haltespannung von einer Zugstange 17 unter Wirkung eines Federplattenpakets 18 nach hinten gezogen. Mittels der hydraulischen Kolbenzylinderanordnung 19 kann das Federpaket zusammengedrückt und der Spannbügel für den Elektrodenwechsel nach vorne geschoben werden. Der Armabschnitt 7, der armfeste, sich gabelnde Teil 14 und der Spannbügel 38 der Elektrodenklemme 8 sind in bekannter Weise hohl ausgeführt zur Aufnahme von Kühlwasser.
  • Während die tragenden, armfesten Teilse 7, 14 aus Aluminium bestehen und stromführend sind, kann der Spannbügel 38 in herkömmlicher Weise, beispielsweise aus legiertem Stahl, hergestellt sein.
  • Die Kühlwasserhohlräume 20 des Armrabschnitts 7 des vorderen Armteils 6 stehen über Kühlwasserdurchgangsöffnungen, von denen eine bei 21 in Fig. 2 veranschaulicht ist, mit den Kühlwasserhohlräumen 29 des hinteren Armteils 10 in Verbindung, so daß sich für die Kühlwasserzirkulation ein geschlossener Weg durch diese Teile ergibt. Die Anordnung der Kühlwasserdurchgangsöffnungen 21 in den Flanschplatten 11, 12 vereinfacht das Auswechseln der Elektrodenspanneinrichtung und kühlt die Flanschplatten. Hingegen verlaufen die zur Kolbenzylindereinrichtung 19 gehörenden Hydraulikleitungen 22 außerhalb der Flanschverbindung.
  • Für die Kühlwasserversorgung des Spannbügels 38 sind innerhalb des hinteren Armteils 10 Rohrleitungen und in den Flanschplatten 11, 12 aneinander anschließende Durchgangsöffnungen vorgesehen, die zu außen liegenden Rohrverbindungen 23 führen, die bekannterweise über Schläuche 24 an den Spannbügel angeschlossen sind. Diese außen liegenden Rohrverbindungen können vermieden werden, indem die Zugstange 17 zur Kühlwasserführung ausgebildet ist. Zu diesem Zweck kann  ―  wie in Fig. 2 strichpunktiert angedeutet ist  ―  eine Übergangskammer 25 vorgesehen sein, die in einen Zu- und Abführungsteil geteilt und in nicht gezeigter Weise an Kühlwasserzu- und -abführungsrohre angeschlossen ist. Die Wände der Kammer 25 sind an die Oberfläche der Zugstange 17 angedichtet. Die Zugstange 17 enthält zwei Längskanäle, die sich als Zu- bzw. Abführungsöffnung in die Kammer 25 öffnen und die am vorderen Ende der Zugstange 17 an die Kühlwasserhohlräume 26 des Spannbügels 38 angeschlossen sind, so daß sich der durch strichpunktierte Pfeile in Fig. 2 angedeutete Strömungsverlauf ergeben kann.
  • In der dargestellten Ausführung ist vorgesehen, daß die Kontaktbacken 15 einstückig mit dem gabeligen, armfesten Teil 14 der Elektrodenklemme verbunden sind, d.h. mit ihr fest verschweißt sind oder Teile der elektrodenseitigen Wände der Gabeln 14 sind. Da diese Wände durch eingelassene Kühlwasserkanäle und dank der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium auch an der Außenfläche gut gekühlt sind, kann sich hierdurch eine wesentliche Vereinfachung gegenüber herkömmlichen, lösbaren Kontaktbacken ergeben. Aber auch wenn im Zusammenhang der Erfindung die Kontaktbacken als gesonderte, lösbare Teile ausgebildet sind, tritt eine Vereinfachung dadurch ein, daß eine Isolation zwischen ihnen und den Gabelteilen 14 nicht erforderlich ist.

Claims (6)

1. Für einen elektrischen Lichtbogenofen (1) bestimmter Elektrodentragarm (4), der stromführend aus einem Material hoher Leitfähigkeit besteht, gekennzeichnet durch einen hinteren Armteil (10) aus Leichtmetall und einen damit über eine stromführende Flanschverbindung (9) verbundenen vorderen Armteil (6), der eine Elektrodenklemme (8) aufweist und der einen den hinteren und den vorderen Armteil durchziehenden Kühlflüssigkeitskreislauf enthält, wobei die Flanschverbindung (9) zwei aneinander anliegende Flanschplatten (11, 12) umfaßt, von denen die eine mit dem hinteren Armteil (10) verbunden ist und wenigstens einen in dem hinteren Armteil vorgesehenen Kühlflüssigkeitshohlraum (29) begrenzt und die andere mit dem vorderen Armteil (6) verbunden ist und wenigstens einen in dem vorderen Armteil vorgesehenen Kühlflüssigkeitshohlraum (20) begrenzt und die Kühlflüssigkeitsdurchgangsöffnungen (21) zur Verbindung dieser Kühlflüssigkeitshohlräume (20, 29) enthalten.
2. Elektrodentragarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der an die Flanschverbindung (9) grenzende Teil (7) des vorderen Armteils aus Leichtmetall besteht.
3. Elektrodentragarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Armteil (6) einen zwischen der Flanschverbindung (9) und der Elektrodenklemme (8; 14, 15, 16, 38) angeordneten Armabschnitt (13) aufweist, der Betätigungsorgane (17, 18, 19) für die Elektrodenklemme enthält.
4. Elektrodentragarm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenklemme eine mit dem Armabschnitt (13) verbundene Kontaktbacke (15) und einen mit den Betätigungsorganen (17, 18, 19) verbundenen Spannbügel (38) umfaßt und daß der Spannbügel und die Betätigungsorgane gegenüber dem Armabschnitt elektrisch isoliert sind.
5. Elektrodentragarm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlflüssigkeitskreislauf zur Kühlung des Spannbügels vorgesehen ist und die Flanschplatten (11, 12) Durchgangsöffnungen (28) für den Spannbügel-Kühlflüssigkeitskreislauf enthält.
6. Elektrodentragarm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeitsführung zu bzw. von dem Spannbügel (38) durch eine Spannbügelzugstange (17) innerhalb des Armabschnitts (13) verläuft.
EP89107936A 1988-05-02 1989-05-02 Elektrodentragarm für einen elektrischen Lichtbogenofen Expired - Lifetime EP0340726B1 (de)

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