EP0340726B1 - Electrode supporting arm for an electric arc furnace - Google Patents

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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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Abstract

PCT No. PCT/EP89/00480 Sec. 371 Date Sep. 7, 1990 Sec. 102(e) Date Sep. 7, 1990 PCT Filed May 2, 1989 PCT Pub. No. WO89/11203 PCT Pub. Date Nov. 16, 1989.An electrode carrier arm for an electric arc furnace consists of an arm part (10) and of a electrode-clamping device and is produced so as to be current carrying from a material of high conductivity. Between the arm part and the electrode-clamping device there is a flanged connection consisting of flanged plates (11, 12) which limit a cooling-liquid cavity (20, 29) on both sides and which themselves contain passage orifices (21) for the cooling liquid from one cooling-liquid cavity to the other. This allows an effective cooling of the flanged plates and consequently a direct supply of current via the flanged connection when the carrier arm is produced from light metal.

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.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. For the current supply to the electrodes, 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.

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.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.

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.In yet another known electrode support arm (FR-A-1336823), 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. However, it is disadvantageous that the electrode clamp cannot be released from the support arm. In the known case, this may be acceptable because the power and thus also the heat development and the need for maintenance are low.

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.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.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in der Merkmalskombination des Anspruchs 1.The solution according to the invention consists in the combination of features of claim 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.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.

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.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. This results in symmetrical conditions on both sides of the flange connection and reduces the risk that the on the flange connection involved components warp under changing temperature influence and those surface portions of the flange surfaces that are effectively in current contact with one another could change.

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.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.

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.For the cooling liquid circuit of the arm, several 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.

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.

The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which illustrates an advantageous embodiment. Show it:
Fig. 1
a side view of the plant,
Fig. 2
a vertical longitudinal section through the front part of the support arm and
Fig. 3
a plan view of the front part of the bracket.

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.1 shows the known arrangement of an electric furnace 1, of whose three electrodes an electrode 2 is shown. For each electrode there is a holding arrangement which consists of a vertically adjustable support column 3, a support arm 4 fastened thereon and a supply arrangement 5 for electricity and cooling water. 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. In the context of the invention, 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.

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.According to the invention, 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.

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.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.

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.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. By means of the hydraulic piston-cylinder arrangement 19, 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.

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.While the load-bearing, arm-fixed parts 7, 14 consist of aluminum and are live, the tensioning bracket 38 can be produced in a conventional manner, for example from alloy steel.

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.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. In contrast, the hydraulic lines 22 belonging to the piston-cylinder device 19 run outside the flange connection.

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.For the cooling water supply of the clamping bracket 38, 10 pipes and in the flange plates 11, 12 adjoining through openings are provided within the rear arm part, which lead to external pipe connections 23, which are known to be connected via hoses 24 to the clamping bracket. These external pipe connections can be avoided by designing the pull rod 17 for the cooling water. For this purpose, 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.

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.In the embodiment shown it is provided that 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.

Claims (6)

1. An electrode support arm (4) which is intended for an electric arc furnace (1) and which is current-carrying and is formed of a material having high conductivity, characterised by a rear arm part (10) of light metal and a front arm part (6) which is connected thereto via a current-carrying flanged connection (9), which has an electrode clamp (8) and which contains a coolant circuit passing through the rear and front arm parts, wherein the flanged connection (9) comprises two mutually abutting flanged plates (11, 12), one of which is connected to the rear arm part (10) and delimits at least coolant cavity (29) provided in the rear arm part, and the other of which is connected to the front arm part (6) and delimits a coolant cavity (20) provided in the front arm part, which plates contain coolant passage openings (21) for connecting these coolant cavities (20, 29).
2. An electrode support arm according to Claim 1, characterised in that the part (7) of the front arm part adjoining the flanged connection (9) also consists of light metal.
3. An electrode support arm according to Claim 1 or 2, characterised in that the front arm part (6) has an arm portion (13) which is disposed between the flanged connection (9) and the electrode clamp (8; 14, 15, 16, 38) and which includes actuating members (17, 18, 19) for the electrode clamp.
4. An electrode support arm according to Claim 3, characterised in that the electrode clamp comprises a contact jaw (15) connected to the arm portion (13) and a clamping strap connected to the actuating members (17, 18, 19), and in that the clamping strap and the actuating members are electrically insulated with respect to the arm portion.
5. An electrode support arm according to any one of Claims 1 to 4, characterised in that a coolant circuit is provided for cooling the clamping strap and the flanged plates (11, 12) contain passage openings (28) for the clamping strap coolant circuit.
6. An electrode support arm according to Claim 5, characterised in that the conveyance of coolant to and from the clamping strap (38) passes through a clamping strap pull rod (17) within the arm portion (13).
EP89107936A 1988-05-02 1989-05-02 Electrode supporting arm for an electric arc furnace Expired - Lifetime EP0340726B1 (en)

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