EP0344092A2 - Einrichtung zur thermischen Behandlung von metallischem Schmelzgut - Google Patents

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EP0344092A2
EP0344092A2 EP89730089A EP89730089A EP0344092A2 EP 0344092 A2 EP0344092 A2 EP 0344092A2 EP 89730089 A EP89730089 A EP 89730089A EP 89730089 A EP89730089 A EP 89730089A EP 0344092 A2 EP0344092 A2 EP 0344092A2
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
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    • F27D11/08—Heating by electric discharge, e.g. arc discharge
    • F27D11/10—Disposition of electrodes
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    • H05B7/02—Details
    • H05B7/06—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0075—Treating in a ladle furnace, e.g. up-/reheating of molten steel within the ladle

Definitions

  • the invention relates to a device for the thermal treatment of metallic melting material with a metallurgical vessel for receiving the melting material and a separately or as a component-working direct-current arc heating device with at least one electrode arranged above the melting material and with at least one counter electrode in contact with the melting material .
  • connection can be a screw, wedge or clamp connection.
  • the contact points at the terminal are released by the operating personnel in order to separate the power cable and coolant lines from the contact electrode.
  • the work for attaching or detaching the contact electrode is thus disadvantageous in that it is necessary for the personnel to take action under the difficult ergonomic conditions.
  • the invention has for its object to provide a maintenance-free, easily replaceable device that enables an automatic and safe connection of the counter electrode to the power supply to the energy source.
  • the device according to the invention that when the metallurgical vessels such as pans or distributors are set down in the respective treatment station, the electrical contact with the base electrode is made without any action by the operating personnel.
  • the contact surfaces are arranged in the vicinity of the bottom of the metallurgical vessel.
  • a large possible use of the vessels is achieved by attaching the transmission elements to the outer shell of the metallurgical vessel, since the matching support elements are provided at the various treatment stations, such as a rotating tower or vacuum system, and the possibility of attachment there is easier to ensure.
  • the contact areas have a size that ensures safe transmission of the energy.
  • Several contacts can be attached to the circumference of the vessels.
  • Graphite is provided as the contact material, which is mechanically wear-resistant, pressure and temperature resistant and has the ability to transmit electrical energy with little loss.
  • the contact elements are designed to be easily exchangeable in a maintenance-friendly manner.
  • the support surface of at least one of the elements for transmitting the energy is advantageously divided into segments. A maximum clinging effect of the outer surfaces is achieved if the segments are formed from individual graphite bodies that can compensate for slight changes in path in the pressing direction.
  • the counter element is pocket-shaped and is filled with graphite powder. This ensures that there is close contact between the contacting surfaces even in the event of unevenness.
  • an essentially vertical or horizontal compensation is provided according to the invention.
  • the components connected to the energy source are mounted on springs or they are movably connected in their longitudinal axis to a pressure storage unit. This measure ensures a constant contact pressure, which can also be regulated if necessary.
  • the contact surface can be tilted to the vertical or horizontal plane.
  • FIG. 1 shows a treatment station 50 with a housing 51, in which a metallurgical vessel 10 is located on a metallurgical vehicle 52.
  • the electrical current is fed from an electrical energy source 20 via current supply lines 23 to the electrode 21 and to the counter electrodes 22.
  • the counter electrodes 22 are predominantly arranged in the region of the bottom 13 of the metallurgical vessel 10.
  • the vessel 10 consists of an outer shell 11 with the carrying device 14 and a refractory lining 12.
  • elements 30 for transmitting the electrical energy are arranged by means of a console.
  • a counter-element 40 is provided for each element 30 and can be moved against the element 30 by means of compensating elements 45.
  • the compensating element 45 is formed in the right part of the picture as a spring 46, in the left part of the picture as a piston-cylinder unit 47 with a pressure accumulator 48.
  • the metallurgical vessel 10 is supported on the floor either by the support ring 18 or by the foot 19.
  • FIG. 2 shows the counter element 40, consisting of the component for energy transmission 42 and a tab with the joint 44.
  • the supporting element 43 which is connected to the compensating element 45, here the piston-cylinder unit 47, engages on this joint 44.
  • the component 42 consists of the segments 49, in the present case of cylindrical graphite bodies with the surface 41.
  • the segments 49 are designed to be displaceable in the pressing direction.
  • FIG. 3 shows the elements 30 for the transmission of the electrical energy.
  • the component for energy transmission 32 is designed here as a plate which is fastened to the outer shell 11 of the metallurgical vessel 10 via the bracket 33.
  • the plate 32 has a support surface 31.
  • the surface 41 of the counter element 40 bears against the support surface 31.
  • This surface 41 is formed from powdered graphite 70, which is arranged in the component for energy transmission 42, which has a tab with the joint 44.
  • the support element 43 which is connected to a metallurgical vehicle 52, a ladle turret 53 or a distribution channel 54, acts on the joint 44.
  • a spring 46 is provided coaxially to the support element 43, by means of which the component 42 can be moved in the direction of the element 30, so that the surfaces 31 and 41 touch.
  • FIG. 4 shows a detail of the metallurgical vessel 10 with the outer shell 11 and the refractory lining 12.
  • the bracket 33 is fastened to the outer shell 11. Through the console, the outer shell and the A refractory lining is provided through which the counter electrode 22 is guided.
  • the component 32 of the element 30 for the transmission of the electrical energy is separated by the electrical insulation 60.
  • the counter element 40 not shown, will lean with the surface 41 against the surface 31 of the component for energy transmission 32.

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Abstract

Einrichtung zur thermischen Behandlung von metallischem Schmelzgut mit einem metalllurgischen Gefäß zur Aufnahme des Schmelzgutes und einer getrennten oder als Bestandteil arbeitenden Gleichstrom-Lichtbogen-Heizvorrichtung mit mindestens einer oberhalb des Schmelzgutes angeordneten Elektrode und mit mindestens einer mit dem Schmelzgut in Kontakt stehenden Gegenelektrode. An der Außenhülle (11) des metallurgischen Gefäßes (10) ist mindestens ein Element (30) zur Übertragung der elektrischen Energie zu der Gegenelektrode (22) vorgesehen. Dieses Element weist eine Fläche (31) auf, die sich während des Heizvorganges auf einer Fläche (41) von einem mit der Elektroenergiequelle (20) in Verbindung stehenden Gegenelement (40) das mit mechanischen Mitteln (45) positionierbar ist, abstützt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur thermischen Behandlung von metallischem Schmelzgut mit einem metallurgischen Gefäß zur Aufnahme des Schmelzgutes und einer getrennt oder als Bestandteil arbeitenden Gleichstrom-Lichtbogen-Heizvorrichtung mit mindestens einer oberhalb des Schmelzgutes angeordneten Elektrode und mit mindestens einer mit dem Schmelzgut in Kontakt stehenden Gegenelektrode.
  • Aus der DE-OS 31 07 454 ist eine Anordnung für Gleichstrom bekannt mit Kontakten für eine Bodenelektrode in der Nähe des Pfannenbodens. Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Raumproblem bei Pfannen und Pfannenöfen zu beheben. Sie befaßt sich nicht mit der Lösung des Problems der Energiezufuhr zu den Bodenelektroden.
  • Aus der DE-OS 35 35 690 ist ein Terminal zur trennbaren Verbindung der Strom- sowie der Kühlmittelübertragung bekannt. Die Verbindung kann eine Schraub-, Keil- oder Klemmverbindung sein. Bei einem Wechsel der Kontaktelektrode werden zur Trennung von Stromkabel und Kühlmittelleitungen von der Kontaktelektrode die Kontaktstellen am Terminal von dem Bedienungspersonal gelöst. Die Arbeiten zum Befestigen bzw. zum Lösen der Kontaktelektrode ist somit mit dem Nachteil behaftet, daß unter den schwierigen ergonomischen Bedingungen ein Tätigwerden des Personals erforderlich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wartungsfreie, leicht austauschbare Einrichtung zu schaffen, die ein selbsttätiges und sicheres Anschließen der Gegenelektrode an die Stromzuführung zur Energiequelle ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Einrichtung zur thermischen Behandlung von) metallischem Schmelzgut der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale hat.
  • Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird erreicht, daß beim Absetzen der metallurgischen Gefäße wie Pfannen oder Verteiler in den jeweiligen Behandlungsstand ohne ein Tätigwerden des Bedienungspersonals der elektrische Kontakt zur Bodenelektrode hergestellt wird.
  • In den Behandlungsständen, die sich u. a. in Vakuum-Einrichtung, an einem Drehturm oder auf dem Hüttengelände von einem Hüttenfahrzeug erreichbar befinden, sind mit der Energiequelle verbundene Kontaktflächen vorgesehen. Diese Flächen sind in ihrer vertikalen und horizontalen Anordnung im Behandlungsstand auf die Kontaktflächen von an den Gefäßen angebrachten Stromzufuhrelementen für die Bodenelektrode abgestimmt. Als Referenzmaß kommen dabei die Gefäßfüße oder Gefäßtragelemente wie beispielsweise Gehängeschlaufen oder Tragpratzen wie auch der Abstand zu einer Gehäusewandung in Betracht.
  • Die Kontaktflächen sind dabei in der Nähe des Bodens des metallurgischen Gefäßes angeordnet. Eine große Einsatzmöglichkeit der Gefäße wird durch Anbringung der Übertragungselemente an die Außenhülle des metallurgischen Gefäßes erreicht, da die dazu passenden Stützelemente an den verschiedenen Behandlungsständen wie Drehturm oder Vakuumanlage vorgesehen sind und die Anbringungsmöglichkeit dort einfacher sicherzustellen ist.
  • Die Kontaktflächen besitzen eine Größe, die ein sicheres Übertragen der Energie gewährleistet. Am Umfang der Gefäße können mehrere Kontakte angebracht werden.
  • Als Kontaktwerkstoff ist Graphit vorgesehen, der mechanisch verschleißfest sowie druck- und temperaturbeständig ist und die Fähigkeit besitzt, elektrische Energie verlustarm zu übertragen. In instandhaltungsgerechter Weise sind die Kontaktelemente leicht wechselbar gestaltet.
  • Eine mögliche Verschmutzung wird durch besondere Gestaltung der Oberfläche begegnet. In vorteilhafter Weise ist die Stützfläche mindestens eines der Elemente zur Übertragung der Energie segmentförmig aufgeteilt. Ein maximaler Anschmiegeeffekt der Außenflächen wird erreicht, wenn die Segmente aus einzelnen Graphitkörpern gebildet werden, die geringe Wegeänderung in Anpreßrichtung ausgleichen können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gegenelement taschenförmig ausgebildet und ist mit Graphitpulver gefüllt. Hierdurch wird erreicht, daß ein enger Kontakt der sich berührenden Flächen auch bei Unebenheiten entsteht.
  • Um einen sicheren Kontakt der Gesamtflächen im rauhen Betrieb zu gewährleisten ist erfindungsgemäß ein im wesentlichen vertikaler bzw. horizontaler Ausgleich vorgesehen. Hierzu sind die mit der Energiequelle in Verbindung stehenden Bauteile auf Federn gelagert oder sie stehen in ihrer Längsachse bewegbar mit einer Druckspeichereinheit in Verbindung. Durch diese Maßnahme ist eine konstante Anpreßkraft der Kontakte gewährleistet, die im Bedarfsfall dazu noch regulierbar ist. Darüber hinaus ist die Kontaktfläche zur vertikalen bzw. horizontalen Ebene kippbar ausgeführt.
  • Ein Beispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen näher ausgeführt. Es zeigt:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch eine Pfannenbeheizungsanlage,
    • Fig. 2 ein segmentförmig aufgeteiltes Bauteil,
    • Fig. 3 ein taschenförmiges Bauteil,
    • Fig. 4 eine isolierte Gegenelektrode.
  • Die Figur 1 zeigt eine Behandlungsstation 50 mit einer Einhausung 51, in der ein metallurgisches Gefäß 10 sich auf einem Hüttenfahrzeug 52 befindet.
  • Von einer Elektroenergiequelle 20 wird über Stromzuführungsleitungen 23 der elektrische Strom zur Elektrode 21 und zu den Gegenelektroden 22 geführt. Die Gegenelektroden 22 sind dabei vorwiegend im Bereich des Bodens 13 des metallurgischen Gefäßes 10 angeordnet. Das Gefäß 10 besteht aus einer Außenhülle 11 mit der Tragvorrichtung 14 und einer Feuerfestauskleidung 12.
  • An der Außenhülle 11 sind mittels einer Konsole 33 Elemente 30 zur Übertragung der elektrischen Energie angeordnet.
  • Zu jedem Element 30 ist ein Gegenelement 40 vorgesehen, das mittels Ausgleichelementen 45 gegen das Element 30 bewegbar ist. Das Ausgleichselement 45 ist im rechten Teil des Bildes als Feder 46, im linken Teil des Bildes als Kolben-Zylinder-Einheit 47 mit Druckspeicher 48 ausgebildet.
  • Das metallurgische Gefäß 10 stützt sich am Boden entweder über den Stützring 18 oder über den Fuß 19 ab.
  • Die Figur 2 zeigt das Gegenelement 40, bestehend aus dem Bauteil zur Energieübertragung 42 und einer Lasche mit dem Gelenk 44. An diesem Gelenk 44 greift das Stützelement 43 an, das mit dem Ausgleichselement 45, hier der Kolben-Zylinder-Einheit 47 verbunden ist.
  • Das Bauteil 42 besteht aus den Segmenten 49, im vorliegenden Fall aus zylindrischen Körpern aus Graphit mit der Fläche 41. Dabei sind die Segmente 49 in Anpreßrichtung verschiebbar ausgestaltet.
  • Die Figur 3 zeigt die Elemente 30 zur Übertragung der elektrischen Energie. Das Bauteil zur Energieübertragung 32 ist hier als Platte ausgeführt, die über die Konsole 33 an der Außenhülle 11 des metallurgischen Gefäßes 10 befestigt ist. Die Platte 32 weist eine Stützfläche 31 auf.
  • Gegen die Stützfläche 31 legt sich die Fläche 41 des Gegenelementes 40 an. Diese Fläche 41 wird gebildet aus pulverförmigem Graphit 70, der im Bauteil zur Energieübertragung 42 angeordnet ist, das eine Lasche mit dem Gelenk 44 aufweist. Am Gelenk 44 greift das Stützelement 43 an, das an einem Hüttenfahrzeug 52, einem Pfannendrehturm 53 oder einer Verteilerrinne 54 verbunden ist. Koaxial zum Stützelement 43 ist eine Feder 46 vorgesehen, mittels der das Bauteil 42 in Richtung Element 30 bewegbar ist, so daß die Flächen 31 und 41 sich berühren.
  • Die Figur 4 zeigt ein Detail des metallurgischen Gefäßes 10 mit der Außenhülle 11 und der Feuerfestauskleidung 12. An der Außenhülle 11 ist die Konsole 33 befestigt. Durch die Konsole, die Außenhülle und die Feuerfestverkleidung ist eine Bohrung vorgesehen, durch die die Gegenelektrode 22 geführt ist. Gegenüber den metallischen Elementen 11 (Außenhülle) und 33 (Konsole) ist das Bauteil 32 des Elementes 30 zur Übertragung der elektrischen Energie durch die elektrische Isolierung 60 getrennt. Das nicht dargestellte Gegenelement 40 wird sich mit der Fläche 41 gegen die Fläche 31 des Bauteils zur Energieübertragung 32 lehnen.

Claims (20)

1. Einrichtung zur thermischen Behandlung von metallischem Schmelzgut mit einen metallurgischen Gefäß zur Aufnahme des Schmelzgutes und einer getrennten oder als Bestandteil arbeitenden Gleichstrom-Lichtbogen-­Heizvorrichtung mit mindestens einer oberhalb des Schmelzgutes angeordneten Elektrode und mit mindestens einer mit dem Schmelzgut in Kontakt stehenden Gegenelektrode,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Außenhülle (11) des metallurgischen Gefäßes (10) mindestens ein Element (30) zur Übertragung der elektrischen Energie zu der Gegenelektrode (22) vorgesehen ist,
und eine Fläche (31) aufweist, die sich während des Heizvorganges auf einer Fläche (41) von einem mit der Elektroenergiequelle (20) in Verbindung stehenden Gegenelement (40) das mit mechanischen Mitteln (45) positionierbar ist, abstützt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Element (30) am Stützring (18) des metallurgischen Gefäßes (10) vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Element (30) an den Füßen (19) des metallurgischen Gefäßes (10) vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Energieübertragung an den Elementen (30, 40) Bauteile (32, 42) vorgesehen sind, die aus nicht brennbaren, den elektrischen Strom leitendem Material bestehen, zum Beispiel Graphit.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den Bauteilen (32, 42) Flächen (31, 41) vorgesehen sind, die in voneinander beabstandete Segmente (39, 49) aufgeteilt sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß einzelne Segmente (39, 49) voneinander unabhängig in Abstützrichtung bewegbar sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bauteil (42) des Gegenelementes (40) taschenförmig ausgebildet ist und die Tasche mit pulverförmigem Material (70) gefüllt ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bauteil (42) an Stützelementen (43) lösbar befestigt ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Stützelement (43) ein Gelenk (44) vorgesehen ist, das eine Winkelbewegung der Fläche (41) zu seiner Ruhelage in unbelastetem Zustand ermöglicht.
10. Einrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gelenk (44) mit einem Ausgleichselement (45) zum Verschieben der Fläche (41) in Anpreßrichtung verbunden ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgleichselement (45) eine Feder (46) ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgleichselement (45) eine Kolben-Zylinder-Einheit (47) ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekenzeichnet,
daß die Kolben-Zylinder-Einheit (47) an eine Druckspeichereinheit (48) angeschlossen ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckspeichereinheit (48) in Abhängigkeit des Anpreßdruckes zwischen der Stützfläche (31) und der Fläche (41) des Gegenelementes (40) regelbar ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenelektrode (22) mit dem Bauteil (32) des Elementes (30) in Verbindung steht.
16. Einrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Bauteil (32) sowie der Gegenelektrode (22) und der Außenhülle (11) des metallurgischen Gefäßes eine elektrische Isolierung (60) vorgesehen ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgleichelement (45) auf einem Hüttenfahrzeug (52) angeordnet ist, das zur Aufnahme des metallurgischen Gefäßes (10) verfahrbar ist und zur Beheizung in einer Grundstellung fixierbar ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgleichselement (45) an einem Pfannendrehturm (53) vorgesehen ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgleichselement (45) an eine Verteilerrinne (54) angeordnet ist.
20. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gegenelement (40) innerhalb einer Einhausung (51) einer Vakuumanlage angeordnet ist.
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