EP2330868A1 - Elektrode für einen Lichtbogenofen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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EP2330868A1
EP2330868A1 EP09177877A EP09177877A EP2330868A1 EP 2330868 A1 EP2330868 A1 EP 2330868A1 EP 09177877 A EP09177877 A EP 09177877A EP 09177877 A EP09177877 A EP 09177877A EP 2330868 A1 EP2330868 A1 EP 2330868A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
coating
base body
arc furnace
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09177877A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Matschullat
Stefan Lechner
Marinko Lekic-Ninic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP09177877A priority Critical patent/EP2330868A1/de
Publication of EP2330868A1 publication Critical patent/EP2330868A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H05B7/12—Arrangements for cooling, sealing or protecting electrodes

Definitions

  • the invention relates to an electrode for an electric arc furnace, comprising an elongated base body of graphite, which is provided on its surface at least partially with a coating, and a method for their preparation.
  • the invention further relates to an electric arc furnace with such an electrode and a method for its operation.
  • Electrodes of the type mentioned above for electric arc furnaces are known, the coating generally serving to protect the electrode from oxidation and to reduce the electrode consumption, which is also referred to as burnup.
  • the GB 1 386 611 discloses graphite electrodes having a protective layer for use in electric arc furnaces, the coating comprising a matrix material having a melting point below 1000 ° C and a refractory filler. The matrix material is melted and forms a continuous, gas-tight protective layer on the graphite.
  • the JP 55060075 A also describes an electrode made of graphite with a gas-tight protective layer for an electric arc furnace.
  • the protective layer on the graphite electrode is formed by a refractory, wound-on fibrous material sealed with a silicate-based binder.
  • the elongate electrode is usually vertically aligned with respect to its longitudinal axis and protrudes in operation with its lower end into the furnace chamber of an electric arc furnace.
  • the water flows at the surface of the elongated electrode down in the direction of the furnace chamber or into it and cools the electrode.
  • an electrode for an electric arc furnace comprising a base body made of graphite, which is provided on its surface at least partially with a coating, by the coating having an open porosity permeable at least in the direction of a longitudinal axis of the body for a liquid is trained.
  • permeable here denotes a permeability to liquid, which penetrate into the pore space of the coating and can move within the coating in the direction of the longitudinal axis of the base body, in use of the electrode usually in the direction of gravity down.
  • the suitability of the coating depends essentially on the wettability of the material used to form the coating with a liquid used to impregnate and flow through the coating, and on the capillarity and permeability of the used open-porous material for the liquid.
  • the suitability of a particular material for the coating in combination with a liquid can be determined experimentally in a simple manner.
  • a preferred thickness or average thickness of the coating is in the range of about 0.2 to 10 cm, more preferably in the range of about 3 to 7 cm.
  • the coating is formed in a preferred embodiment of the invention by an elastic fiber material. Due to the elastic properties of the fiber material, a sufficient attachment or anchoring of the coating on the main body of the electrode is often already achieved, so that a further mechanical attachment or an adhesion to the main body can be omitted, but not necessarily.
  • the coating may alternatively also be formed by a fiber material and bonded to the surface of the base body. This is particularly preferred for non-elastically deformable fiber materials.
  • open-porous materials which can be pushed onto a base body, for example, as sleeve-shaped elements and / or fixed to the base body by gluing, can be used instead of fiber materials.
  • an adhesive for fixing a coating on the base body can serve a single- or multi-component adhesive, by which the coating material is at least partially bonded to the surface of the body.
  • a suitable adhesive for bonding graphite with another material is, for example, the DE 39 07 913 A1 refer to.
  • a fiber material is arranged wound around the base body.
  • Elongated, in particular mat, band or rope-shaped fiber materials are suitable for this purpose.
  • the fiber material is preferably formed by paper and / or cardboard and / or a non-woven fabric and / or a fiber mat and / or a textile material.
  • the coating contains carbon fibers and / or non-metallic inorganic Fibers.
  • the coating comprises a fiber material in the form of a felt, which, as is known, is open-porous and can be impregnated to a high degree with liquid.
  • fiber materials which are entirely formed of carbon fibers such as carbon or graphite soft felts or non-metallic inorganic fibers such as mineral fibers and the like are preferable.
  • a suitable open-porous coating can also be sprayed onto the main body of the electrode, a mixture of an adhesive and furthermore fibers and / or particles being sprayed on and fixed to the base body, for example by laser sintering or the like.
  • either the open-porous material may be formed by applying a liquid affinity film to the interior surface of the material or the liquid, for example by addition a suitable auxiliary agent such as a wetting agent.
  • water in particular service water, is preferably used as liquid in order to impregnate and flow through the coating of the electrode.
  • Organic and / or inorganic auxiliaries for example in the form of soluble salts, wetting agents, etc., may be added to the water.
  • an electrode is only operated and / or introduced into the furnace chamber when the coating is at least partially soaked in liquid, especially water. This improves the distribution and tracking of the liquid along the longitudinal axis of the electrode in the direction of the furnace chamber and thus the effective cooling of the electrode.
  • the coating is then at least partially soaked with the liquid, in particular in the form of water, in particular service water.
  • liquid is sprayed onto the coating, optionally the coating is previously immersed in a liquid.
  • the coating is preferably produced by winding an elastic fiber material around the base body.
  • a fiber material can be wound around the base body and glued to it. The winding allows the formation of a substantially single-layer, but also a multilayer coating.
  • An electric arc furnace comprising at least one furnace vessel and furthermore at least one electrode according to the invention is advantageous.
  • the achieved reduction of the oxidation and the erosion of the electrode leads to lower down times of the arc furnace due to the reduced number of required Electrode rods and cost savings in terms of required material and personnel.
  • the electric arc furnace preferably has at least one first device for wrapping around the main body of the at least one electrode with a band-shaped fiber material.
  • the at least one first device is movable relative to the main body, in particular along the longitudinal axis and / or the circumference of the main body of the electrode.
  • the lifting and / or lowering movement of an electrode during extension from or entering into the furnace chamber or a rotation of the main body about its longitudinal axis can thus also be utilized.
  • the at least one device is movable around the usually circular circumference of the base body so that wrapping of the base body with the fiber material can take place in the simplest possible manner.
  • fiber material in particular band-shaped fiber material, preferably wound by hand or by means of a semi-automatic or automatically operating first device to the main body of the electrode.
  • the first device used is preferably a manually operated or an automatic dispenser.
  • a first device can optionally also be equipped for bonding a band-shaped fiber material to the surface of the base body.
  • a first device has, for example, at least one unit for applying an adhesive.
  • the main body of the at least one electrode is held in particular by means of at least one clamping device and electrically contacted.
  • the at least one first device is preferably arranged such that the fiber material for forming the open-porous coating below the at least one clamping device can be applied to the base body made of graphite.
  • At least one metering device for spraying liquid, in particular water, onto the base body and / or the coating of the at least one electrode below the at least one clamping device is preferably provided on the electric arc furnace.
  • the liquid soaks the coating and, following gravity, flows down through the coating towards the furnace chamber. There, the liquid evaporates and cools the electrode.
  • the arc furnace may comprise at least one liquid tank for immersing at least a portion of the at least one electrode provided with the coating into a liquid. This accelerates the impregnation of the coating with liquid during a first start-up of the oven or retraction of the electrode into the oven chamber of the arc furnace.
  • a method for operating an electric arc furnace according to the invention is ideal, in which a liquid, in particular water, sprayed by at least one metering device to the at least one electrode and the coating of the electrode permanently with the liquid, especially the water, impregnated and from this in the direction of a furnace chamber the arc furnace is traversed.
  • the liquid is permanently applied to the electrode, so that liquid evaporating at the lower end of the electrode in the furnace chamber is always tracked from the upper end of the electrode, which is located outside the furnace chamber, along the longitudinal axis of the electrode in the direction of the furnace chamber.
  • FIG. 1 shows a partial longitudinal section through an electrode 1, which has an elongated body 2 made of graphite, which is partially covered with a coating 3.
  • the coating 3 has an open porosity which is permeable at least in the direction of a longitudinal axis of the base body 2 for a liquid.
  • the coating 3 by a band-shaped, formed elastic carbon fiber material with which the base body 2 is wrapped at its end to be introduced into a furnace chamber form and locks.
  • a bonding of the fiber material with the base body 2 of the electrode 1 is not necessarily present. Of course, however, other non-elastic fiber materials may be used, which may be glued or sprayed example.
  • Soft felt as, for example, under the name Sigratherm ® by SGL Group, in particular with basis weights in the range of 850 to 1,050 g / m 2, driven out.
  • Such soft felts can also be used in combination with graphite sheets to form the coating layer 3, which are marketed under the name ® Sigraflex by SGL Group.
  • FIG. 2 shows a cross section through the electrode 1 according to FIG. 1 with the coating 2 surrounding the main body 2.
  • FIG. 3 schematically shows a method for producing an electrode 1 from a variety of possible manufacturing methods.
  • the elongated base body 2 made of graphite is held here by a clamping device 4 in a vertical orientation of the longitudinal axis of the base body 2.
  • the clamping device 4 in this case comprises jaws 4a, which mechanically fix the electrode 1 and electrically contact and a current-carrying support arm 4b, via which the electrode 1 is supplied with power and with respect to a furnace chamber 104 (see FIGS. 4 to 6 ) can be raised or lowered.
  • a first device 5 which serves for wrapping the base body 2 with a band-shaped fiber material 3a.
  • the first device 5 is moved around the base body 2 and at the same time from the lower end of the base body 2 in the direction of the clamping device 4 (see arrows).
  • the fiber material 3a different thickness Coatings 3 are formed.
  • the first device 5 and the base body 2 can be moved.
  • FIG. 4 schematically shows an electric arc furnace 100 with a furnace vessel 101 shown in section, a furnace cover 102 and an extended from the furnace chamber 104 electrode 1, which is held at its free end of the coating 3 of a clamping device 4 and electrically powered.
  • An electric arc furnace 100 usually has three electrodes 1, but for the sake of clarity, only one electrode 1 is shown here.
  • the furnace cover 102 in each case has an opening 103, through which an electrode 1 can be retracted by lowering the clamping device 4 into the furnace chamber 104 and can be extended out of the furnace chamber 104 again by lifting the clamping device 4.
  • a base body can be used and the first device 5 are used to form the coating 3 on the body.
  • a metering device 6 is arranged in the form of a nozzle ring shown here in section, through which the electrode 1 can be moved.
  • the metering device 6 is supplied via a supply line 6a with liquid, here service water.
  • liquid here service water.
  • Such metering devices are already known in principle from the aforementioned US 5,795,539 known and therefore require no further explanation.
  • the water is, as soon as the electrode 1 is retracted into the oven chamber 104 and / or retracted, distributed over the nozzle ring finely and metered discharged in the direction of the electrode 1, so that the water penetrates into the coating 3, this at least partially soaks and in Direction of the oven chamber 104 flows.
  • FIG. 5 schematically shows a section of the electric arc furnace 100 according to FIG. 4 with the retracted into the oven chamber 104 electrode 1.
  • water is permanently fed via the metering device 6 to the electrode 1.
  • the water penetrates at least partially into the coating 3, and flows in the direction of the furnace chamber 104 below.
  • the water evaporates and cools the end of the electrode 1 arranged in the furnace chamber 104, wherein water is continuously replenished by the metering device 6 at the upper end of the electrode 1.
  • the coating 3 is applied to the piece of the main body 2 which is now for the first time below the at least one clamping device 4 or is supplemented in the direction of the at least one clamping device 4.
  • FIG. 6 schematically shows another arc furnace 100 'with a furnace vessel shown in section 101 and a likewise shown in section and adjacent to the furnace vessel 101 arranged liquid pool 7, which contains a liquid 8.
  • the electrode 1 is immersed here in the region of the coating 3 by means of the clamping device 4 in the liquid tank 7 and the coating 3 soaked at least partially with the liquid 8. Thereafter, the electrode 1 is lifted by means of the clamping device 4 (see arrow up) and pivoted over the furnace cover 102 (see arrow with axis of rotation). As soon as the electrode 1 is positioned above the associated opening 103 in the furnace cover 102, the electrode 1 is lowered into the furnace chamber 104 (see arrow downwards), as already closed FIG. 5 illustrated and explained. The melting process of a charging chamber, which is not shown separately in the furnace chamber 104, can begin.
  • the electrode 1, which is present as such only once in the illustrated electric arc furnace 100, is in FIG. 6 shown twice to illustrate the process flow.
  • FIGS. 1 to 6 are intended to illustrate to a person skilled in the art only by way of example and schematically the basic idea of the invention.
  • arc furnaces on a variety of other components and also different designs, which are not shown here for the sake of clarity, but are familiar to the expert.
  • the representation of the gas supply and gas extraction in the area of the furnace chamber, the necessary control and regulating devices, the electrical supply, the charging opening, etc. omitted.
  • the nature of the first device, the metering device, the open-porous coating of the electrode, their preparation, etc. of course, also with respect to those in the FIGS. 1 to 6 be changed examples mentioned.

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Abstract

Elektrode für einen Lichtbogenofen und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung betrifft eine Elektrode für einen Lichtbogenofen, umfassend einen langgestreckten Grundkörper aus Graphit, welcher an seiner Oberfläche zumindest teilsweise mit einer Beschichtung versehen ist, wobei die Beschichtung eine offene Porosität aufweist, die zumindest in Richtung einer Längsachse des Grundkörpers für eine Flüssigkeit permeabel ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zu deren Herstellung einer solchen Elektrode, einen Lichtbogenofen mit mindestens einer derartigen Elektrode sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Lichtbogenofens.

Description

  • Elektrode für einen Lichtbogenofen und Verfahren zu deren Herstellung
  • Die Erfindung betrifft eine Elektrode für einen Lichtbogenofen, umfassend einen langgestreckten Grundkörper aus Graphit, welcher an seiner Oberfläche zumindest teilsweise mit einer Beschichtung versehen ist, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Lichtbogenofen mit einer derartigen Elektrode und ein Verfahren zu dessen Betrieb.
  • Elektroden der eingangs genannten Art für Lichtbogenöfen sind bekannt, wobei die Beschichtung in der Regel dem Schutz der Elektrode vor Oxidation dient und den Elektrodenverbrauch, der auch als Abbrand bezeichnet wird, reduzieren soll.
  • Die GB 1 386 611 offenbart Elektroden aus Graphit mit einer Schutzschicht zur Verwendung in Lichtbogenöfen, wobei die Beschichtung ein Matrixmaterial mit einem Schmelzpunkt unterhalb von 1000°C und ein feuerfestes Füllmaterial aufweist. Das Matrixmaterial wird aufgeschmolzen und bildet eine durchgehende, gasdichte Schutzschicht auf dem Graphit aus.
  • Die JP 55060075 A beschreibt ebenfalls eine Elektrode aus Graphit mit einer gasdichten Schutzschicht für einen Lichtbogenofen. Die Schutzschicht auf der Graphitelektrode wird durch ein feuerfestes, durch Aufwickeln aufgebrachtes Fasermaterial gebildet, das mit einem Binder auf Silikat-Basis abgedichtet ist.
  • Weiterhin ist es bekannt, den Abbrand von Graphitelektroden in Lichtbogenöfen zu verlangsamen, indem eine Wasserkühlung der Elektroden durchgeführt wird.
  • Gemäß der US 5,795,539 wird dazu Wasser unterhalb der elektrischen Anschlüsse und mechanischen Halterung einer Elektrode auf deren Oberfläche aufgesprüht.
  • Die langgestreckte Elektrode ist üblicherweise hinsichtlich ihrer Längsachse senkrecht ausgerichtet und ragt im Betrieb mit ihrem unteren Ende in den Ofenraum eines Lichtbogenofens hinein. Das Wasser fließt an der Oberfläche der langgestreckten Elektrode nach unten in Richtung Ofenraum bzw. in diesen hinein und kühlt die Elektrode.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode für einen Lichtbogenofen bereitzustellen, mit welcher eine Oxidation und ein Abbrand der Elektrode weiter verringert werden kann, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.
  • Die Aufgabe wird hinsichtlich einer Elektrode für einen Lichtbogenofen, umfassend einen Grundkörper aus Graphit, welcher an seiner Oberfläche zumindest teilsweise mit einer Beschichtung versehen ist, gelöst, indem die Beschichtung eine offene Porosität aufweist, die zumindest in Richtung einer Längsachse des Grundkörpers für eine Flüssigkeit permeabel ausgebildet ist.
  • Der Begriff "permeabel" bezeichnet hier eine Durchlässigkeit für Flüssigkeit, welche in den Porenraum der Beschichtung eindringen und sich innerhalb der Beschichtung in Richtung der Längsachse des Grundkörpers, im Einsatz der Elektrode üblicherweise in Schwerkraftrichtung nach unten, bewegen kann.
  • Üblicherweise wird eine offene Porosität bei Beschichtungen von Elektroden für Lichtbogenöfen vermieden, um einen direkten Kontakt zwischen der Ofenatmosphäre und dem Grundkörper aus Graphit und eine darauf basierende Oxidation der Elektrode zu vermeiden. Überraschender Weise hat es sich aber gezeigt, dass eine Beschichtung mit einer offenen Porosität, die der Ofenatmosphäre also den Zutritt zum Grundkörper nicht verwehrt, ebenfalls genutzt werden kann, um den Elektrodenverbrauch zu reduzieren. Dies ist dann der Fall, wenn die Elektrode gleichzeitig entsprechend gekühlt wird. Die Beschichtung der Elektrode ist daher zumindest in Richtung einer Längsachse des Grundkörpers, bevorzugt in allen Richtungen, für eine Flüssigkeit permeabel, d.h. hier insbesondere mit der Flüssigkeit tränkbar und wenigstens in geringem Maße in Schwerkraftrichtung durchströmbar, ausgebildet. Im Elektrodenbetrieb kann dadurch permanent Flüssigkeit in der offen-porösen Beschichtung vorgehalten werden, welche im heißen Ofenraum verdunstet und die Elektrode wirkungsvoll abkühlt. Der Elektrodenverbrauch wird dadurch effektiv gesenkt, so dass der Lichtbogenofen über einen längeren Zeitraum als bisher ununterbrochen betrieben werden kann. Die Betriebskosten für einen Lichtbogenofen werden gesenkt, da geringere Stillstandszeiten auftreten und weniger Personal für Wartungsmaßnahmen benötigt wird.
  • Dabei kann üblicherweise nicht der komplett zur Verfügung stehende offene Porenraum der Beschichtung mit Flüssigkeit getränkt werden. Die Eignung der Beschichtung hängt wesentlich von der Benetzbarkeit des zur Bildung der Beschichtung eingesetzten Materials mit einer zum Tränken und Durchströmen der Beschichtung verwendeten Flüssigkeit, sowie von der Kapillarität und der Permeabilität des eingesetzten offen-porösen Materials für die Flüssigkeit ab. Die Eignung eines bestimmten Materials für die Beschichtung in Kombination mit einer Flüssigkeit kann allerdings in einfacher Weise experimentell bestimmt werden.
  • Eine bevorzugte Dicke oder durchschnittliche Dicke der Beschichtung liegt im Bereich von etwa 0,2 bis 10 cm, insbesondere im Bereich von etwa 3 bis 7 cm.
  • Die Beschichtung ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durch ein elastisches Fasermaterial gebildet. Aufgrund der elastischen Eigenschaften des Fasermaterials wird dabei häufig bereits eine ausreichende Befestigung bzw. Verankerung der Beschichtung am Grundkörper der Elektrode erreicht, so dass eine weitere mechanische Befestigung oder eine Verklebung am Grundkörper entfallen kann, aber nicht muss.
  • Die Beschichtung kann alternativ auch durch ein Fasermaterial gebildet und mit der Oberfläche des Grundkörpers verklebt sein. Dies ist insbesondere für nicht elastisch verformbare Fasermaterialien bevorzugt.
  • Aber auch andere offen-poröse Materialien, die beispielsweise als hülsenförmige Elemente auf einen Grundkörper aufgeschoben und/oder durch Kleben am Grundkörper fixiert werden können, sind anstelle von Fasermaterialien verwendbar.
  • Als Kleber zur Fixierung einer Beschichtung am Grundkörper kann ein Ein- oder Mehrkomponentenkleber dienen, durch welchen das Beschichtungsmaterial mit der Oberfläche des Grundkörpers zumindest partiell verklebt wird. Ein geeigneter Kleber zum Verkleben von Graphit mit einem weiteren Material ist beispielsweise der DE 39 07 913 A1 zu entnehmen.
  • Insbesondere ist ein Fasermaterial um den Grundkörper gewickelt angeordnet. Dazu eignen sich vor allem langgestreckte, insbesondere matten-, band- oder seilförmig ausgestaltete Fasermaterialien.
  • Das Fasermaterial ist bevorzugt durch Papier und/oder Pappe und/oder ein Faservlies und/oder eine Fasermatte und/oder ein textiles Material gebildet. Bevorzugt enthält die Beschichtung Kohlenstofffasern und/oder nichtmetallisch anorganische Fasern. Die Beschichtung umfasst in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Fasermaterial in Form eines Filzes, welcher bekanntlich offen-porös und in hohem Maße mit Flüssigkeit tränkbar ist.
  • Insbesondere sind Fasermaterialien bevorzugt, die vollständig aus Kohlenstofffasern gebildet sind, wie Kohlenstoff- oder Graphit-Weichfilze, oder aus nichtmetallisch- anorganischen Fasern, wie Mineralfasern und dergleichen, gebildet sind.
  • Eine geeignete offen-poröse Beschichtung kann in einer alternativen Ausführungsform aber auch auf den Grundkörper der Elektrode aufgespritzt sein, wobei ein Gemisch aus einem Kleber und weiterhin Fasern und/oder Partikel aufgespritzt und am Grundkörper fixiert wird, beispielsweise durch Lasersintern oder dergleichen.
  • Sofern ein offen-poröses Material für die Beschichtung ausgewählt wird, das sich mit einer bestimmten Flüssigkeit nicht oder nicht ausreichend durchströmen lässt, kann entweder das offen-poröse Material durch Aufbringen eines flüssigkeitsaffinen Films auf der inneren Oberfläche des Materials oder die Flüssigkeit, beispielsweise durch Zugabe eines geeigneten Hilfsmittels wie eines Benetzungsmittels, modifiziert werden.
  • Aus Kostengründen wird als Flüssigkeit bevorzugt Wasser, insbesondere Brauchwasser, eingesetzt, um die Beschichtung der Elektrode zu tränken und zu durchströmen. Dem Wasser können dabei organische und/oder anorganische Hilfsmittel, beispielsweise in Form von löslichen Salzen, Benetzungsmitteln usw., zugesetzt sein.
  • Insbesondere wird eine Elektrode erst dann betrieben und/oder in den Ofenraum eingeführt, wenn die Beschichtung zumindest teilweise mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser, getränkt ist. Dies verbessert die Verteilung und Nachführung der Flüssigkeit entlang der Längsachse der Elektrode in Richtung Ofenraum und damit die effektive Kühlung der Elektrode.
  • Die Aufgabe wird für das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode für einen Lichtbogenofen umfassend folgende Schritte gelöst:
    1. a) Bereitstellen eines langgestreckten Grundkörpers aus Graphit; und
    2. b) Erzeugen einer offen-porösen, zumindest in Richtung einer Längsachse des Grundkörpers für eine Flüssigkeit permeablen Beschichtung auf zumindest einem Teil einer Oberfläche des Grundkörpers.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn die Beschichtung anschließend zumindest teilweise mit der Flüssigkeit, insbesondere in Form von Wasser, insbesondere Brauchwasser, getränkt wird. Dazu wird bevorzugt Flüssigkeit auf die Beschichtung aufgesprüht, gegebenenfalls wird die Beschichtung zuvor in eine Flüssigkeit eingetaucht.
  • Die Beschichtung wird bevorzugt erzeugt, indem ein elastisches Fasermaterial um den Grundkörper gewickelt wird. Alternativ kann ein Fasermaterial um den Grundkörper gewickelt und mit diesem verklebt werden. Das Wickeln ermöglicht dabei die Bildung einer im Wesentlichen einlagigen, aber auch einer mehrlagigen Beschichtung.
  • Ein Lichtbogenofen umfassend mindestens ein Ofengefäß und weiterhin mindestens eine erfindungsgemäße Elektrode ist vorteilhaft. Die erreichte Reduzierung der Oxidation und des Abbrands der Elektrode führt zu geringeren Stillstandszeiten des Lichtbogenofens aufgrund der verringerten Anzahl an benötigten Elektrodenstäben und zu Kosteneinsparungen hinsichtlich benötigtem Material und Personal.
  • Der Lichtbogenofen weist bevorzugt mindestens eine erste Vorrichtung zum Umwickeln des Grundkörpers der mindestens einen Elektrode mit einem bandförmigen Fasermaterial auf. Dabei ist die mindestens eine erste Vorrichtung relativ zum Grundkörper beweglich, insbesondere entlang der Längsachse und/oder des Umfangs des Grundkörpers der Elektrode. Alternativ zu einer Bewegung einer ersten Vorrichtung kann somit auch die Hub-und/oder Senkbewegung einer Elektrode beim Ausfahren aus dem oder Einfahren in den Ofenraum oder eine Rotation des Grundkörpers um seine Längsachse ausgenutzt werden. Bevorzugt ist die mindestens eine Vorrichtung allerdings um den üblicherweise kreisförmigen Umfang des Grundkörpers herum beweglich, damit ein Umwickeln des Grundkörpers mit dem Fasermaterial in möglichst einfacher Weise erfolgen kann.
  • Dabei wird Fasermaterial, insbesondere bandförmiges Fasermaterial, bevorzugt per Hand oder mittels einer halbautomatisch oder auch automatisch arbeitenden ersten Vorrichtung um den Grundkörper der Elektrode gewickelt. Als erste Vorrichtung wird bevorzugt ein manuell zu bedienender oder ein automatischer Abroller eingesetzt.
  • Eine erste Vorrichtung kann dabei optional auch zum Verkleben eines bandförmigen Fasermaterials mit der Oberfläche des Grundkörpers ausgerüstet sein. Dazu weist eine erste Vorrichtung beispielsweise mindestens eine Einheit zum Applizieren eines Klebers auf.
  • Der Grundkörper der mindestens einen Elektrode ist insbesondere mittels mindestens einer Klemmeinrichtung gehalten und elektrisch kontaktiert. Die mindestens eine erste Vorrichtung ist bevorzugt derart angeordnet, dass das Fasermaterial zur Ausbildung der offen-porösen Beschichtung unterhalb der mindestens einen Klemmeinrichtung auf den Grundkörper aus Graphit aufgebracht werden kann.
  • Bei Verbrauch der Elektrode im Ofenraum wird das dem Ofenraum abgewandete Ende der Elektrode üblicherweise mit einem weiteren Grundkörper aus Graphit verschraubt, die Klemmwirkung der mindestens einen Klemmeinrichtung vermindert, die Elektrode um den verbrauchten Längenabschnitt in den Ofenraum abgesenkt und in dieser Position wieder mittels der mindestens einen Klemmeinrichtung fixiert. Gleichzeitig oder anschließend wird die Beschichtung auf das sich nun erstmals unterhalb der mindestens einen Klemmeinrichtung befindende Stück des Grundkörpers aufgebracht bzw. in Richtung der mindestens einen Klemmeinrichtung ergänzt.
  • Weiterhin ist am Lichtbogenofen vorzugsweise mindestens eine Dosiereinrichtung zum Aufsprühen von Flüssigkeit, insbesondere Wasser, auf den Grundkörper und/oder die Beschichtung der mindestens einen Elektrode unterhalb der mindestens einen Klemmeinrichtung vorhanden. Die Flüssigkeit tränkt die Beschichtung und fließt der Schwerkraft folgend nach unten durch die Beschichtung hindurch in Richtung Ofenraum. Dort verdampft die Flüssigkeit und kühlt die Elektrode.
  • Weiterhin kann der Lichtbogenofen mindestens ein Flüssigkeitsbecken zum Eintauchen mindestens eines Teils der mindestens einen Elektrode, welcher mit der Beschichtung versehen ist, in eine Flüssigkeit aufweisen. Dies beschleunigt das Durchtränken der Beschichtung mit Flüssigkeit bei einem ersten anfahren des Ofens bzw. Einfahren der Elektrode in den Ofenraum des Lichtbogenofens.
  • Ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Lichtbogenofens ist ideal, bei dem eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, mittels mindestens einer Dosiereinrichtung auf die mindestens eine Elektrode aufgesprüht und die Beschichtung der Elektrode permanent mit der Flüssigkeit, insbesondere dem Wasser, getränkt und von dieser in Richtung eines Ofenraums des Lichtbogenofens durchflossen wird.
  • Während des Elektrodenbetriebs wird die Elektrode permanent mit der Flüssigkeit beaufschlagt, so dass am unteren Ende der Elektrode im Ofenraum verdampfende Flüssigkeit immer wieder vom oberen Ende der Elektrode, das sich außerhalb des Ofenraums befindet, entlang der Längsachse der Elektrode in Richtung Ofenraum nachgeführt wird.
  • Die Figuren 1 bis 6 sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt
    • FIG 1
    einen Längsteilschnitt durch eine Elektrode;
    FIG 2
    einen Querschnitt durch die Elektrode gemäß FIG 1;
    FIG 3
    schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Elekt- rode;
    FIG 4
    schematisch einen Lichtbogenofen mit einem im Schnitt dargestellten Ofengefäß und einer aus dem Ofenraum aus- gefahrenen Elektrode;
    FIG 5
    schematisch einen Lichtbogenofen mit einem im Schnitt dargestellten Ofengefäß und einer in den Ofenraum ein- gefahrenen Elektrode; und
    FIG 6
    schematisch einen Lichtbogenofen mit im Schnitt darge- stelltem Ofengefäß und Flüssigkeitsbecken.
  • FIG 1 zeigt einen Teil-Längsschnitt durch eine Elektrode 1, welche einen langgestreckten Grundkörper 2 aus Graphit aufweist, der teilweise mit einer Beschichtung 3 bedeckt ist. Die Beschichtung 3 weist eine offene Porosität auf, die zumindest in Richtung einer Längsachse des Grundkörpers 2 für eine Flüssigkeit permeabel ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Beschichtung 3 durch ein bandförmiges, elastisches Kohlenstofffasermaterial gebildet, mit dem der Grundkörper 2 an seinem in einen Ofenraum einzubringenden Ende form- und kraftschlüssig umwickelt ist. Eine Verklebung des Fasermaterials mit dem Grundkörper 2 der Elektrode 1 ist nicht zwingend vorhanden. Selbstverständlich können aber auch andere, nicht-elastische Fasermaterialien eingesetzt werden, die beispielsweise aufgeklebt oder aufgespritzt sein können.
  • Als besonders geeignet haben sich hier Kohlenstofffasermaterialien in Form von Weichfilzen erwiesen, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung Sigratherm® von der SGL Group, insbesondere mit flächenbezogenen Massen im Bereich von 850 bis 1050 g/m2, vertrieben werden. Derartige Weichfilze können auch in Kombination mit Graphitfolien zur Bildung der Beschichtung 3 eingesetzt werden, die unter der Bezeichnung Sigraflex® von der SGL Group vertrieben werden.
  • FIG 2 zeigt einen Querschnitt durch die Elektrode 1 gemäß FIG 1 mit der den Grundkörper 2 umhüllenden Beschichtung 3.
  • FIG 3 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode 1 aus einer Vielzahl an möglichen Herstellmethoden. Der langgestreckte Grundkörper 2 aus Graphit wird hier durch eine Klemmeinrichtung 4 in senkrechter Ausrichtung der Längsachse des Grundkörpers 2 gehalten. Die Klemmeinrichtung 4 umfasst dabei Klemmbacken 4a, die die Elektrode 1 mechanisch fixieren und elektrisch kontaktieren sowie einen stromführenden Tragarm 4b, über welchen die Elektrode 1 mit Strom versorgt und gegenüber einem Ofenraum 104 (siehe Figuren 4 bis 6) angehoben oder abgesenkt werden kann.
  • Weiterhin ist eine erste Vorrichtung 5 vorhanden, welche zum Umwickeln des Grundkörpers 2 mit einem bandförmigen Fasermaterial 3a dient. Dazu wird die erste Vorrichtung 5 um den Grundkörper 2 herum und gleichzeitig vom unteren Ende des Grundkörpers 2 in Richtung der Klemmeinrichtung 4 bewegt (siehe Pfeile). Je nach gewählter Steigung der Wickelung können dabei mittels des Fasermaterials 3a unterschiedlich dicke Beschichtungen 3 ausgebildet werden. Anstelle der ersten Vorrichtung 5 kann auch der Grundkörper 2 bewegt werden.
  • FIG 4 zeigt schematisch einen Lichtbogenofen 100 mit einem im Schnitt dargestellten Ofengefäß 101, einem Ofendeckel 102 und einer aus dem Ofenraum 104 ausgefahrenen Elektrode 1, die an ihrem von der Beschichtung 3 freien Ende von einer Klemmvorrichtung 4 gehalten und elektrisch versorgt wird. Ein Lichtbogenofen 100 weist üblicherweise drei Elektroden 1 auf, jedoch ist hier der Übersichtlichkeit halber lediglich eine Elektrode 1 dargestellt. Der Ofendeckel 102 weist jeweils eine Öffnung 103 auf, durch welche eine Elektrode 1 durch Absenken der Klemmeinrichtung 4 in den Ofenraum 104 eingefahren und durch Anheben der Klemmvorrichtung 4 wieder aus dem Ofenraum 104 ausgefahren werden kann. In der in FIG 4 dargestellten Positionierung der Klemmeinrichtung 4 kann ein Grundkörper eingesetzt werden und die erste Vorrichtung 5 zur Ausbildung der Beschichtung 3 auf dem Grundkörper verwendet werden. Oberhalb jeder Öffnung 103 im Ofendeckel 102 ist eine Dosiereinrichtung 6 in Form eines hier im Schnitt dargestellten Düsenrings angeordnet, durch welchen hindurch die Elektrode 1 bewegt werden kann. Die Dosiereinrichtung 6 wird über eine Zuführleitung 6a mit Flüssigkeit, hier Brauchwasser, versorgt. Derartige Dosiereinrichtungen sind prinzipiell bereits aus der eingangs genannten US 5,795,539 bekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung. Das Wasser wird, sobald die Elektrode 1 in den Ofenraum 104 eingefahren wird und/oder eingefahren ist, über den Düsenring fein verteilt und dosiert in Richtung der Elektrode 1 abgegeben, so dass das Wasser in die Beschichtung 3 eindringt, diese zumindest teilweise tränkt und in Richtung des Ofenraums 104 fließt.
  • FIG 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus dem Lichtbogenofen 100 gemäß FIG 4 mit der in den Ofenraum 104 eingefahrenen Elektrode 1. Im Betrieb des Lichtbogenofens wird permanent Wasser über die Dosiereinrichtung 6 auf die Elektrode 1 aufgegeben. Das Wasser dringt zumindest zum Teil in die Beschichtung 3 ein, und fließt in Richtung Ofenraum 104 nach unten. Im heißen Ofenraum 104 verdunstet das Wasser und kühlt das im Ofenraum 104 angeordnete Ende der Elektrode 1, wobei stetig Wasser durch die Dosiereinrichtung 6 am oberen Ende der Elektrode 1 nachgeliefert wird. Bei Verbrauch der Elektrode 1 im Ofenraum 104 wird das dem Ofenraum 104 abgewandete Ende der Elektrode 1, an dem der Grundkörper 2 unbeschichtet vorliegt, üblicherweise mit einem weiteren Grundkörper aus Graphit verschraubt, die Klemmwirkung der mindestens einen Klemmeinrichtung 4 vermindert, die Elektrode 1 um den verbrauchten Längenabschnitt in den Ofenraum 104 abgesenkt und in dieser Position wieder mittels der mindestens einen Klemmeinrichtung 4 fixiert. Gleichzeitig oder anschließend wird die Beschichtung 3 auf das sich nun erstmals unterhalb der mindestens einen Klemmeinrichtung 4 befindende Stück des Grundkörpers 2 aufgebracht bzw. in Richtung der mindestens einen Klemmeinrichtung 4 ergänzt.
  • FIG 6 zeigt schematisch einen weiteren Lichtbogenofen 100' mit einem im Schnitt dargestellten Ofengefäß 101 und einem ebenfalls im Schnitt dargestellten und neben dem Ofengefäß 101 angeordneten Flüssigkeitsbecken 7, das eine Flüssigkeit 8 enthält. Die Elektrode 1 wird hier im Bereich der Beschichtung 3 mittels der Klemmeinrichtung 4 in das Flüssigkeitsbecken 7 eingetaucht und die Beschichtung 3 zumindest teilweise mit der Flüssigkeit 8 getränkt. Danach wird die Elektrode 1 mittels der Klemmeinrichtung 4 angehoben (siehe Pfeil nach oben) und über den Ofendeckel 102 geschwenkt (siehe Pfeil mit Drehachse). Sobald die Elektrode 1 über der zugehörigen Öffnung 103 im Ofendeckel 102 positioniert ist, wird die Elektrode 1 in den Ofenraum 104 abgesenkt (siehe Pfeil nach unten), wie bereits zu FIG 5 dargestellt und erläutert. Der Einschmelzvorgang von einem im Ofenraum 104 angeordneten, hier nicht gesondert dargestellten Chargiergut kann beginnen. Die Elektrode 1, die am dargestellten Lichtbogenofen 100' als solche nur einmal vorhanden ist, ist in FIG 6 zweimal dargestellt, um den Verfahrensablauf zu verdeutlichen.
  • Die Figuren 1 bis 6 sollen einem Fachmann lediglich beispielhaft und schematisch den Grundgedanken der Erfindung erläutern. Selbstverständlich weisen Lichtbogenofen eine Vielzahl weiterer Bauteile und auch abweichende Bauformen auf, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, dem Fachmann aber geläufig sind. So wurde anstelle der üblicherweise vorhandenen drei Elektroden lediglich eine dargestellt, auf die Darstellung der Gasversorgung und Gasabsaugung im Bereich des Ofenraums, der erforderlichen Steuer- und Regeleinrichtungen, der elektrischen Versorgung, der Beschickungsöffnung usw. verzichtet. Weiterhin können die Art der ersten Vorrichtung, der Dosiereinrichtung, der offen-porösen Beschichtung der Elektrode, deren Herstellung usw. selbstverständlich ebenfalls gegenüber den in den Figuren 1 bis 6 genannten Beispielen verändert sein.

Claims (15)

  1. Elektrode (1) für einen Lichtbogenofen (100), umfassend einen langgestreckten Grundkörper (2) aus Graphit, welcher an seiner Oberfläche zumindest teilsweise mit einer Beschichtung (3) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) eine offene Porosität aufweist, die zumindest in Richtung einer Längsachse des Grundkörpers (2) für eine Flüssigkeit (8) permeabel ausgebildet ist.
  2. Elektrode nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch ein elastisches Fasermaterial (3a) gebildet ist.
  3. Elektrode nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch ein Fasermaterial gebildet ist, das mit der Oberfläche des Grundkörpers (2) verklebt ist.
  4. Elektrode nach Anspruch 2 oder Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial (3a) um den Grundkörper (2) gewickelt ist.
  5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch Papier und/oder Pappe und/oder ein Faservlies und/oder eine Fasermatte und/oder ein textiles Material gebildet ist.
  6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) Kohlenstofffasern und/oder nichtmetallisch anorganische Fasern enthält.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode (1) für einen Lichtbogenofen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfassend folgende Schritte:
    a) Bereitstellen eines langgestreckten Grundkörpers (2) aus Graphit; und
    b) Erzeugen einer offen-porösen, zumindest in Richtung einer Längsachse des Grundkörpers (2) für eine Flüssigkeit (8) permeablen Beschichtung (3) auf zumindest einem Teil einer Oberfläche des Grundkörpers (2).
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    wobei die Beschichtung (3) erzeugt wird, indem ein elastisches Fasermaterial (3a) um den Grundkörper (2) gewickelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8,
    wobei die Beschichtung (3) erzeugt wird, indem ein Fasermaterial um den Grundkörper (2) gewickelt und mit der Oberfläche des Grundkörpers (2) verklebt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    wobei die Beschichtung (3) mit der Flüssigkeit (8) getränkt wird.
  11. Lichtbogenofen (100) umfassend mindestens ein Ofengefäß (101) und weiterhin mindestens eine Elektrode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  12. Lichtbogenofen nach Anspruch 11,
    wobei der Lichtbogenofen weiterhin mindestens eine erste Vorrichtung (5) zum Umwickeln des Grundkörpers (2) der mindestens einen Elektrode (1) mit einem bandförmigen Fasermaterial aufweist.
  13. Lichtbogenofen nach Anspruch 11 oder Anspruch 12,
    wobei weiterhin mindestens eine Dosiereinrichtung (6) zum Aufsprühen von Flüssigkeit (8) auf den Grundkörper (2) und/oder die Beschichtung (3) der mindestens einen Elektrode (1) vorhanden ist.
  14. Lichtbogenofen nach Anspruch 13,
    wobei weiterhin mindestens ein Flüssigkeitsbecken (7) zum Eintauchen mindestens eines Teils der mindestens einen Elektrode (1), welcher mit der Beschichtung (3) versehen ist, vorhanden ist.
  15. Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei eine Flüssigkeit (8), insbesondere Wasser, mittels mindestens einer Dosiereinrichtung (6) auf die mindestens eine Elektrode (1) aufgesprüht und die Beschichtung (3) der Elektrode (1) permanent mit der Flüssigkeit (8), insbesondere dem Wasser, getränkt und von dieser in Richtung eines Ofenraums (104) des Lichtbogenofens (100) durchflossen wird.
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