EP2883418B1 - VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM WECHSELN MINDESTENS EINER ELEKTRODE EINES SCHMELZMETALLURGISCHEN GEFÄßES - Google Patents

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM WECHSELN MINDESTENS EINER ELEKTRODE EINES SCHMELZMETALLURGISCHEN GEFÄßES Download PDF

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EP2883418B1
EP2883418B1 EP13762769.1A EP13762769A EP2883418B1 EP 2883418 B1 EP2883418 B1 EP 2883418B1 EP 13762769 A EP13762769 A EP 13762769A EP 2883418 B1 EP2883418 B1 EP 2883418B1
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EP
European Patent Office
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electrode
station
lifting
pivoting
change
Prior art date
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EP13762769.1A
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EP2883418A1 (de
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Markus Dorndorf
Michel HEIN
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria 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
    • H05B7/101—Mountings, supports or terminals at head of electrode, i.e. at the end remote from the arc
    • H05B7/102—Mountings, supports or terminals at head of electrode, i.e. at the end remote from the arc specially adapted for consumable electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49718—Repairing
    • Y10T29/49721—Repairing with disassembling
    • Y10T29/4973—Replacing of defective part
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/53—Means to assemble or disassemble

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for changing at least one electrode of a melt metallurgical vessel, which has a receptacle for melt and for covering the receptacle a vessel lid with an opening per electrode, wherein the at least one electrode is positionable by means of at least one electrode holder and the vessel lid in that at least one electrode and the at least one electrode holder can furthermore be raised by means of a lifting and pivoting device and can be pivoted laterally about a vertical axis of rotation.
  • the rapid replacement of spent electrodes is essential for an energy-efficient and time-saving smelting process in a smelting metallurgical vessel, in particular an electric arc furnace, and is increasingly coming into focus with the ever-increasing performance requirements for smelting plants and the continuous increase in energy.
  • Electrical energy is introduced into the molten material, usually in the form of metal scrap, via the electrodes, whereby the electrode material, which usually consists of graphite, is consumed.
  • melt metallurgical plant here comprises an electric arc furnace system with a liftable and pivotable furnace lid and one to two melt vessels.
  • a cassette rotatable about its vertical center axis, which has cylindrical openings for receiving used electrodes and displaced therefrom further cylindrical openings for holding new electrodes.
  • the cassette is here together with its central rotating mechanism and several below the cassette arranged and engaging in the cylindrical openings lifting cylinders for lowering the used electrode pieces and for lifting the new electrodes completely in the pivoting range of the furnace lid.
  • DE 20 50 418 A1 is a device for electro-melting of Abschmelzelektroden with multiple height-adjustable electrode support arms - which are pivotable in the horizontal direction - shown.
  • the object is for the device for changing at least one electrode of a melt metallurgical vessel, which has a receptacle for melt and to cover the receiving device a vessel lid with an opening per electrode, wherein the at least one electrode is positionable by means of at least one electrode holder and the vessel lid, the at least one electrode and the at least one electrode holder by means of a lifting and pivoting device liftable about a vertical axis of rotation are laterally pivoted, solved in that in addition to the receiving device at least two electrode changing stations are provided, which are arranged either side by side in a pivoting range of the lifting-pivoting device on a circular path around the axis of rotation or alternately into a Pivoting range of the hub pivoting device can be brought to the circular path about the axis of rotation.
  • the at least two electrode change stations are arranged next to one another in a swivel range of the lifting / swiveling device on a circular path around the axis of rotation, then only the electrode (s) and the electrode holder move over them, optionally also the vessel lid.
  • the electrode changing stations are fixed units that can be formed from simple mechanical holders. Maintenance is rarely, if not at all, necessary, and may, for example, be carried out simultaneously with necessary maintenance of the vessel lid.
  • the mechanism for this introduction of an electrode changing station into the swivel range is outside the swivel range itself and is thus deprived of increased particle load.
  • Such an arrangement is also very low maintenance and also easily accessible to the maintenance personnel.
  • the tube lid itself is preferably not moved with the at least one electrode and the / the electrode holder (s) when changing electrodes.
  • the vessel lid can also be moved, since any movable mechanism of the device for changing at least one electrode is outside the pivoting range.
  • the molten metallurgical vessel is preferably an electric arc furnace. While the electrode consumption in a conventional electric arc furnace is different for each electrode present due to the irregular scrap distribution and nature, the required drilling phase at which the electrodes drill into the scrap, and the arc length, etc. occurring, the electrodes consume one another melt metallurgical vessel with Flachbad plante in which the arcs burn evenly on the bath surface, very evenly. Thus, in flat bath operation, a simultaneous replacement of all existing electrodes is generally to be expected.
  • the melt-metallurgical vessel may also be ladle furnaces or similar melt-metallurgical vessels operated with electrodes or self-consuming / consuming energy transfer devices.
  • the at least two electrode changing stations of the device are identical.
  • Particularly preferred is an education or at least lining both electrode changing stations from / with refractory material, so that hot remnants of electrodes can be safely parked in each electrode change station.
  • a lining of an electrode changing station with in particular refractory elastic fiber material has been proven to reduce the mechanical stress on the remaining pieces of the electrode (s) when stopping and to damp their impact in the electrode changing station.
  • a lining may also be formed in the form of a refractory metallic clamping device, which lock the parked remnants.
  • a first electrode change station of the at least two electrode change stations forms a storage station for a remainder of the at least one electrode and if a second electrode change station of the at least two electrode change stations, a placement station for holding at least one spare electrode by means of at least one Electrode holder is receivable forms.
  • the hot leftovers can initially remain in the storage station and cool down so far that their further processing is easily possible.
  • a loss of time in the assembly of the electrode holder with the replacement electrodes does not arise because the replacement electrode (s) are provided by a further electrode exchange station.
  • the first and the second electrode changing station of the device are arranged to alternately form the parking station and the loading station. Remaining pieces of electrodes remaining in an electrode changing station used as storage station can be directly mechanically connected to replacement electrodes and reused for the next required electrode change, the storage station now holding the next replacement electrode and thus now functioning as a placement station.
  • a Nachsetzstation is arranged, the refractory horizontal plane forJnbianab Centrifuged at least two electrodes to a uniform length measure between the plane and having at least one electrode holder.
  • a Nachsetzstation is particularly for a conventionally operated electric arc furnace, in which a different levels of erosion occurs at the existing electrodes, an advantage. But even in Flachbad plante it may, although rarely required be to set the ends of the electrodes at the same height.
  • the at least two electrode changing stations are connected to a vertical exchange unit rotation axis, which is set up to pivot the electrode change stations horizontally into the pivoting range of the lifting and pivoting device.
  • the exchange unit rotation axis itself is outside the pivoting range and thus protected from particles.
  • At least one assembly unit for the mechanical connection of the remaining piece of the at least one electrode with at least one electrode extension piece is assigned to the at least two electrode changing stations of the device.
  • This mounting unit may comprise a robot which automatically forms the mechanical connection between the respective remnant and an electrode extension piece, wherein still hot remnants can be reused.
  • the assembly unit comprises a removal device for removing the respective remainder piece from the storage station in order to mechanically connect it manually to an electrode extension piece.
  • the first electrode change station can again act as a stop station and the second electrode change station again as a loading station.
  • the second electrode change station can also act as a storage station and the first electrode change station as a placement station. This is particularly preferred if the remaining pieces are already connected in the region of the electrode exchange station with electrode extension pieces.
  • the first and second electrode changing stations then act alternately as a stopping station.
  • the inventive method enables a fast, efficient and resource-saving operation of the device according to the invention, which minimizes interruptions in the melt operation due to their low maintenance requirements. Residual pieces of the electrode (s) are reused and finally applied completely.
  • the electrode holder is lowered or raised as needed by means of the lifting and pivoting device.
  • the first electrode exchange station is pivoted about the exchange unit rotation axis from a position within the pivoting range of the lifting and pivoting device to a position outside the pivoting range of the lifting and pivoting device and at the same time the second changeover electrode station around the exchange unit rotation axis of a position outside the pivoting range of the lifting-pivoting device is pivoted to a position within the pivoting range of the lifting-pivoting device.
  • the hot remaining pieces can initially remain in the storage station and cool down to the extent that their further processing is possible without any problem.
  • a loss of time in the assembly of the electrode holder with the replacement electrodes does not arise because the replacement electrode (s) are provided by a further electrode exchange station.
  • the arrangement of the exchange unit rotation axis outside the pivoting range of the Hub-Schwenkvorplatz or the vessel lid has a favorable effect, i. extending to the maintenance cycles of the electrode changing stations.
  • lifting and pivoting of the unevenly long remaining pieces of the electrodes and of the at least one electrode holder around the axis of rotation preferably takes place in the direction of the set-up station arranged between the receiving device and the at least two electrode changing stations, wherein the at least one electrode holder is opposite the mounted electrodes is shifted such that the remnants are leveled with their at least one electrode holder remote ends on the horizontal plane of the Nachsetzstation and wherein subsequently pivoting and lowering the leveled electrodes and the at least one Electrode holder takes place about the axis of rotation in the direction of the receiving device.
  • the plane thus serves to level or level the free ends of the electrodes, which in operation protrude through the vessel lid into the receptacle, to maintain a uniform melting operation.
  • FIGS. 1 to 3 schematically show a melting metallurgical vessel 1 in the form of an electric arc furnace with a first device from above for changing the electrodes 4.
  • the melt metallurgical vessel 1 comprises a receiving device 2 for melt (see also FIG. 4 , which shows a partial section IV-IV through the electric arc furnace) and to cover the receiving device 2 a vessel lid 3, each with an opening 3a per electrode 4.
  • the electrodes 4 are each positioned by means of an electrode holder 5 , By means of a stroke-pivoting device 6, the electrodes 4 and the electrode holder 5, optionally further the vessel lid 3, can be raised and pivoted laterally about a vertical axis of rotation 6a.
  • two electrode changing stations 7, 7 ' are present, which side by side in a swivel range S (cf. FIG. 3 ) of the stroke-pivoting device 6 are arranged on a circular path about the axis of rotation 6a.
  • the electrode changing stations 7, 7 'each have three openings 7a, which can receive replacement electrodes or remnants of electrodes 4.
  • the remaining pieces of the electrodes 4 are raised by means of the electrode holders 5 via the lifting pivot device 6 and pivoted in the direction of the electrode changing stations 7, 7 '.
  • the remaining pieces 4a of the electrodes 4 are positioned above the first electrode exchange station 7, which functions as a storage station, and the electrode holders 5 are lowered and released.
  • the still heated residual pieces 4a of the electrodes 4 slide into the openings 7a of the first electrode change station 7.
  • the electrode holders 5 are raised and pivoted further in the direction of the second electrode changeover station 7 ', which here acts as a loading station and in whose openings 7a' replacement electrodes 4 ' are located.
  • the melt-metallurgical process can be continued.
  • the remaining pieces 4a are mounted on electrode extension pieces, so that further replacement electrodes are formed. This can be done in the region of the first electrode change station 7 or even after removal of the cooled residual pieces 4a thereof at a different location.
  • These can now be kept, for example, in the first electrode change station 7, which acts as a placement station in a row. But also a renewed use of the second electrode change station 7 'as a placement station is possible.
  • the replacement electrodes 4 ' are also burnt down, the remnants are deposited in the area of the first or second electrode changeover station 7, 7' and the replacement electrodes are received in the region of the respective other electrode change station 7, 7 '.
  • the two electrode change stations 7, 7 ' are fixedly installed in the first device shown in Figures 1 to 3 and have no moving parts, so that no intensive maintenance activities are necessary.
  • a Nachsetzstation 8 In the swivel area S between the receiving device 2 and the electrode changing stations 7, 7 'is optionally a Vietnamesesetzstation 8. In Flachbad too can be dispensed with such a Nachsetzstation 8 mostly. If the electrodes 4 burn off unevenly and one or two electrodes 4 have shortened more than the remaining electrodes, then the free ends 40 of the electrodes 4 can be brought to the same level by means of the re-placement station 8. For this purpose, the electrode holders 5 are raised including the electrodes 4 and pivoted about the Nachsetzstation 8. The electrode holders 5 are lowered, each electrode 4 is released and placed on a horizontal plane of the Nachsetzstation 8. Now, the electrode holders 5 are again connected to the mutually leveled electrodes 4, lifted and pivoted about the vessel lid 3. After lowering the electrodes 4 through the openings 3a of the vessel lid 3, the melt-metallurgical process can be continued.
  • FIG. 5 schematically shows a melting metallurgical vessel 1 in the form of an electric arc furnace with a second device for changing the electrodes 4 from above.
  • the same reference numerals as in FIGS. 1 to 4 designate the same elements.
  • two electrode changing stations 7, 7 'are present here which can be brought into the circular path about the axis of rotation 6a in alternation in the swiveling range S of the lifting swivel device 6.
  • an exchange unit rotation axis 9 is present, around which the first electrode exchange station 7 and the second electrode exchange station 7 'are rotatable and can be introduced into the pivoting region S of the lifting and pivoting device 6 in alternation. Due to the arrangement of the movable mechanism of the exchange unit rotation axis 9 outside the pivoting range S, the second device very low maintenance and generally easily accessible.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Wechseln mindestens einer Elektrode eines schmelzmetallurgischen Gefäßes, das eine Aufnahmeeinrichtung für Schmelze und zur Abdeckung der Aufnahmeeinrichtung einen Gefäßdeckel mit einer Öffnung pro Elektrode aufweist, wobei die mindestens eine Elektrode mittels mindestens einer Elektrodenhalterung positionierbar ist und der Gefäßdeckel, die mindestens eine Elektrode und die mindestens eine Elektrodenhalterung weiterhin mittels einer Hub-Schwenkvorrichtung anhebbar und um eine senkrechte Drehachse seitlich verschwenkbar sind.
  • Der schnelle Austausch verbrauchter Elektroden ist für einen energieeffizienten und zeitsparenden Einschmelzprozess in einem schmelzmetallurgischen Gefäß, insbesondere einem Elektrolichtbogenofen, essentiell und rückt mit den aktuell immer stärker steigenden Leistungsanforderungen an Schmelzanlagen und weiterhin der ständigen Energieverteuerung immer mehr in den Fokus. Über die Elektroden wird elektrische Energie in das Schmelzgut, meist in Form von Metallschrott, eingebracht, wobei sich das Elektrodenmaterial, welches meist aus Graphit besteht, verbraucht.
  • Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus dem Dokument US 4,345,333 bekannt, wobei die schmelzmetallurgische Anlage hier eine Elektrolichtbogenofen-Anlage mit einem anhebbaren und schwenkbaren Ofendeckel und ein bis zwei Schmelzengefäßen umfasst. Neben einem Schmelzengefäß, alternativ zwischen den zwei Schmelzengefäßen, befindet sich eine um ihre senkrechte Mittenachse rotierbare Kassette, die zylindrische Öffnungen zur Aufnahme gebrauchter Elektroden und versetzt dazu weitere zylindrische Öffnungen zum Vorhalten neuer Elektroden aufweist. Die Kassette befindet sich dabei mitsamt ihres mittigen Drehmechanismus und mehreren unterhalb der Kassette angeordneten und in die zylindrischen Öffnungen eingreifenden Hubzylindern zum Absenken der gebrauchten Elektrodenstücke und zum Anheben der neuen Elektroden vollständig im Schwenkbereich des Ofendeckels.
  • Im direkten Einflussbereich eines schmelzmetallurgischen Gefäßes wirken enorme korrosive Einflüsse auf bewegliche Mechaniken wie Hubzylinder und Drehgelenke, so dass eine regelmäßige Wartung bzw. ein Austausch von Bauteilen unumgänglich ist. Es hat sich gezeigt, dass die Wartung derartiger aus dem Stand der Technik bekannter Vorrichtungen zum Austausch von Elektroden umso häufiger erfolgen muss, wenn bewegliche Mechanik unmittelbar im Schwenkbereich des Ofendeckels bzw. Gefäßdeckels angeordnet ist. Vom Gefäßdeckel können Partikel wie abplatzende erstarrte Metalltröpfchen, Staubpartikel usw. nach unten fallen, in die bewegliche Mechanik gelangen und die Mechanik beschädigen oder blockieren.
  • In DE 20 50 418 A1 ist eine Vorrichtung zum Elektroumschmelzen von Abschmelzelektroden mit mehreren höhenverstellbaren Elektrodentragarmen - welche in horizontaler Richtung schwenkbar sind - gezeigt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine möglichst wartungsarme Vorrichtung und ein zum Betreiben einer solchen Vorrichtung geeignetes Verfahren zum Wechseln mindestens einer Elektrode eines schmelzmetallurgischen Gefäßes bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird für die Vorrichtung zum Wechseln mindestens einer Elektrode eines schmelzmetallurgischen Gefäßes, das eine Aufnahmeeinrichtung für Schmelze und zur Abdeckung der Aufnahmeeinrichtung einen Gefäßdeckel mit einer Öffnung pro Elektrode aufweist, wobei die mindestens eine Elektrode mittels mindestens einer Elektrodenhalterung positionierbar ist und der Gefäßdeckel, die mindestens eine Elektrode und die mindestens eine Elektrodenhalterung mittels einer Hub-Schwenkvorrichtung anhebbar und um eine senkrechte Drehachse seitlich verschwenkbar sind, dadurch gelöst, dass neben der Aufnahmeeinrichtung mindestens zwei Elektrodenwechselstationen vorhanden sind, die entweder nebeneinander in einem Schwenkbereich der Hub-Schwenkvorrichtung auf einer Kreisbahn um die Drehachse angeordnet sind oder im Wechsel in einen Schwenkbereich der Hub-Schwenkvorrichtung auf die Kreisbahn um die Drehachse bringbar sind.
  • Bei einer derartigen Vorrichtung sind keine beweglichen Mechaniken im Schwenkbereich des Gefäßdeckels vorhanden, die einer intensiven Wartung bedürfen.
  • Sind die mindestens zwei Elektrodenwechselstationen nebeneinander in einem Schwenkbereich der Hub-Schwenkvorrichtung auf einer Kreisbahn um die Drehachse angeordnet, so bewegt sich hier nur die Elektrode(n) und die Elektrodenhalterung über diese hinweg, optional auch der Gefäßdeckel. Die Elektrodenwechselstationen sind dabei feststehende Einheiten, die aus einfachen mechanischen Halterungen gebildet sein können. Eine Wartung ist nur äußerst selten bis gar nicht erforderlich und kann beispielsweise gleichzeitig mit einer erforderlichen Wartung des Gefäßdeckels durchgeführt werden.
  • Sind die Elektrodenwechselstationen im Wechsel in den Schwenkbereich der Hub-Schwenkvorrichtung auf die Kreisbahn um die Drehachse bringbar, so befindet sich der Mechanismus für dieses Einbringen einer Elektrodenwechselstation in den Schwenkbereich selbst außerhalb des Schwenkbereichs und ist damit einer verstärkten Belastung durch Partikel entzogen. Eine solche Anordnung ist ebenfalls besonders wartungsarm und zudem für das Wartungspersonal leicht zugänglich.
  • Der Gefäßdeckel selbst wird beim Elektrodenwechsel vorzugsweise nicht mit der mindestens einen Elektrode und der/den Elektrodenhalterung(en) mitbewegt. Optional kann der Gefäßdeckel aber auch mitbewegt werden, da jegliche bewegliche Mechanik der Vorrichtung zum Wechseln mindestens einer Elektrode sich außerhalb des Schwenkbereichs befindet.
  • Ein schmelzmetallurgisches Gefäß mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hat sich bewährt, wobei die Vorrichtung eine bewegliche Mechanik umfasst, die außerhalb des Schwenkbereichs der Hub-Schwenkvorrichtung angeordnet ist und mittels der die mindestens zwei Elektrodenwechselstationen im Wechsel in den Schwenkbereich der Hub-Schwenkvorrichtung auf die Kreisbahn um die Drehachse bringbar sind.
  • Bei dem schmelzmetallurgischen Gefäß handelt es sich vorzugsweise um einen Elektrolichtbogenofen. Während der Elektrodenverbrauch in einem konventionellen Elektrolichtbogenofen aufgrund der unregelmäßigen Schrottverteilung und -beschaffenheit, der erforderlichen Bohrphase, bei der sich die Elektroden in den Schrott bohren, sowie der jeweils auftretenden Lichtbogenlänge usw. für jede vorhandene Elektrode unterschiedlich groß ist, verbrauchen sich die Elektroden in einem schmelzmetallurgischen Gefäß mit Flachbadbetrieb, bei welchem die Lichtbögen gleichmäßig auf der Badoberfläche brennen, sehr gleichmäßig. So ist im Flachbadbetrieb in der Regel mit einem gleichzeitigen Austausch aller vorhandenen Elektroden zu rechnen.
  • Bei dem schmelzmetallurgischen Gefäß kann es sich weiterhin auch um Pfannenöfen bzw. gleichartige, mit Elektroden bzw. selbstverzehrenden/sich verbrauchenden Energieüberträgern betriebene schmelzmetallurgische Gefäße handeln.
  • Dabei hat es sich bewährt, wenn die mindestens zwei Elektrodenwechselstationen der Vorrichtung identisch ausgebildet sind. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausbildung oder zumindest Auskleidung beider Elektrodenwechselstationen aus/mit Feuerfestmaterial, damit in jeder Elektrodenwechselstation heiße Reststücke von Elektroden gefahrlos abgestellt werden können. Eine Auskleidung einer Elektrodenwechselstation mit insbesondere feuerfestem elastischem Fasermaterial hat sich bewährt, um die mechanische Belastung der Reststücke der Elektrode(n) beim Abstellen zu mindern und deren Aufschlag in der Elektrodenwechselstation zu dämpfen.
  • Alternativ kann eine Auskleidung auch in Form einer feuerfesten metallischen Klemmeinrichtung ausgebildet sein, die die abgestellten Reststücke arretieren.
  • Es hat sich als vorteilhaft für die Vorrichtung erwiesen, wenn eine erste Elektrodenwechselstation der mindestens zwei Elektrodenwechselstationen eine Abstellstation für ein Reststück der mindestens einen Elektrode bildet und wenn eine zweite Elektrodenwechselstation der mindestens zwei Elektrodenwechselstationen eine Bestückungsstation zum Bereithalten mindestens einer Ersatzelektrode, die mittels der mindestens einen Elektrodenhalterung aufnehmbar ist, bildet. Auf diese Weise können die heißen Reststücke vorerst in der Abstellstation verbleiben und soweit abkühlen, dass ihre Weiterverarbeitung problemlos möglich ist. Ein Zeitverlust bei der Bestückung der Elektrodenhalterung mit den Ersatzelektroden entsteht dadurch nicht, da die Ersatzelektrode(n) durch eine weitere Elektrodenwechselstation bereitgestellt werden.
  • Bevorzugt sind die erste und die zweite Elektrodenwechselstation der Vorrichtung eingerichtet, abwechselnd die Abstellstation und die Bestückungsstation zu bilden. In einer als Abstellstation genutzten Elektrodenwechselstation verbliebene Reststücke von Elektroden können unmittelbar mechanisch an Ersatzelektroden angebunden werden und beim nächsten erforderlichen Elektrodenwechsel erneut zum Einsatz kommen, wobei die Abstellstation nun die nächste Ersatzelektrode vorhält und damit nun als eine Bestückungsstation fungiert.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung sind mindestens zwei, insbesondere drei, Elektroden vorhanden und auf der Kreisbahn zwischen der Aufnahmeeinrichtung und den mindestens zwei Elektrodenwechselstationen ist eine Nachsetzstation angeordnet, die eine feuerfeste horizontale Ebene zum Längenmaßabgleich der mindestens zwei Elektroden auf ein einheitliches Längenmaß zwischen der Ebene und der mindestens einen Elektrodenhalterung aufweist. Eine solche Nachsetzstation ist insbesondere für einen konventionell betriebenen Elektrolichtbogenofen, bei dem ein unterschiedlich starker Abbrand an den vorhandenen Elektroden auftritt, von Vorteil. Aber auch im Flachbadbetrieb kann es, wenn auch selten, erforderlich sein, die Enden der Elektroden auf gleiche Höhe einzustellen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung sind die mindestens zwei Elektrodenwechselstationen mit einer senkrechten Wechseleinheiten-Drehachse verbunden, welche eingerichtet ist, die Elektrodenwechselstationen horizontal in den Schwenkbereich der Hub-Schwenkvorrichtung und auf die Kreisbahn zu schwenken. Dabei befindet sich die Wechseleinheiten-Drehachse selbst außerhalb des Schwenkbereichs und damit geschützt vor Partikeln.
  • Es hat sich bewährt, wenn den mindestens zwei Elektrodenwechselstationen der Vorrichtung mindestens eine Montageeinheit zur mechanischen Verbindung des Reststücks der mindestens einen Elektrode mit mindestens einem Elektrodenverlängerungsstück zugeordnet ist. Diese Montageeinheit kann einen Roboter umfassen, der die mechanische Verbindung zwischen dem jeweiligen Reststück und einem Elektrodenverlängerungsstück automatisch ausbildet, wobei noch heiße Reststücke wiederverwendet werden können. Alternativ umfasst die Montageeinheit eine Entnahmevorrichtung zur Entnahme des jeweiligen Reststücks aus der Abstellstation, um dieses manuell mit einem Elektrodenverlängerungsstück mechanisch zu verbinden.
  • Die Aufgabe wird für das Verfahren zum Wechseln mindestens einer Elektrode eines schmelzmetallurgischen Gefäßes mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und mit folgenden Schritten gelöst:
    • Anheben und Schwenken des Reststücks der mindestens einen Elektrode und der mindestens einen Elektrodenhalterung, optional weiterhin des Gefäßdeckels, um die Drehachse in Richtung der mindestens zwei Elektrodenwechselstationen;
    • Positionieren des Reststücks der mindestens einen Elektrode und einer ersten Elektrodenwechselstation der mindestens zwei Elektrodenwechselstationen zueinander und Abstellen des Reststücks aus der mindestens einen Elektrodenhalterung in die erste Elektrodenwechselstation, die als Abstellstation fungiert;
    • Positionieren der mindestens einen Elektrodenhalterung und einer zweiten Elektrodenwechselstation der mindestens zwei Elektrodenwechselstationen zueinander und Bestücken der mindestens einen Elektrodenhalterung mit mindestens einer Ersatzelektrode, wobei die zweite Elektrodenwechselstation als Bestückungsstation fungiert;
    • Schwenken und Absenken der mindestens einen Ersatzelektrode und der mindestens einen Elektrodenhalterung, optional weiterhin des Gefäßdeckels, um die Drehachse in Richtung der Aufnahmeeinrichtung;
    • Entnahme des Reststücks aus der Abstellstation und/oder Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen dem Reststück der mindestens einen Elektrode und mindestens einem Elektrodenverlängerungsstück unter Ausbilden einer weiteren Ersatzelektrode; und
    • Wiederholen des Verfahrens nach einer Zeitspanne Z.
  • Bei der Wiederholung des Verfahrens kann die erste Elektrodenwechselstation wieder als Abstellstation und die zweite Elektrodenwechselstation wieder als Bestückungsstation fungieren. Alternativ kann aber auch die zweite Elektrodenwechselstation als Abstellstation und die erste Elektrodenwechselstation als Bestückungsstation fungieren. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, wenn die Reststücke bereits im Bereich der Elektrodenwechselstation mit Elektrodenverlängerungsstücken verbunden werden. Bei jeder Wiederholung des Verfahrens fungieren die erste und zweite Elektrodenwechselstation dann abwechselnd als Abstellstation.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen schnellen, effizienten und ressourcensparenden Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die aufgrund ihres geringen Wartungsbedarfs Unterbrechungen im Schmelzbetrieb minimiert. Reststücke der Elektrode(n) werden wiederverwendet und letztendlich restlos aufgebracht.
  • Beim Abstellen von Reststücken und Aufnehmen der Ersatzelektrode(n) ist es bevorzugt, wenn die Elektrodenhalterung nach Bedarf mittels der Hub-Schwenkvorrichtung abgesenkt bzw. angehoben werden.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste Elektrodenwechselstation um die Wechseleinheiten-Drehachse von einer Position innerhalb des Schwenkbereichs der Hub-Schwenkvorrichtung in eine Position außerhalb des Schwenkbereichs der Hub-Schwenkvorrichtung geschwenkt wird und dass gleichzeitig die zweite Elektrodenwechselstation um die Wechseleinheiten-Drehachse von einer Position außerhalb des Schwenkbereichs der Hub-Schwenkvorrichtung in eine Position innerhalb des Schwenkbereichs der Hub-Schwenkvorrichtung geschwenkt wird. Wie bereits oben zur erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert, können auf diese Weise die heißen Reststücke vorerst in der Abstellstation verbleiben und soweit abkühlen, dass ihre Weiterverarbeitung problemlos möglich ist. Ein Zeitverlust bei der Bestückung der Elektrodenhalterung mit den Ersatzelektroden entsteht dadurch nicht, da die Ersatzelektrode(n) durch eine weitere Elektrodenwechselstation bereitgestellt werden. Die Anordnung der Wechseleinheiten-Drehachse außerhalb des Schwenkbereichs der Hub-Schwenkvorrichtung bzw. des Gefäßdeckels wirkt sich günstig, d.h. verlängernd, auf die Wartungszyklen der Elektrodenwechselstationen aus.
  • Bei einem ungleichmäßigen Verbrauch mehrerer vorhandener Elektroden erfolgt bevorzugt ein Anheben und Schwenken der ungleichmäßig langen Reststücke der Elektroden und der mindestens einen Elektrodenhalterung um die Drehachse in Richtung der zwischen der Aufnahmeeinrichtung und den mindestens zwei Elektrodenwechselstationen angeordneten Nachsetzstation, wobei die mindestens eine Elektrodenhalterung gegenüber den gehalterten Elektroden verschoben wird derart, dass die Reststücke mit ihren der mindestens einen Elektrodenhalterung abgewandten Enden auf der horizontale Ebene der Nachsetzstation nivelliert werden und wobei nachfolgend ein Schwenken und Absenken der nivellierten Elektroden und der mindestens einen Elektrodenhalterung um die Drehachse in Richtung der Aufnahmeeinrichtung erfolgt. Die Ebene dient demnach dazu, die freien Enden der Elektroden, die im Betrieb durch den Gefäßdeckel in die Aufnahmeeinrichtung ragen, auf eine gleiche Höhe einzustellen bzw. zu nivellieren, um einen gleichmäßigen Schmelzbetrieb aufrechtzuerhalten.
  • Die Figuren 1 bis 5 sollen erfindungsgemäße Vorrichtungen an schmelzmetallurgischen Gefäßen und Verfahren zu deren Betrieb beispielhaft erläutern. So zeigen:
    • FIGen 1 bis 3
    schematisch einen Elektrolichtbogenofen mit einer ersten Vorrichtung von oben;
    FIG 4
    einen Teilschnitt durch den Elektrolichtbogenofen; und
    FIG 5
    schematisch einen Elektrolichtbogenofen mit einer zweiten Vorrichtung von oben.
  • Die FIGen 1 bis 3 zeigen schematisch ein schmelzmetallurgisches Gefäß 1 in Form eines Elektrolichtbogenofen mit einer ersten Vorrichtung von oben zum Wechseln der Elektroden 4. Das schmelzmetallurgische Gefäß 1 umfasst eine Aufnahmeeinrichtung 2 für Schmelze (siehe auch FIG 4, welche einen Teilschnitt IV-IV durch den Elektrolichtbogenofen zeigt) und zur Abdeckung der Aufnahmeeinrichtung 2 einen Gefäßdeckel 3 mit je einer Öffnung 3a pro Elektrode 4. In der Aufnahmeeinrichtung 2 befindet sich einzuschmelzender Metallschrott 10. Die Elektroden 4 sind mittels je einer Elektrodenhalterung 5 positionierbar. Mittels einer Hub-Schwenkvorrichtung 6 sind die Elektroden 4 und die Elektrodenhalterung 5, optional weiterhin der Gefäßdeckel 3, anhebbar und um eine senkrechte Drehachse 6a seitlich verschwenkbar.
  • Neben der Aufnahmeeinrichtung 2 sind zwei Elektrodenwechselstationen 7, 7' vorhanden, die nebeneinander in einem Schwenkbereich S (vergleiche FIG 3) der Hub-Schwenkvorrichtung 6 auf einer Kreisbahn um die Drehachse 6a angeordnet sind. Die Elektrodenwechselstationen 7, 7' weisen jeweils drei Öffnungen 7a auf, die Ersatzelektroden oder Reststücke von Elektroden 4 aufnehmen können.
  • Werden die Elektroden 4 im Betrieb des Elektrolichtbogenofens zu kurz, so werden die Reststücke der Elektroden 4 mittels der Elektrodenhalterungen 5 über die Hub-Schwenkvorrichtung 6 angehoben und in Richtung der Elektrodenwechselstationen 7, 7' geschwenkt. Die Reststücke 4a der Elektroden 4 werden über der ersten Elektrodenwechselstation 7, die als Abstellstation fungiert, positioniert und die Elektrodenhalterungen 5 gesenkt und gelöst. Dadurch gleiten die noch erhitzten Reststücke 4a der Elektroden 4 in die Öffnungen 7a der ersten Elektrodenwechselstation 7. Die Elektrodenhalterungen 5 werden angehoben und weiter verschwenkt in Richtung der zweiten Elektrodenwechselstation 7', die hier als Bestückungsstation fungiert und in deren Öffnungen 7a' sich Ersatzelektroden 4' befinden. Diese werden in den Elektrodenhalterungen 5 fixiert, die Elektrodenhalterungen 5 inklusive der Ersatzelektroden 4' angehoben und zurück zum Gefäßdeckel 3 geschwenkt. Nach Absenken der Ersatzelektroden 4' durch die Öffnungen 3a im Gefäßdeckel 3 kann der schmelzmetallurgische Prozess fortgesetzt werden. Die Reststücke 4a werden an Elektrodenverlängerungsstücke montiert, so dass weitere Ersatzelektroden entstehen. Dies kann im Bereich der ersten Elektrodenwechselstation 7 erfolgen oder auch nach Entnahme der abgekühlten Reststücke 4a daraus an einem anderen Ort. Diese können nun beispielsweise in der ersten Elektrodenwechselstation 7 vorgehalten werden, die in Folge als Bestückungsstation fungiert. Aber auch eine erneute Nutzung der zweiten Elektrodenwechselstation 7' als Bestückungsstation ist möglich.
  • Sind auch die Ersatzelektroden 4' abgebrannt, werden im Bereich der ersten oder zweiten Elektrodenwechselstation 7, 7' die Reststücke abgesetzt und die Ersatzelektroden im Bereich der jeweils anderen Elektrodenwechselstation 7, 7' aufgenommen.
  • Die beiden Elektrodenwechselstationen 7, 7' sind bei der in den FIGen 1 bis 3 gezeigten ersten Vorrichtung ortsfest installiert und weisen keine beweglichen Teile auf, so dass keinerlei intensive Wartungstätigkeiten notwendig sind.
  • Im Schwenkbereich S zwischen der Aufnahmeeinrichtung 2 und den Elektrodenwechselstationen 7, 7' befindet sich optional eine Nachsetzstation 8. Im Flachbadbetrieb kann auf eine derartige Nachsetzstation 8 meist verzichtet werden. Sollten die Elektroden 4 ungleichmäßig schnell abbrennen und sich eine oder zwei Elektroden 4 stärker verkürzt haben als die übrigen Elektroden, so können die freien Enden 40 der Elektroden 4 mittels der Nachsetzstation 8 auf ein gleiches Niveau gebracht werden. Dazu werden die Elektrodenhalterungen 5 inklusive der Elektroden 4 angehoben und über die Nachsetzstation 8 geschwenkt. Die Elektrodenhalterungen 5 werden abgesenkt, jede Elektrode 4 gelöst und auf eine horizontale Ebene der Nachsetzstation 8 aufgesetzt. Nun werden die Elektrodenhalterungen 5 wieder mit den zueinander nivellierten Elektroden 4 verbunden, angehoben und über den Gefäßdeckel 3 geschwenkt. Nach dem Absenken der Elektroden 4 durch die Öffnungen 3a des Gefäßdeckels 3 kann der schmelzmetallurgische Prozess fortgesetzt werden.
  • FIG 5 zeigt schematisch ein schmelzmetallurgisches Gefäß 1 in Form eines Elektrolichtbogenofens mit einer zweiten Vorrichtung zum Wechseln der Elektroden 4 von oben. Gleiche Bezugszeichen wie in den FIGen 1 bis 4 kennzeichnen gleiche Elemente. Neben der Aufnahmeeinrichtung 2 sind hier zwei Elektrodenwechselstationen 7, 7' vorhanden, die im Wechsel in den Schwenkbereich S der Hub-Schwenkvorrichtung 6 auf die Kreisbahn um die Drehachse 6a bringbar sind. Dabei ist eine Wechseleinheiten-Drehachse 9 vorhanden, um welche die erste Elektrodenwechselstation 7 und die zweite Elektrodenwechselstation 7' drehbar sind und im Wechsel in den Schwenkbereich S der Hub-Schwenkvorrichtung 6 einbringbar sind. Aufgrund der Anordnung der beweglichen Mechanik der Wechseleinheiten-Drehachse 9 außerhalb des Schwenkbereichs S ist die zweite Vorrichtung besonders wartungsarm und insgesamt leicht zugänglich.
  • Die Anordnung der beweglichen Elektrodenwechselstationen ist hierbei nur beispielhaft gewählt und kann ohne weiteres auch auf andere Art erfolgen, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zum Wechseln mindestens einer Elektrode (4) eines schmelzmetallurgischen Gefäßes (1), das eine Aufnahmeeinrichtung (2) für Schmelze und zur Abdeckung der Aufnahmeeinrichtung (2) einen Gefäßdeckel (3) mit einer Öffnung (3a) pro Elektrode (4) aufweist, wobei die mindestens eine Elektrode (4) mittels mindestens einer Elektrodenhalterung (5) positionierbar ist und die mindestens eine Elektrode (4) und die mindestens eine Elektrodenhalterung (5) mittels einer Hub-Schwenkvorrichtung (6) anhebbar und um eine senkrechte Drehachse (6a) seitlich verschwenkbar sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass neben der Aufnahmeeinrichtung (2) mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7') vorhanden sind, die entweder nebeneinander in einem Schwenkbereich (S) der Hub-Schwenkvorrichtung (6) auf einer Kreisbahn um die Drehachse (6a) angeordnet sind oder im Wechsel in den Schwenkbereich (S) der Hub-Schwenkvorrichtung (6) auf die Kreisbahn um die Drehachse (6a) bringbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin der Gefäßdeckel (3) mittels der Hub-Schwenkvorrichtung (6) anhebbar und um die senkrechte Drehachse (6a) seitlich verschwenkbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7') identisch ausgebildet sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektrodenwechselstation (7) der mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7') eine Abstellstation für ein Reststück (4a) der mindestens einen Elektrode (4) bildet und dass eine zweite Elektrodenwechselstation (7') der mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7') eine Bestückungsstation zum Bereithalten mindestens einer Ersatzelektrode (4'), die mittels der mindestens einen Elektrodenhalterung (5) aufnehmbar ist, bildet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Elektrodenwechselstation (7,7') eingerichtet sind, abwechselnd die Abstellstation und die Bestückungsstation zu bilden.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Elektroden (4) vorhanden sind und dass auf der Kreisbahn zwischen der Aufnahmeeinrichtung (2) und den mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7') eine Nachsetzstation (8) angeordnet ist, die eine feuerfeste horizontale Ebene zum Längenmaßabgleich der mindestens zwei Elektroden (4) auf ein einheitliches Längenmaß zwischen der Ebene und der mindestens einen Elektrodenhalterung (5) aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7') mit einer senkrechten Wechseleinheiten-Drehachse (9) verbunden sind, welche eingerichtet ist, die Elektrodenwechselstationen (7,7') horizontal in den Schwenkbereich (S) der Hub-Schwenkvorrichtung (6) und auf die Kreisbahn zu schwenken.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass den mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7') mindestens eine Montageeinheit zur mechanischen Verbindung des Reststücks (4a) der mindestens einen Elektrode (4) mit mindestens einem Elektrodenverlängerungsstück zugeordnet ist.
  9. Verfahren zum Wechseln mindestens einer Elektrode (4) eines schmelzmetallurgischen Gefäßes (1) mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit folgenden Schritten:
    - Anheben und Schwenken des Reststücks (4a) der mindestens einen Elektrode (4) und der mindestens einen Elektrodenhalterung (5), optional weiterhin des Gefäßdeckels (3), um die Drehachse (6a) in Richtung der mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7');
    - Positionieren des Reststücks (4a) der mindestens einen Elektrode (4) und einer ersten Elektrodenwechselstation (7) der mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7') zueinander und Abstellen des Reststücks (4a) aus der mindestens einen Elektrodenhalterung (5) in die erste Elektrodenwechselstation (7), die als Abstellstation fungiert;
    - Positionieren der mindestens einen Elektrodenhalterung (5) und einer zweiten Elektrodenwechselstation (7') der mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7') zueinander und Bestücken der mindestens einen Elektrodenhalterung (5) mit einer Ersatzelektrode (4'), wobei die zweite Elektrodenwechselstation (7') als Bestückungsstation fungiert;
    - Schwenken und Absenken der mindestens einen Ersatzelektrode (4') und der mindestens einen Elektrodenhalterung (5), optional weiterhin des Gefäßdeckels (3), um die Drehachse (6a) in Richtung der Aufnahmeeinrichtung (2);
    - Entnahme des Reststücks (4a) aus der Abstellstation und/oder Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen dem Reststück (4a) der mindestens einen Elektrode (4) und mindestens einem Elektrodenverlängerungsstück unter Ausbilden einer weiteren Ersatzelektrode; und
    - Wiederholen des Verfahrens nach einer Zeitspanne Z.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    wobei bei der Wiederholung des Verfahrens die erste Elektrodenwechselstation (7) und die zweite Elektrodenwechselstation (7') abwechselnd als Abstellstation fungieren.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10,
    wobei die erste Elektrodenwechselstation (7) um die Wechseleinheiten-Drehachse (9) von einer Position innerhalb des Schwenkbereichs (S) der Hub-Schwenkvorrichtung (6) in eine Position außerhalb des Schwenkbereichs (S) der Hub-Schwenkvorrichtung (6) geschwenkt wird und dass gleichzeitig die zweite Elektrodenwechselstation (7') um die Wechseleinheiten-Drehachse (9) von einer Position außerhalb des Schwenkbereichs (S) der Hub-Schwenkvorrichtung (6) in eine Position innerhalb des Schwenkbereichs (S) der Hub-Schwenkvorrichtung (6) geschwenkt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    wobei bei einem ungleichmäßigen Verbrauch mehrerer vorhandener Elektroden (4) ein Anheben und Schwenken der ungleichmäßig langen Reststücke (4a) der Elektroden (4) und der mindestens einen Elektrodenhalterung (5) um die Drehachse (6a) in Richtung der zwischen der Aufnahmeeinrichtung (2) und den mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7') angeordneten Nachsetzstation (8) erfolgt, wobei die mindestens eine Elektrodenhalterung (5) gegenüber den gehalterten Elektroden (4) verschoben wird derart, dass die Reststücke (4a) mit ihren der mindestens einen Elektrodenhalterung (5) abgewandten Enden (40) auf der horizontale Ebene der Nachsetzstation (8) nivelliert werden und wobei nachfolgend ein Schwenken und Absenken der nivellierten Elektroden (4) und der mindestens einen Elektrodenhalterung (5) um die Drehachse (6a) in Richtung der Aufnahmeeinrichtung (2) erfolgt.
  13. Schmelzmetallurgisches Gefäß (1), insbesondere Elektrolichtbogenofen, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    wobei die Vorrichtung eine bewegliche Mechanik umfasst, die außerhalb des Schwenkbereichs (S) der Hub-Schwenkvorrichtung (6) angeordnet ist und mittels der die mindestens zwei Elektrodenwechselstationen (7,7') im Wechsel in den Schwenkbereich (S) der Hub-Schwenkvorrichtung (6) auf die Kreisbahn um die Drehachse (6a) bringbar sind.
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