EP4523498A1 - Kupferkontaktbacke sowie verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Kupferkontaktbacke sowie verfahren zu ihrer herstellung

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EP4523498A1
EP4523498A1 EP23717025.3A EP23717025A EP4523498A1 EP 4523498 A1 EP4523498 A1 EP 4523498A1 EP 23717025 A EP23717025 A EP 23717025A EP 4523498 A1 EP4523498 A1 EP 4523498A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact jaw
copper contact
base body
face
cooling channels
Prior art date
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Granted
Application number
EP23717025.3A
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English (en)
French (fr)
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EP4523498B1 (de
Inventor
Michael VILLIS
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP4523498A1 publication Critical patent/EP4523498A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4523498B1 publication Critical patent/EP4523498B1/de
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/10—Mountings, supports, terminals or arrangements for feeding or guiding electrodes
    • H05B7/103—Mountings, supports or terminals with jaws

Definitions

  • the present invention relates to a copper contact jaw for an electrical melting unit, in particular an electric arc furnace, which can be attached to an electrode support arm of the melting unit and via which an electrode of the melting unit can be electrically conductively connected to the electrode support arm, as well as a method for producing the copper contact jaw according to the invention.
  • Such contact jaws made of pure copper are manufactured in such a way that a rolled or forged copper blank is first provided and then mechanically processed by drilling holes for water cooling. Due to the size of a contact jaw, which can, for example, have a length of 750 mm, a width of 600 mm and a thickness of 150 mm, deep hole drilling still represents a technical challenge. For this reason, large drilling diameters of at least 24 mm is used, whereby the holes are typically drilled into the contact jaw via the opposite end faces so that the holes meet in the middle. The two openings can then be closed by welding with a copper plug or using threaded locking screws.
  • the material to be welded When welding copper, the material to be welded usually has to be preheated evenly to a temperature of around 600 °C, which is energy and time intensive. Temperatures of greater than 1200 °C then arise at the points to be welded, which lead to local recrystallization of the structure and, as a result, to a loss of the original hardness that the material acquired through the forging or rolling process. Closing with threaded locking screws or similar means can also be used cannot be guaranteed permanently due to the high ambient temperatures in the unit.
  • the present invention is based on the object of providing a copper contact jaw that is improved over the prior art for an electrical melting unit, in particular for an electric arc furnace, and a method for producing such a copper contact jaw that is improved over the prior art.
  • the object is achieved by a copper contact jaw with the features of patent claim 1 and by a method with the features of patent claim 9.
  • the copper contact jaw which can be attached to an electrode support arm of the melting unit and via which an electrode of the melting unit can be electrically conductively connected to the electrode support arm, comprises; a base body with a rear surface, which usually faces an electrode arm, and an oppositely arranged front surface, which usually faces an electrode, a first end face and a second, axially oppositely arranged end face, which in the installed state is then exposed to the melt facing the melting unit, as well as at least a first and a second side surface; two contact surfaces arranged on the front surface of the base body, which are mirror-symmetrical to one another and extend axially along the base body; and a cooling channel system with a coolant inlet opening and a coolant outlet opening and a plurality of cooling channels that extend axially and radially through the base body.
  • the method according to the invention for producing a copper contact jaw provides that a forged or rolled one is initially used Copper contact jaw blank is provided, which has a base body with a rear surface and an oppositely arranged front surface, a first end face and a second, axially oppositely arranged end face, at least a first and a second side surface, and two contact surfaces arranged on the front surface of the base body, which are mirror-symmetrical to one another and extend axially along the base body; wherein a coolant inlet opening, a coolant outlet opening and a plurality of cooling channels running axially and radially through the base body are then introduced mechanically, preferably by means of deep hole drilling.
  • the cooling channel system which includes a coolant inlet opening, a coolant outlet opening and a plurality of cooling channels that run axially and radially through the base body, achieves improved heat dissipation on the one hand due to the increased number of cooling channels. Furthermore, the cooling channels can be placed closer to the highly stressed contact surfaces due to their much smaller diameter compared to the prior art, whereby the cooling effect of these can be significantly improved. From a manufacturing perspective, the copper contact jaw according to the invention no longer needs to be welded. On the one hand, this ensures that the material does not undergo recrystallization and thus retains the structure set during the forging or rolling process, which means that longer service lives can be guaranteed. On the other hand, there is no need for a second mechanical processing, including set-up time, which also reduces production costs.
  • the term “multiplicity of cooling channels” means that the cooling system comprises at least ten, preferably at least twenty, more preferably at least thirty, even more preferably at least forty, and most preferably at least fifty individual cooling channels.
  • the plurality of cooling channels are advantageously formed in the base body and fluidly connected to one another in such a way that they can be supplied with a coolant via a single central coolant inlet opening and a single central coolant outlet opening.
  • the 1 to 3 large bores of at least 24 mm are replaced by a large number of small deep-hole bores that are fluidly connected to one another.
  • the large number of cooling channels can ensure the required amount of cooling water, for example 5000 L/h.
  • the large number of cooling channels which are or are formed by a deep hole that is open on one side, allows them to be placed in the copper contact jaw in such a way that the threaded locking screws for closing the openings are not directly exposed to the radiant heat of a melt when the copper contact jaw is in use is.
  • each of the cooling channels has a diameter in the range from 4.0 to 16.0 mm, more preferably a diameter in the range from 5.0 to 14.0 mm, even more preferably a diameter in the range from 6.0 to 12.0 mm, and most preferably a diameter in the range of 6.00 to 10.0 mm.
  • the diameter of each deep hole and thus of each cooling channel is a diameter of 8.0 mm.
  • the plurality of cooling channels are formed from a plurality of cooling channel groups, which each extend axially or radially through the base body of the copper contact jaw.
  • each of the plurality of cooling channel groups comprises at least two, preferably at least three, more preferably at least four or more cooling channels.
  • each of the plurality of cooling channel groups comprises four cooling channels.
  • Fig. 7 shows an embodiment variant of an electrode arm comprising the copper contact jaw.
  • FIGs 1a and 1b an embodiment variant of a copper contact jaw 1 according to the invention is shown in two different perspective views.
  • the present copper contact jaw 1 consists of pure forged copper (99.98% by weight) and is intended for use in an electrical melting unit, such as an electric arc furnace.
  • a melting unit or the electric arc furnace can comprise one or more electrode support arms 2 (see Figure 7), at the distal end of which the copper contact jaw 1 is attached.
  • An electrode of the melting unit such as a graphite electrode, is electrically connected to the electrode support arm 2 via the copper contact jaw 1 and a fastening means 3.
  • the Electrode (not shown) is fixed in a non-positive manner with the electrode support arm 2 via the fastening means 3.
  • the copper contact jaw 1 comprises a base body 4 with a rear surface 5 facing an electrode arm 2 and a front surface 6 arranged opposite the rear surface 5 and then facing the electrode
  • the front surface 6 has two contact surfaces 7, 8, each comprising a concave bulge, which extend axially along the base body 4 and are designed to be mirror-symmetrical to one another.
  • the front surface 6 can also be formed by a continuous concave surface design. In this case, the two contact surfaces 7, 8 form an integral part of this.
  • the base body 4 comprises a first end face 9, a second end face 10 which is arranged axially opposite the first end face 9 and then faces the melt when installed, and two side faces 11a, 11b, 12a, 12b.
  • the copper contact jaw 1 comprises a cooling channel system with a coolant inlet opening 13, a coolant outlet opening 14 and a plurality of cooling channels 15 which extend through the base body 4 in the axial and radial directions.
  • the coolant inlet opening 13 and the coolant outlet opening 14 are arranged in an upper third, viewed in the axial direction, and thus in an area facing the first end face 9, so that they are not directly exposed to the radiant heat of the melt during use.
  • the copper contact jaw 1 each has a single and therefore central coolant inlet opening or coolant outlet opening 13, 14, which are fluidly connected to the plurality of cooling channels 15.
  • the multitude of cooling channels 15 are formed from a plurality of individual cooling channel groups 16 to 30, each axially 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 or radially 17, 19, 21, 23, 25 , 27, 29 run through the base body 4 and are therefore arranged alternately with one another.
  • Each of the cooling channel groups 16 to 30 in the present case consists of four individual cooling channels 15, each of these individual cooling channels 15 being formed by a separate deep hole which has been drilled into the base body 4 through a corresponding surface 5, 9, 11a, 11b, 12a, 12b is.
  • each of the cooling channels 15 is formed by a deep hole that is open on one side and is then closed using threaded locking screws (not shown).
  • a coolant, for example water, introduced via the central coolant inlet opening 13 therefore initially flows via the four individual channels 15 of the first group 16 in the direction of the second end face 10 (see arrow 31 in Figure 2).
  • the coolant is then fed via the four channels 15 of the second group 17 to the cooling channels 15 of the third group 18 (see arrow 32 in Figure 2), via which it flows through the copper contact jaw 1 in the direction of the first end face 9 (see arrow 33 in Figure 2 ).
  • the coolant then reaches the channels 15 of the fifth group 20 via the four channels 15 of the fourth group 19, via which it flows through the copper contact jaw 1 again in the direction of the second end face 10 (see arrows 34, 35 in Figure 4).
  • the coolant then flows via the four channels 15 of the sixth group 21, which are arranged centrally in the axial direction and run in the radial direction, into the cooling channels 15 of the seventh group 22, via which it flows towards the copper contact jaw 1 flows through the second end face 9 (see arrow 36 in Figure 5 and arrow 37 in Figure 2).
  • the coolant then flows via the adjoining four channels 15 of the eighth group 23 from the left copper contact jaw half shown in FIG to the left copper contact jaw half flows in the opposite direction, as can be seen from the Arrows 39 to 43 in Figures 2, 3 and 5 are shown.
  • the copper contact jaw 1 has an axial length of 750 mm, a width of 600 mm and a thickness of 150 mm.
  • the individual cooling channels 15 were created using a deep hole drill with a diameter of 8.0 mm, so that a minimum volume flow of 5000 L/h can be achieved across the entire cooling channel system.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Kupferkontaktbacke (1) für ein elektrisches Einschmelzaggregat, die an einem Elektrodentragarm (2) des Einschmelzaggregats anbringbar ist und über die eine Elektrode des Einschmelzaggregats mit dem Elektrodentragarm (2) elektrisch leitend verbindbar ist, aufweisend einen Grundkörper (4) mit einer rückseitigen Fläche (5) und einer gegenüberliegend angeordneten vorderseitigen Fläche (6), einer ersten Stirnfläche (9) und einer zweiten, axial gegenüberliegend angeordneten Stirnfläche (10), sowie zumindest einer ersten und einer zweiten Seitenfläche (11a, 12a); zwei auf der vorderseitigen Fläche (6) des Grundkörpers (4) angeordnete Kontaktflächen (7, 8), die zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet sind und sich axial entlang des Grundkörpers (4) erstrecken; sowie ein Kühlkanalsystem mit einer Kühlmitteleinlauföffnung (13) und einer Kühlmittelauslauföffnung (14) sowie einer Vielzahl von Kühlkanälen (15), die sich 15 durch den Grundkörper (4) axial und radial erstrecken.

Description

Kupferkontaktbacke sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupferkontaktbacke für ein elektrisches Einschmelzaggregat, insbesondere einen Elektrolichtbogenofen, die an einem Elektrodentragarm des Einschmelzaggregats anbringbar ist und über die eine Elektrode des Einschmelzaggregats mit dem Elektrodentragarm elektrisch leitend verbindbar ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kupferkontaktbacke.
Gattungsgemäße Kontaktbacken sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt, so beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 34 43 574 A1 sowie aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 005 051 A1.
Die Herstellung solcher aus reinem Kupfer bestehenden Kontaktbacken erfolgt derart, dass zunächst ein gewalzter oder geschmiedeter Kupferrohling bereitgestellt und sodann mechanisch bearbeitet wird, indem Bohrungen für die Wasserkühlung eingebracht werden. Aufgrund der Größe einer Kontaktbacke, die beispielsweise eine Länge von 750 mm, eine Breite von 600 mm und eine Dicke von 150 mm aufweisen kann, stellt das Tieflochbohren - nach wie vor - eine technische Herausforderung dar. Aus diesem Grund werden derzeit große Bohrdurchmesser von mindestens 24 mm verwendet, wobei die Bohrungen typischerweise über die jeweils einander gegenüberliegenden Stirnseiten in die Kontaktbacke gebohrt werden, so dass sich die Bohrungen in der Mitte treffen. Die beiden Öffnungen können sodann schweißtechnisch mit einem Kupferstopfen oder mittels Gewindeverschlussschrauben verschlossen werden.
Beim Schweißen von Kupfer muss das zu schweißende Material üblicherweise gleichmäßig auf eine Temperatur von ca. 600 °C vorgewärmt werden, was energie- und zeitintensiv ist. An den zu schweißenden Stellen entstehen sodann Temperaturen von größer 1200 °C, die zu einer lokalen Rekristallisation des Gefüges und damit einhergehend zu einem Verlust der ursprünglichen Härte, die das Material durch den Schmiede- oder Walzvorgang erhalten hat, führen. Auch das Verschließen mit Gewindeverschlussschrauben oder ähnlichen Mitteln kann aufgrund der hohen Umgebungstemperaturen im Aggregat nicht dauerhaft gewährleistet werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Kupferkontaktbacke für ein elektrisches Einschmelzaggregat, insbesondere für einen Elektrolichtbogenofen, sowie ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kupferkontaktbacke bereitzustellen.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Kupferkontaktbacke mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst die Kupferkontaktbacke, die an einem Elektrodentragarm des Einschmelzaggregats anbringbar ist und über die eine Elektrode des Einschmelzaggregats mit dem Elektrodentragarm elektrisch leitend verbindbar ist; einen Grundkörper mit einer rückseitigen Fläche, die üblicherweise einem Elektrodenarm zugewandt ist, und einer gegenüberliegend angeordneten vorderseitigen Fläche, die üblicherweise einer Elektrode zugewandt ist, einer ersten Stirnfläche und einer zweiten, axial gegenüberliegend angeordneten, Stirnfläche, die im eingebauten Zustand so dann der Schmelze im Einschmelzaggregat zugewandt ist, sowie zumindest einer ersten und einer zweiten Seitenfläche; zwei auf der vorderseitigen Fläche des Grundkörpers angeordnete Kontaktflächen, die zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet sind und sich axial entlang des Grundkörpers erstrecken; sowie ein Kühlkanalsystem mit einer Kühlmitteleinlauföffnung und einer Kühlmittelauslauföffnung sowie einer Vielzahl von Kühlkanälen, die sich durch den Grundkörper axial und radial erstrecken.
In gleicher Weise sieht das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Kupferkontaktbacke vor, dass zunächst ein geschmiedeter oder gewalzter Kupferkontaktbackenrohling bereitgestellt wird, der einen Grundkörper mit einer rückseitigen Fläche und einer gegenüberliegend angeordneten vorderseitigen Fläche, einer ersten Stirnfläche und einer zweiten, axial gegenüberliegend angeordneten, Stirnfläche, zumindest einer ersten und einer zweiten Seitenfläche, sowie zwei auf der vorderseitigen Fläche des Grundkörpers angeordnete Kontaktflächen, die zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet sind und sich axial entlang des Grundkörpers erstrecken, umfasst; wobei anschließend eine Kühlmitteleinlauföffnung, eine Kühlmittelauslauföffnung sowie eine Vielzahl von durch den Grundkörper axial und radial verlaufenden Kühlkanälen mechanisch, vorzugsweise mittels tieflochbohren, eingebracht wird.
Durch das Kühlkanalsystem, welches eine Kühlmitteleinlauföffnung, eine Kühlmittelauslauföffnung sowie einer Vielzahl von Kühlkanälen umfasst, die durch den Grundkörper axial und radial verlaufen, wird zum einen, bedingt durch die erhöhte Anzahl von Kühlkanälen, eine verbesserte Wärmeabführung erzielt. Ferner können die Kühlkanäle durch ihren im Vergleich zum Stand der Technik viel kleineren Durchmesser näher an die hoch beanspruchten Kontaktflächen platziert werden, wodurch die Kühlwirkung dieser erheblich verbessert werden kann. Fertigungstechnisch muss die erfindungsgemäße Kupferkontaktbacke nicht mehr geschweißt werden. Hierdurch wird zum einen erzielt, dass das Material keine Rekristallisation erfährt und somit das während des Schmiede- oder Walzvorgang eingestellte Gefüge beibehält, wodurch längere Standzeiten gewährleistet werden können. Zum anderen entfällt eine zweite mechanische Bearbeitung inklusive Rüstzeit, wodurch zudem die Fertigungskosten reduziert werden können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Unter dem Begriff „Vielzahl von Kühlkanälen“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass das Kühlsystem mindestens zehn, bevorzugt mindestens zwanzig, mehr bevorzugt mindestens dreißig, noch mehr bevorzugt mindestens vierzig, und am meisten bevorzugt mindestens fünfzig einzelne Kühlkanäle umfasst.
Vorteilhafterweise sind die Vielzahl von Kühlkanälen derart in dem Grundkörper ausgebildet und miteinander fluidisch verbunden, dass diese über eine einzige zentrale Kühlmitteleinlauföffnung und eine einzige zentrale Kühlmittelauslauföffnung mit einem Kühlmittel versorgt werden können.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die 1 bis 3 großen Bohrungen von mindestens 24 mm durch eine Vielzahl von kleinen Tieflochbohrungen ersetzt, die miteinander fluidisch verbunden sind. Durch die Vielzahl an Kühlkanälen kann die erforderliche Kühlwassermenge von beispielsweise 5000 L/h gewährleistet werden. Weiterhin erlaubt die Vielzahl von Kühlkanäle, die durch eine einseitig geöffnete Tieflochbohrung gebildet sind bzw. werden, dass diese derart in der Kupferkontaktbacke platziert werden können, dass die Gewindeverschlussschrauben zum Verschließen der Öffnungen nicht direkt der Strahlungswärme einer Schmelze ausgesetzt sind, wenn die Kupferkontaktbacke im Einsatz ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass jeder der Kühlkanäle einen Durchmesser im Bereich von 4,0 bis 16,0 mm, mehr bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 5,0 bis 14,0 mm, noch mehr bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 6,0 bis 12,0 mm, und am meisten bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 6,00 bis 10,0 mm, aufweist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante beträgt der Durchmesser einer jeden Tieflochbohrung und somit eines jeden Kühlkanals einen Durchmesser von 8,0 mm.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Vielzahl von Kühlkanälen aus einer Mehrzahl von Kühlkanalgruppen gebildet sind, die sich jeweils axial oder radial durch den Grundkörper der Kupferkontaktbacke erstrecken. In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass jede der Mehrzahl von Kühlkanalgruppen zumindest zwei, bevorzugt zumindest drei, mehr bevorzugt zumindest vier oder mehr Kühlkanäle umfasst. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante umfasst jede der Mehrzahl von Kühlkanalgruppen vier Kühlkanäle. Durch das Zusammenfassen der Vielzahl von Kühlkanälen zu einzelnen Gruppen kann der Fertigungsprozess nochmals vereinfacht werden, da mehrere Tieflochbohrungen in einem einzigen Arbeitsschritt erzeugt werden können. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein elektrisches Einschmelzaggregat, insbesondere einen Elektrolichtbogenofen, umfassend einen Elektrodentragarm sowie eine an dem Elektrodenarm angeordnete erfindungsgemäße Kupferkontaktbacke.
Figurenbezeichnung
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
Fig. 1a/1 b eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Kupferkontaktbacke in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 2 bis 6 unterschiedliche Schnittansichten der in Figur 1 gezeigten Kupferkontaktbacke, und
Fig. 7 eine Ausführungsvariante eines Elektrodenarms umfassend die Kupferkontaktbacke.
In den Figuren 1a und 1b ist eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Kupferkontaktbacke 1 in zwei unterschiedlichen perspektivischen Darstellungen gezeigt. Die vorliegende Kupferkontaktbacke 1 besteht aus reinem geschmiedetem Kupfer (99,98 Gew.-%) und ist zur Verwendung in einem elektrischen Einschmelzaggregat, wie beispielsweise einem Elektrolichtbogenofen, vorgesehen. Ein solches Einschmelzaggregat bzw. der Elektrolichtbogenofen kann einen oder mehrere Elektrodentragarme 2 (siehe Figur 7) umfassen, an deren distalem Ende jeweils die Kupferkontaktbacke 1 befestigt ist. Über die Kupferkontaktbacke 1 sowie ein Befestigungsmittel 3 wird eine Elektrode des Einschmelzaggregats, wie beispielsweise eine Grafitelektrode, mit dem Elektrodentragarm 2 elektrisch leitend verbunden. Üblicherweise wird die Elektrode (nicht dargestellt) hierbei über das Befestigungsmittel 3 kraftschlüssig mit dem Elektrodentragarm 2 fixiert.
Wie anhand der Figuren 1 bis 6 dargestellt, umfasst die Kupferkontaktbacke 1 einen Grundkörper 4 mit einer einem Elektrodenarm 2 zugewandten rückseitigen Fläche 5 und einer der rückseitigen Fläche 5 gegenüberliegend angeordneten, und sodann der Elektrode zugewandten, vorderseitigen Fläche 6. Um zwischen der Elektrode und der Kupferkontaktbacke 1 eine ausreichend hohe elektrische Kontaktierung zu erzielen, weist die vorderseitige Fläche 6 zwei, jeweils eine konkave Einwölbung umfassende, Kontaktflächen 7, 8 auf, die sich entlang des Grundkörpers 4 axial erstrecken und zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorderseitige Fläche 6 alternativ zu der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante auch durch eine durchgehende konkave Oberflächenausgestaltung ausgebildet sein kann. In diesem Fall bilden die beiden Kontaktflächen 7, 8 einen integralen Bestandteil dieser.
Weiterhin umfasst der Grundkörper 4 eine erste Stirnfläche 9, eine der ersten Stirnfläche 9 axial gegenüberliegend angeordnete, und im eingebauten Zustand sodann der Schmelze zugewandten, zweite Stirnfläche 10, sowie jeweils zwei Seitenflächen 11a, 11 b, 12a, 12b.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kupferkontaktbacke 1 ein Kühlkanalsystem mit einer Kühlmitteleinlauföffnung 13, einer Kühlmittelauslauföffnung 14 sowie einer Vielzahl von Kühlkanälen 15 umfasst, die sich durch den Grundkörper 4 in axialer und in radialer Richtung erstrecken.
In der vorliegenden Ausführungsvariante sind die Kühlmitteleinlauföffnung 13 als auch die Kühlmittelauslauföffnung 14 in einem, in axialer Richtung gesehen, oberen Drittel und somit in einem der ersten Stirnfläche 9 zugewandten Bereich angeordnet, so dass diese im Einsatz nicht unmittelbar der Strahlungswärme der Schmelze ausgesetzt sind. Wie anhand der Darstellungen weiterhin erkennbar, weist die Kupferkontaktbacke 1 jeweils eine einzige und somit zentrale Kühlmitteleinlauföffnung bzw. Kühlmittelauslauföffnung 13, 14, die fluidisch mit der Vielzahl der Kühlkanäle 15 verbunden sind. Die Vielzahl von Kühlkanälen 15 werden in der gezeigten Ausführungsvariante aus einer Mehrzahl von einzelnen Kühlkanalgruppen 16 bis 30 gebildet, die jeweils axial 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 oder radial 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29 durch den Grundkörper 4 verlaufen und somit jeweils zueinander alternierend angeordnet sind. Jede der Kühlkanalgruppen 16 bis 30 besteht vorliegend aus vier einzelnen Kühlkanälen 15, wobei jeder dieser einzelnen Kühlkanäle 15 durch eine separate Tieflochbohrung gebildet wird, die durch eine entsprechende Fläche 5, 9, 11a, 11 b, 12a, 12b in den Grundkörper 4 gebohrt worden ist. Mit anderen Worten wird jeder der Kühlkanäle 15 durch eine einseitig geöffnete Tieflochbohrung gebildet, die anschließend über Gewindeverschlussschrauben (nicht dargestellt) verschlossen werden.
Ein über die zentrale Kühlmitteleinlauföffnung 13 eingebrachtes Kühlmittel, beispielsweise Wasser, strömt daher zunächst über die vier einzelnen Kanäle 15 der ersten Gruppe 16 in Richtung der zweiten Stirnfläche 10 (siehe Pfeil 31 in Figur 2). Über die vier Kanäle 15 der zweiten Gruppe 17 wird das Kühlmittel sodann den Kühlkanälen 15 der dritten Gruppe 18 zugeführt (siehe Pfeil 32 in Figur 2), über die es die Kupferkontaktbacke 1 in Richtung der ersten Stirnfläche 9 durchströmt (siehe Pfeil 33 in Figur 2). Anschließend gelangt das Kühlmittel über die vier Kanäle 15 der vierten Gruppe 19 zu den Kanälen 15 der fünften Gruppe 20, über die es die Kupferkontaktbacke 1 erneut in Richtung der zweiten Stirnfläche 10 durchströmt (siehe Pfeile 34, 35 in Figur 4). Wie anhand der Figuren 4 und 5 weiterhin erkennbar, strömt das Kühlmittel sodann über die in axialer Richtung mittig angeordneten und in radialer Richtung verlaufenden vier Kanäle 15 der sechsten Gruppe 21 in die Kühlkanäle 15 der siebenten Gruppe 22, über die es die Kupferkontaktbacke 1 in Richtung der zweiten Stirnfläche 9 durchströmt (siehe Pfeil 36 in Figur 5 sowie Pfeil 37 in Figur 2). Über die sich sodann anschießenden vier Kanäle 15 der achten Gruppe 23 strömt das Kühlmittel von der in Figur 2 gezeigten linken Kupferkontaktbackenhälfte in die in radialer Richtung gegenüberliegende rechte Kupferkontaktbackenhälfte (siehe Pfeil 38 in Figur 2), in der es die einzelnen Gruppen 24 bis 30 in zu der linken Kupferkontaktbackenhälfte umgekehrter Richtung durchströmt, wie es anhand den Pfeilen 39 bis 43 in den Figuren 2, 3 und 5 dargestellt ist.
In der vorliegenden Ausführungsvariante weist die Kupferkontaktbacke 1 eine axiale Länge von 750 mm, eine Breite von 600 mm und eine Dicke von 150 mm auf. Die einzelnen Kühlkanäle 15 wurden mit einem Tieflochbohrer mit einem Durchmesser von 8,0 mm erzeugt, so dass über das gesamte Kühlkanalsystem ein Mindestvolumenstrom von 5000 L/h realisierbar ist.
Wie insbesondere anhand der Darstellungen in den beiden Figuren 1a/1 b erkennbar, sind sämtliche Tieflochbohrungen möglichst weit von der zweiten, im Einsatz der Schmelze zugewandten Stirnfläche 10, beabstandet, so dass die Gewindeverschlussschrauben, über die die einzelnen Öffnungen der Tieflochbohrungen verschlossen werden, nicht direkt der Strahlungswärme der Schmelze ausgesetzt sind.
Bezugszeichen
1 Kupferkontaktbacke
2 Elektrodentragarm
3 Befestigungsmittel
4 Grundkörper
5 rückseitige Fläche
6 vorderseitige Fläche
7 Kontaktfläche
8 Kontaktfläche
9 erste Stirnfläche
10 zweite Stirnfläche
11a Seitenfläche
11b Seitenfläche
12a Seitenfläche
12b Seitenfläche
13 Kühlmitteleinlauföffnung
14 Kühlmittelauslauföffnung
15 Kühlkanäle
16 axiale Kühlkanalgruppe
17 radiale Kühlkanalgruppe
18 axiale Kühlkanalgruppe
19 radiale Kühlkanalgruppe
20 axiale Kühlkanalgruppe
21 radiale Kühlkanalgruppe
22 axiale Kühlkanalgruppe
23 radiale Kühlkanalgruppe
24 axiale Kühlkanalgruppe
25 radiale Kühlkanalgruppe
26 axiale Kühlkanalgruppe io 27 radiale Kühlkanalgruppe
28 axiale Kühlkanalgruppe
29 radiale Kühlkanalgruppe
30 axiale Kühlkanalgruppe 31 Pfeil
32 Pfeil
33 Pfeil
34 Pfeil
35 Pfeil 36 Pfeil
37 Pfeil
38 Pfeil
39 Pfeil
40 Pfeil 41 Pfeil
42 Pfeil
43 Pfeil

Claims

Patentansprüche
1. Kupferkontaktbacke (1 ) für ein elektrisches Einschmelzaggregat, vorzugsweise zur Verwendung in einem elektrischen Einschmelzaggregat, die an einem Elektrodentragarm (2) des Einschmelzaggregats anbringbar ist und über die eine Elektrode des Einschmelzaggregats mit dem Elektrodentragarm (2) elektrisch leitend verbindbar ist, aufweisend einen Grundkörper (4) mit einer rückseitigen Fläche (5) und einer gegenüberliegend angeordneten vorderseitigen Fläche (6), einer ersten Stirnfläche (9) und einer zweiten, axial gegenüberliegend angeordneten Stirnfläche (10), sowie zumindest einer ersten und einer zweiten Seitenfläche (11a, 12a); zwei auf der vorderseitigen Fläche (6) des Grundkörpers (4) angeordnete Kontaktflächen (7, 8), die zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet sind und sich axial entlang des Grundkörpers (4) erstrecken; gekennzeichnet durch ein Kühlkanalsystem mit einer Kühlmitteleinlauföffnung (13) und einer Kühlmittelauslauföffnung (14) sowie einer Vielzahl von Kühlkanälen (15), die sich durch den Grundkörper (4) axial und radial erstrecken.
2. Kupferkontaktbacke (1) nach Anspruch 1 , wobei jeder der Kühlkanäle (15) einen Durchmesser im Bereich von 4,0 bis 16,0 mm, bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 5,0 bis 14,0 mm, mehr bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 6,0 bis 12,0 mm aufweist.
3. Kupferkontaktbacke (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder der Kühlkanäle (15) durch eine einseitig geöffnete Tieflochbohrung ausgebildet ist. Kupferkontaktbacke (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Kühlkanälen (15) aus einer Mehrzahl von Kühlkanalgruppen (16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) gebildet ist, die jeweils axial oder radial durch den Grundkörper (4) der Kupferkontaktbacke (1) verlaufen. Kupferkontaktbacke (1 ) nach Anspruch 4, wobei jede der Mehrzahl von Kühlkanalgruppen (16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) zumindest zwei, bevorzugt zumindest drei, Kühlkanäle (15) umfasst. Kupferkontaktbacke (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, wobei jeder der Kühlkanäle (15) einer jeden Kühlkanalgruppe (16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26,
27, 28, 29, 30) durch eine Tieflochbohrung gebildet ist. Kupferkontaktbacke (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlmitteleinlauföffnung (13) und die Kühlmittelauslauföffnung (14) in der rückseitigen Fläche (5) und an einem der ersten Stirnfläche (9) zugewandten Ende angeordnet sind. Elektrisches Einschmelzaggregat, insbesondere ein Elektrolichtbogenofen, umfassend einen Elektrodentragarm (2) sowie eine an dem Elektrodenarm (2) angeordnete Kupferkontaktbacke (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung einer Kupferkontaktbacke (1), vorzugsweise einer Kupferkontaktbacke (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei zunächst ein geschmiedeter oder gewalzter Kupferkontaktbackenrohling bereitgestellt wird, der einen Grundkörper (4) mit einer rückseitigen Fläche (5) und einer gegenüberliegend angeordneten vorderseitigen Fläche (6), einer ersten Stirnfläche (9) und einer zweiten, axial gegenüberliegend angeordneten, Stirnfläche (10), zumindest einer ersten und einer zweiten Seitenfläche (11a, 12a), sowie zwei auf der vorderseitigen Fläche (6) des Grundkörpers (4) angeordnete Kontaktflächen (7, 8), die zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet sind und sich axial entlang des Grundkörpers (4) erstrecken, umfasst; und anschließend eine Kühlmitteleinlauföffnung (13), eine Kühlmittelauslauföffnung (14) sowie einer Vielzahl von sich durch den Grundkörper (4) axial und radial erstreckenden Kühlkanälen (15) mechanisch, vorzugsweise mittels tieflochbohren, eingebracht werden.
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