NO179597B - Gass-spylesten for elektriske lysbueovner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en gass-spylesten for elektriske lysbueovner.

Likestrømsovner (likestrøms-lysbueovner) for metallurgiske smelteprosesser er tidligere kjent. De står i konkurranse til elektriske lysbueovner, som drives med vekselstrøm.

En likestrømsovn er som regel oppbygd som følgende:

I øvre del av ovnen (oftest i dekselet) befinner seg i det

minste en lysbueelektrode.

Den nedre delen (bunnen) til ovnen består enten av et elektrisk ledende, ildfast materiale, som grafitt eller metallkarbid (EP 0217 208) eller

i ovnsbunnen er anordnet minst en motelektrode (koblet som katode) (EP 0 135 103).

En likestrømsovn (også kalt DC-ovn) har følgende fordeler: Også ved svingende strømforsyning er faren for at lysbuen

slukkes relativt liten.

Strømmen flyter fra den øvre elektroden gjennom smeiten til bunnelektroden. Herved blir de elektroniske kreftene frembrakt i smeiten under lysbuen. Herved oppstår en hvirvling, ved hvilken smeiten sirkuleres over bunnen, siden og overflaten, hvorved smeltens homogenitet forbedres.

Ovnen arbeider relativt stille.

Det oppstår på grunn av en reduksjon av elektrodeemisjonen

mindre røykgass.

Energibehovet er lite.

For ytterligere optimalisering av smelteprosessen er det vanlig å blåse gass, og da såvel oksygen som også inertgass, via lanser inn i smeiten.

Foreliggende oppfinnelse har til oppgave å tilveiebringe en mulighet hvor elektriske lysbueovner, især slike som er drevet med likestrøm, med hensyn til oppbygning og metode-teknikk kan forbedres ytterligere. Foreliggende oppfinnelse blir i det påfølgende beskrevet med en gass-spylesten for en elektrisk lysbueovn i likestrømsdrift og ved en tilhørende likestrømsovn, og da for metallurgiske smelteprosesser. Foreliggende oppfinnelse er imidlertid ikke begrenset til denne anvendelsen. Den kan også anvendes ved ovner, som arbeider med vekselstrøm, og også for andre formål.

Foreliggende oppfinnelse går ut fra at en ildfast, keramisk gass-spylesten, som prinsipielt er kjent fra andre metallurgiske smeltekar, som panner eller lignende, forbindes med en elektrode, som sådan til nå er blitt bygd inn i bunnen ved likestrømsovner. Ifølge dette består grunnideen ved foreliggende oppfinnelse i at en elektrode integreres i et ildfast, keramisk legeme slik at det oppstår en form for spyleelektrode. Spylegassen kan derved ledes enten gjennom det keramiske legemet, elektroden og/eller kanaler eller slisser mellom elektroden og det keramiske matrisematerialet gjennom spylestenen inn i metallsmelten. Uttrykket "spyle-gass" innbefatter derved også samtidig tilførselen av faststoffer med en bæregass såvel som tilførsel av fluider (f.eks. kerosin).

Som følge av dette blir oppbygningen i bunnområdet til en likestrømsovn betydelig forenklet. Det ildfaste materialet kan være av konvensjonell, billig kvalitet, da hele det ildfaste materiale ikke lenger må være elektrisk ledende, slik som ved utførelseseksempelet ifølge EP 0 217 208. En ytterligere fordel er at gasstilførselen over separate lanser kan utelates. Behandlingsgassen blir, som vist, blåst via spyleelektroden direkte inn i metallsmelten. Gasstilførselen gjennom spylestenen sørger samtidig for en kjøling i elektrodeområdet slik at en separat kjøling kan utelates. Herved reduseres samtidig elektrodeslitasjen.

Ovenfornevnte oppgave og hensikter tilveiebringes ved hjelp av en gass-spylesten for elektriske lysbueovner hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Av fremstillingstekniske grunner er det fordelaktig når elektroden er utformet stavformet. Elektroden strekker seg da fortrinnsvis over hele høyden av gass-spylestenen, altså fra dens gassinnløpssidige ende til den gassutløpssidige ende.

I enkleste tilfelle kan dette foregå slik at en stavformet elektrode blir ferdig fremstilt i en ildfast, keramisk opptaksdel med rettet eller ikke-rettet porøsitet. Den keramiske opptaksdelen kan, spesielt når den har en ikke-rettet porøsitet, bli innbefattet omkretssidige og/eller bunnsidig av en blikkmantel.

Det er også mulig å utforme det ildfaste matrisematerialet med en langsgående boring, hvis indre diameter er større enn den ytre diameteren til elektroden, slik at etter innsetting av elektroden forblir en ringspalte, gjennom hvilken senere kan tilføres behandlingsgassen. For å tilveiebringe en eksakt posisjonering av elektroden innenfor boringen har boringen fortrinnsvis innoverrettede knaster eller steg, som fast-holder elektroden nøyaktig i stilling. Disse knastene kan f.eks. dannes umiddelbart ved støping av den keramiske opptaksdelen. Fortrinnsvis blir elektroden avstøttet ytterligere på bunnsiden. Knastene kan også være tilformet av en metallsylinder, som anbringes mellom elektroden og det ildfaste materiale. Naturligvis er det også mulig å anordne istedenfor en elektrode, flere elektroder innenfor det keramiske legemet. Fortrinnsvis skjer dette slik at det oppstår en symmetrisk oppbygning.

Ifølge en alternativ utførelsesform har elektroden en sylinderform. Den sylinderformede elektroden blir omgitt utvendig av ildfast, keramisk materiale og fylt innvendig med ildfast materiale. I dette tilfelle kan (også) det keramiske materiale anvendes som aktiv spylesten, idet det i det keramiske legemet er utformet f.eks. rettede porer (kanaler).

Enkelheter ved kjente keramiske spylestener med rettet og ikke-rettet porøsitet beskrives i "Radex-Rundschau 1988", side 481.

Den aktive spyledelen kan også være utformet i selve elektroden. For dette formål har elektroden minst en i lengderetningen forløpende gjennomgående boring, slik at det oppstår en form for rettet porøsitet. Denne utførelsesformen har den fordelen at det tilveiebringes en spesiell effektiv kjøling av elektroden ved spyling.

Ved denne utførelsesformen tilveiebringes en gass-spylesten med en eneste integrert elektrode, som er fastholdt midt i det keramiske opptakslegeme. Forbindelsen mellom elektroden og det keramiske legeme kan f.eks. tilveiebringes ved hjelp av en ildfast mørtel.

Elektroden henholdsvis elektrodene kan imidlertid også ha en ikke-rettet porøsitet.

Ved alle forannevnte eksempler skal elektroden fortrinnsvis forløpe over hele høyden til spylestenen. Dette er imidlertid ikke ubetinget nødvendig. Således kan den øvre frontflaten til elektroden henholdsvis elektrodene også være dekket av et tynt, ildfast gassgjennomslippelig sjikt. Med hensyn til den konkrete utformingen står det til rådighet for fagmannen flere muligheter, som delvis er beskrevet i den påfølgende figurbeskrivelsen. Ved alle utførelsesformene kombineres imidlertid en elektrode i et keramisk legeme til en gass-spylesten (en spyleelektrode).

Ved utforming av den gassinnløpssidige enden til spylestenen kan det anvendes tidligere kjente utførelsesformer. En av disse er f.eks. utforming av et gassf ordelerkammer med en gasstilslutningsledning. Over den sentrale gasstilslutnings-ledningen føres spylegassen inn i fordelerkammeret slik at det tilveiebringes jevnt trykk over den effektive spyle-flaten. Gassen strømmer så gjennom porene (kanalene) til den gassutløpssidige enden og derfra inn i smeiten.

En konstruktiv endring i forhold til kjente pannespylestener består deri at elektroden er tilsluttet ved den gassinnløps-sidige ende til en elektrisk strømforsyning slik at det i området av et gassfordelerkammer er anordnet tilsvarende tilslutningsmuligheter.

Ved bruk av oppfinnelsen i en elektrisk lysbueovn har ovnen minst en lysbueelektrode (fortrinnsvis i dekselet) og minst en gass-spylesten av den ovenfornevnte art (fortrinnsvis i bunnen).

Den (bunnsidige) gass-spylestenen kan være anordnet umiddelbart i (tenkt) aksial forlengelse av lysbueelektroden.

Det er imidlertid også mulig å anordne flere gass-spylestener (i ovnsbunnen), som da fortrinnsvis foregår ved at de enkelte gass-spylestenene er anordnet i lik avstand i forhold til hverandre på en tenkt sirkel, hvis midtpunkt ligger i en tenkt aksial forlengelse av lysbueelektroden.

Forskjellen i forhold til kjente lysbueovner består altså i utformingen og anordningen av de (oftest bunnsidige) elektroder henholdsvis elektroden. Forøvrig kan ovnen forbli uendret når man ser bort fra at på grunn av den beskrevne utformingen kan utelates separate tilførselsinnretninger for behandlingsgassen (f.eks. lanser).

Ved muligheten for å kunne føre inn behandlingsgassen i elektrodeområdet over den beskrevne gass-spylestenen inn i metallsmelten tilveiebringes ikke bare en ytterligere omrøring av metallsmelten og dermed en homogenisering av smeiten, men samtidig stilles til rådighet en elektrode-kjøling og elektrodeslitasjen reduseres. Generelt muliggjør således anvendelsen av den beskrevne gass-spyle-sonen en optimalisering av smeltemetoden.

Det kan således være anordnet en innretning for fremvisning av slitasjegraden til spylestenen, som anordnes i elektroden og/eller det ildfaste matrisemateriale. Et utførelses-eksempel på dette skal bli beskrevet senere.

Spylestenen kan være fast innbygget eller være utskiftbar anordnet. Den kan være fremstilt på forhånd i en hullsten.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. la viser et horisontalt snitt gjennom en første utførelsesform av en gass-spylesten med integrert elektrode. Fig. lb viser et lengdesnitt gjennom spylestenen ifølge

fig. la.

Fig. 2-5 viser fire forskjellige ytterligere utførelses-former av en gass-spylesten med integrert elektrode. Fig. 6 viser en 1ikestrøms-lysbueovn med tilsluttet strømforsyning.

Spyleelektroden ifølge fig. 1 består av en i midten anordnet stavformet elektrode 10. Konsentrisk og i avstand til elektroden 10 forløper et stålrør 12, som innvendig har utragende enkeltvis anordnede knaster, som tjener til sentrering av elektroden 10 innenfor røret 12.

Røret omsluttes av et ildfast, keramisk legeme 16, som har form av en hulsylinder.

Enheten bestående av elektroden 10 og det ildfaste, keramiske legemet 16 danner spyleelektroden ifølge oppfinnelsen, som er f.eks. anordnet bunnsidig via en mørtelfuge 18 i et opptak 20, idet opptaket 20 har i det vesentlige formen og funksjonen til en (kjent) hullsten.

Som det fremgår av fig. lb er røret 12 forlenget nedover over den nedre frontflaten 22 til legemet 16 og utformet over en bunn 12a med en gasstilslutningsstuss 24. På denne måten oppstår et gassfordelingskammer 26, som fordeler den over gasstilslutningsstussen 24 tilførte gass (ved drift) først over tverrsnittsflaten til røret 12 slik at behandlingsgassen, f.eks. argon, går deretter via ringspalten 28 mellom elektroden 10 og røret 12 til den øvre frontflaten 30 og derfra inn i metallsmelten.

Bunnen 12a til gassfordelingskammeret 26 har to avtettede åpninger 12b, 12c. Gjennom åpningen 12b rager en elektrisk tilslutningsklemme 32, over hvilken elektroden 10 er tilsluttet strømforsyningen. Gjennom åpningen 12c rager et metallrør 34, som strekker seg over en endelig strekning inn i elektroden 10 og kan ved sin nedre, frie ende tilsluttes en (ikke vist) gasstrykkilde.

Etter innbygningen av spyleelektroden i bunnen av en likestrømsovn blir røret 34 tilført gass/luft. Gassen kan imidlertid ikke unnslippe via den øvre frie enden til røret 34, da den tilsluttende elektroden 10 er gasstett. Oppstår en slitasje av spyleelektroden inn til området av den øvre frie enden av røret 34, så vil imidlertid avslutningsområdet til røret 34 smelte og gassen strømmer ut, noe som fremvises av et tilsvarende anordnet manometer. Metallrøret 34 utgjør dermed funksjonen av en sensor for slitasjeindikasjon av spyleelektroden.

Den på fig. la, "b viste utførelsesf orm er oppbygd i form av en sliss-spyler, idet behandlingsgassen, er tilført via ringspalten 28 inn i metallsmelten, kjøler samtidig elektroden 10, som her består av kobber.

Utførelsesformen ifølge fig. 2 skiller seg fra den på fig. 1 ved at kobberelektroden 10 er omhyllet umiddelbart av et keramisk legeme 16 slik at det ikke oppstår noen ringspalte (gass-spalte).

En gasstilførsel tilveiebringes ved at elektroden 10 er utført med et antall langsgående boringer 10a, som strekker seg over hele elektrodens 10 høyde. Elektroden 10 kan man i dette tilfelle betegne som en elektrode med "rettet porøsi-tet" .

Også ved utførelseseksempelet ifølge fig. 2 er bunnområdet til elektroden 10 forlenget nedover slik at det dannes et gassfordelingskammer (ikke vist), via hvilket behandlingsgassen føres gjennom kanalen 10a inn i metallsmelten.

Ved hjelp av en mer eller mindre statisk fordeling av gasskanalene 10a i elektroden 10 tilveiebringes en kraftigere kjølevirkning enn ved utførelseseksempelet ifølge fig. 1.

Ved utforming av det keramiske legemet 16 med rettet eller ikke-rettet porøsitet og tilsvarende utvidelse av tverrsnittsflaten til gassfordelerkammeret eller utforming av et andre gassfordelerkammer for området av det porøse, keramiske legemet 16 kan spyle- og kjøleeffekten økes ytterligere.

En kombinasjon av utførelsesformen ifølge fig. 1 og 2 er også mulig, dvs. utforming av en ringspalte mellom den gass-spylende elektroden 10 på fig. 2 og den ytre, keramiske hul syl inderen 16.

Fig. 3 viser en ytterligere utførelsesform. Innenfor det keramiske legemet 16 er her anordnet totalt fem elektroder 10, som - lignende eksempelet vist på fig. 1 - er anbrakt i respektive egne metallrør 12 med tilsvarende knaster 14.

Stålsylindrene 12 er som ved utførelseseksempelet på fig. 1 forbundet med legemet 16 ved hjelp av mørtel.

De fem elektrodene 10 ifølge fig. 3 er naturligvis også på bunnsiden utført med klemmer for elektrisk strømforsyning.

Gassfordelingskammeret er utformet som ovenfor beskrevet og strekker seg her imidlertid over hele tverrsnittsflaten til det keramiske legemet 16. For dette formål blir legemet 16 ferdig fremstilt i sitt nedre avsnitt i en blikkmantel, som bunnsidig er forlenget over den nedre frontflaten 22 for dannelse av gassfordelingskammeret.

Ved utførelsesformen ifølge fig. 3 er det mulig å utforme det keramiske legemet 16 med rettet eller ikke-rettet porøsitet, da gasstrykket på grunn av utforming av gassfordelingskammeret virker på hele tverrsnittsflaten til legemet 16.

En restindikator som vist på fig. lb er også her integrert i det keramiske matrisematerialet til legemet 16.

To enkle utførelsesvarianter er vist på fig. 4 og 5.

Fig. 4 viser elektroden 10 utformet som hulsylinder og fylt med et vannfast, keramisk matrisemateriale 16. Elektroden 10 er på utsiden i et hullstenlignende opptak 20 festet ved hjelp av mørtel.

Også her forløper et gassfordelingskammer under det egentlige spylelegemet, og da i forlengelsen av den ytre omkretsflaten til elektroden 10. Såvel elektroden 10 som også det indre, keramiske legemet 16 er utformet med rettede porer (ikke vist).

Ved utførelseseksempelet ifølge fig. 5 er en elektrode 10 ferdig fremstilt i et hulsylindrisk formet keramisk legeme 16 med ikke-rettet porøsitet.

Et ringformet gassfordelingskammer er i dette tilfelle utformet slik at såvel elektroden 10 som også legemet 16 er fremstilt i en stålmansjett, som er forlenget over den nedre frontflaten til de to delene og har en bunn, i hvilken er anordnet et gasstilslutningsrør.

Tilslutningsklemmene for elektroden 10 blir i dette tilfelle ikke ført gjennom gassfordelingskammeret, men forløper umiddelbart i forlengelsen av elektroden 10.

Fig. 6 viser den prinsipielle oppbygningen av en likestrøms-ovn for metallurgiske formål.

Det fremgår her at ovnen 40 har en som anode koblet grafitt-elektrode 44, som rager gjennom dekselet 42 og ender i avstand over det metallurgiske badspeilet 46.

I bunnen 48 av ildfast materiale er (i tenkt aksial forlengelse av elektroden 44) anordnet en gass-spylesten 50 av den ovenfor beskrevne art, hvis elektrode 10 er koblet som katode.

Her er også vist de elektriske tilslutningselementene forløpende fra elektrodene 10, 44 samt en transformator 52, en likeretter 54 og en glattedrossel 56.

Claims (16)

1. Gass-spylesten for elektriske lysbueovner, karakterisert ved at den har minst en seg i spyleretningen til behandlingsgassen innenfor det faste matrisematerialet (16, 20) strekkende elektrode (10), som ved den gassinnløpssidige ende til spylestenen (15) er tilsluttet en strømkilde.

2. Gass-spylesten ifølge krav 1, karakterisert ved at elektroden henholdsvis elektrodene (10) er stavformede.

3. Gass-spylesten ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at elektroden henholdsvis elektrodene (10) har minst en, fortrinnsvis i lengderetningen, forløpende gjennomgående boring (10a).

4 . Gass-spylesten ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at elektroden henholdsvis elektrodene (10) har ikke-rettet porøsitet.

5. Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at elektroden henholdsvis elektrodene (10) er omgitt over hele sin lengdestrekning av en ringkanal (28) og er anbrakt i posisjon via sentrerings-elementer (14) innenfor ringkanalen (28) i forhold til det ildfaste matrisematerialet (16).

6. Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved en elektrode (10), hvis midtlengde akse er identisk med midtlengdeaksen til den gjennom det ildfaste matrisemateriale (16) definerte spylesten.

7. Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 5, karak-terisert ved- flere elektroder (10), hvis respektive midtlengdeakse forløper parallelt i forhold til midtlengdeaksen til den gjennom det ildfaste materiale (16) definerte spylesten.

8. Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at elektroden henholdsvis elektrodene forløper under en vinkel i forhold til midtlengdeaksen til den gjennom det ildfaste matrisemateriale definerte spylesten.

9. Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 8, karakterisert ved at elektroden henholdsvis elektrodene (10) og/eller det ildfaste matrisemateriale (16) kan tilsluttes enkeltvis eller felles til en gasskilde ved den gassinnløpssidige ende til spylestenen (50).

10. Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 9, karakterisert ved at hver ringkanal (28), som omgir en elektrode (10), kan ved den gassinnløpssidige ende til spylestenen (50) tilsluttes en egen gasskilde.

11. Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 10, karakterisert ved med rettede porer utformet ildfast matrisemateriale (16).

12. Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 10, karakterisert ved et med ikke-rettede porer utformet ildfast matrisemateriale.

13. Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 12, karakterisert ved at det er anordnet minst ett gassfordelingskammer (26) ved den gassinnløpssidige enden til spylestenen (50), hvilket gassfordelingskammer (26) kan tilsluttes en gasskilde og har en åpning (12b) for gasstett tilslutning av elektroden henholdsvis elektrodene (10) til spenningskilden (52, 54, 56).

14 . Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 13, karakterisert ved at det er anordnet en innretning (34) for reststyrkeindikasjon integrert i elektroden (10) og/eller det ildfaste, keramiske legeme (16).

15. Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 14, karakterisert ved at elektroden henholdsvis elektrodene (10) er utformet for tilslutning til en like-spenningskilde.

16. Gass-spylesten ifølge et av kravene 1 til 15, karakterisert ved at elektroden henholdsvis elektrodene består av stål.