WO2008006688A1 - Hochstromleiter, insbesondere für einen lichtbogenofen, sowie verfahren zur ausbildung eines hochstromleiters - Google Patents

Hochstromleiter, insbesondere für einen lichtbogenofen, sowie verfahren zur ausbildung eines hochstromleiters Download PDF

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current
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Arno DÖBBELER
Thomas SÖNTGEN
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H05B7/02—Details
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B9/00—Power cables
    • H01B9/001—Power supply cables for the electrodes of electric-welding apparatus or electric-arc furnaces

Definitions

  • High-current conductor in particular for an electric arc furnace, and method for forming a high-current conductor
  • the invention relates to a high current conductor, in particular for an electric arc furnace and a method for forming such a high current conductor.
  • a high electrical energy is he ⁇ required.
  • three electrodes are powered by a three-phase furnace transformer that delivers currents up to 100 kA at voltages up to about 2,000 volts. This electrical energy is conducted from the furnace transformer via a high current system to the electrodes.
  • the high-current system usually comprises a high-current tube or a high-current busbar, a high-current cable and a current-carrying electrode support arm with an end contact terminal in which the electrodes are respectively held. Due to the high electrical energy and the high currents, the high-current system heats up and is therefore usually cooled.
  • the electrode support arms must, in addition to the electrical properties, also have sufficient mechanical load bearing capacity. having for holding and moving the electrodes. Since the electrode arms extend over the furnace vessel and the individual electrodes are successively immersed in the furnace vessel via the electrode arms, there is also the risk of an increased thermal load due to heat radiation from the furnace vessel.
  • the invention has for its object to provide a high-quality and inexpensive to produce high-current conductor ter.
  • a high genofen ⁇ current conductor in particular a high-current tube or a bus bar or a high electrode support for an electric arc, comprising a carrier element on which a current lei ⁇ tend conductive layer is sprayed on.
  • the high current conductor therefore consists in particular of a support element providing the mechanical support function and a conductive layer applied to this support element, which provides the electrical properties required for the power line.
  • the electrical power supply to the respective electrode therefore takes place via the conductive layer.
  • the material and the thickness of the sprayed conductive layer is chosen according to the electrical requirements.
  • high-current conductor is here understood a conductor which is suitable for the transmission of high currents in the at least two-digit kA range and in particular up to currents above 100 kA.
  • a sprayed-on conductive layer is understood as meaning a layer which has been applied in particular by means of a particle spray method in which particles or particles are preferably sprayed on in the micrometer range of 10 ⁇ m by means of suitable particle beam devices.
  • known thermal spraying methods such as, for example, flame spraying, can be used where the particles are at least partially melted before application.
  • the conductive layer is applied by a so-called cold gas spraying method, also referred to as a cold spray method.
  • cold spraying of loading is coating material-applied for the conductive powder at very high speed on the Suele ⁇ ment applied.
  • a process gas through a Laval nozzle is usually be accelerated ⁇ to supersonic speed.
  • the powder particles are applied to ⁇ closing injected and accelerated to a suffi ⁇ accordingly high speed, so that they feed on impact with the support member due to the high energy minimum melt partially and form a dense and firm haf ⁇ tend layer ,
  • thermal spraying methods for example flame spraying, no preceding melting or melting of the individual particles takes place in this case.
  • the particular advantage of the spraying method is that it can be carried out comparatively easily and inexpensively and, for example, by repeatedly sweeping the surface to be coated over a sufficient layer thickness can be produced.
  • ⁇ sondere cold gas spraying is characterized in this case by the fact that it is carried out at low temperatures and in particular un ⁇ ter atmospheric pressure. As a result, diverse materials can be sprayed on easily.
  • the material for the conductive layer is copper or a copper alloy, for example a copper-silver alloy. Copper or a copper alloy are particularly suitable because of the good electrical conductivities.
  • the conductive layer comprises a matrix with incorporated therein hard material particles and in particular is formed thereby.
  • hard material particles copper or a copper alloy is used in particular for the matrix.
  • Hard particles are understood to be those particles which, compared with the matrix material, have an increased toughness and surface hardness of at least a factor of 2. Examples of such hard material particles are diamond boron carbide or further particles.
  • CNT particles Carbon Nano Tubes
  • the carbon nanotubes are carbon nanotubes, whose diameter is typically less than 100 nm to we ⁇ Nigen nm.
  • the walls of these tubular structures are made of carbon.
  • the CNT particles consist of a multiplicity of such carbon nanotubes.
  • the particular advantage of using CNT particles as hard particles is their very good electrical conductivity, their high thermal conductivity and their mechanical resistance. Due to the good electrical conductivity paired with the thermal conductivity, they have a very high current carrying capacity.
  • the proportion of hard material particles is preferably in the range between 10 and 40% by volume, based on the conductive layer.
  • the hard material particles expediently have a size in the range, in particular, of a few ⁇ m to, for example, 50 ⁇ m.
  • the conductive layer according to an expedient embodiment, a thickness of about 3 to 10 mm and in particular in the range of about
  • the object is further achieved according to the invention by a method for forming a high current conductor, in particular special ⁇ high current tubes / rails and / or electrode support arms for an electric arc furnace, in which a conductive layer is sprayed onto a carrier element.
  • a high current conductor in particular special ⁇ high current tubes / rails and / or electrode support arms for an electric arc furnace, in which a conductive layer is sprayed onto a carrier element.
  • the conductive layer is applied to an already existing high-current conductor. Therefore, the spray method is therefore particularly suitable for repair or upgrade purposes, if, for example, the arc furnace for higher capacity is upgraded. In this case, the entire high-current system need not be completely replaced. Rather, it is sufficient if the current conductivity of the high-current conductor, in particular by means of the injection of the conductive layer, is sufficient. particular of the high flow tube and the electrode support arm, he ⁇ is increased.
  • FIG 1 shows a partial representation of an electric arc furnace ⁇ in a side view
  • FIG 2 is a fragmentary plan view showing the electrode ⁇ arms of the arc furnace shown in Figure 1
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of an Elekrodentrag- arms.
  • a greatly simplified illustrated in Figure 1 electric arc furnace has a furnace vessel 2, which is usually closed with a lid not shown here, by the graphite electrode 4 vertically in the direction of the double arrow shown and extendable.
  • Steel scrap is introduced as a melt 3 for Aufschmel ⁇ zen.
  • the electrodes 4 are guided close to the surface of the steel scrap and an arc is ignited.
  • the electrodes 4 are each regulated in their height.
  • the required for maintaining the arc electric power is provided via a so-called furnace Trans ⁇ formator. 6
  • three electric ⁇ 4 are provided, which are each connected to a phase on the secondary side of the furnace transformer 6.
  • the electrodes 4 are in this case connected via a high current system to the secondary side of the furnace transformer 6.
  • high-current tubes or rails 9 connected via flexible connectors 7 become flexible and in particular water-cooled high current cables 10, which are each electrically connected to one end of a Elektrodentragarms 12 with this.
  • the electrode support arms 12 are vertically movable in the direction of the double arrow with the aid of an electrode mast 14 designed as a lifting column.
  • the electric ⁇ dentragarme 12 extend over the furnace vessel 2 and, with the help of clamp-like electrode holders each one of the electrodes 4.
  • the electrodes 4 are in this case roughly at the vertices of an equilateral triangle arranged, as can be seen in particular from FIG. 2
  • the necessary current for the electrodes 4 is supplied to the electrodes 4 via high-current pipes or rails 9, preferably water-cooled high-current cables 10 and also preferably water-cooled electrode support arms 12.
  • the electrode support arms 12 are in the exemplary embodiment ⁇ forms as a hollow profile-like support member 18, on which a conductive layer 20 is partially or completely sprayed on.
  • a rectangular hollow profile for the carrier element 18 is provided here as a hollow profile.
  • a suitable steel is used in particular.
  • the electrode support arm 12 and the other components of the high-current system are provided with the conductive layer 20, so that the entire current path from the furnace transformer 6 to the respective Elek ⁇ 4 takes place via the conductive layer 20.
  • the conductive layer 20 is composed in particular of a Kupferle ⁇ Government or copper, in particular with embedded therein CNT particles 22.
  • the conductive layer 20 made of copper or a copper alloy, for example, a copper-silver alloy.
  • the thickness d of the conductive layer is preferably about 5 mm in the exemplary embodiment.
  • the conductive layer 20 is applied by means of a cold gas Spritzverfah ⁇ proceedings. In this spraying process, a carrier gas is accelerated to supersonic speed by means of a Laval nozzle. The particles to be applied are then injected into the carrier gas and greatly accelerated.
  • the particles melt on impact on the carrier element 18 at least partially, thereby forming a homogeneous and dense layer.
  • particles in this case both particles for the matrix, so copper particles or particles of a copper alloy and the hard material or CNT particles 22 are injected.
  • CNT particles in a copper matrix improves both the electrical, thermal and mechanical properties of the conductive layer 20 in terms of requirements.
  • the CNT-particles are characterized by a very high thermal Leitfä ⁇ ability as well as good electrical conductivity. Gleichzei ⁇ tig they contribute to an improvement of the mechanical surface properties.
  • a reduced heating is achieved by the selected conductive layer 20 in comparison to conventional high-current pipes / rails and / or electrode support arms.
  • the generation of the conductive layer 20 can be carried out comparatively with little effort and cost-effectively.

Abstract

Um ein Hochstromsystem für einen Lichtbogenofen kostengünstig und mit guten elektrischen Eigenschaften herzustellen, ist vorgesehen, dass Hochstromrohre/-schienen und/oder Elektrotragarme gebildet sind aus einem Trägerelement (18) und einer hierauf insbesondere mit Hilfe eines Kaltgas-Spritzverfahrens aufgespritzten Leitschicht (20).

Description

Beschreibung
Hochstromleiter, insbesondere für einen Lichtbogenofen, sowie Verfahren zur Ausbildung eines Hochstromleiters
Die Erfindung betrifft einen Hochstromleiter, insbesondere für einen Lichtbogenofen sowie ein Verfahren zur Ausbildung eines solchen Hochstromleiters.
In einem so genannten Lichtbogenofen, auch als Elektrolicht- bogenofen bezeichnet, wird Stahlschrott verschiedener Quali¬ tät eingeschmolzen. Hierzu wird mit Hilfe von Elektroden ein Lichtbogen zwischen den Elektroden und dem Stahlschrott gezündet und auf diese Weise die für das Aufschmelzen des Stahlschrotts notwendige thermische Energie erzeugt. Aufgrund der eingebrachten thermischen Energie bildet sich in dem so genannten Ofengefäß, in dem der Stahlschrott eingebracht ist, flüssiger Stahl sowie flüssige Schlacke aus. Ein derartiger Lichtbogenofen ist beispielsweise aus der DE 38 14 261 Al zu entnehmen.
Um die für das Aufschmelzen erforderliche thermische Energie einbringen zu können, ist eine hohe elektrische Energie er¬ forderlich. Typischerweise werden drei Elektroden von einem dreiphasigen Ofentransformator gespeist, der Ströme bis zu 100 kA bei Spannungen bis etwa 2.000 Volt liefert. Diese elektrische Energie wird von dem Ofentransformator über ein Hochstromsystem zu den Elektroden geführt. Das Hochstromsystem umfasst für jede der drei Phasen üblicherweise ein Hoch- stromrohr oder eine Hochstromschiene, ein Hochstromseil sowie einen Strom führenden Elektrodentragarm mit einer endseitigen Kontaktklemme, in denen die Elektroden jeweils gehalten sind. Aufgrund der hohen elektrischen Energie und der hohen Ströme erwärmt sich das Hochstromsystem und wird daher üblicherweise gekühlt.
Die Elektrodentragarme müssen zusätzlich zu den elektrischen Eigenschaften auch eine ausreichende mechanische Tragfähig- keit zum Halten und Verfahren der Elektroden aufweisen. Da die Elektrodenarme über das Ofengefäß reichen und über die Elektrodenarme die einzelnen Elektroden sukzessive in das Ofengefäß eingetaucht werden, besteht zudem die Gefahr einer erhöhten thermischen Belastung durch Abstrahlungswärme aus dem Ofengefäß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen qualitativ hochwertigen und kostengünstig herzustellenden Hochstromlei- ter anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Hoch¬ stromleiter, insbesondere ein Hochstromrohr bzw. eine Hochstromschiene oder ein Elektrodentragarm für einen Lichtbo- genofen, umfassend ein Trägerelement, auf dem eine Strom lei¬ tende Leitschicht aufgespritzt ist.
Der Hochstromleiter besteht daher insbesondere aus einem die mechanische Tragfunktion bereitstellenden Trägerelement und einer auf diesem Trägerelement aufgebrachten Leitschicht, die die für die Stromleitung erforderlichen elektrischen Eigenschaften bereitstellt. Über die Leitschicht erfolgt daher die elektrische Energiezufuhr zu der jeweiligen Elektrode. Das Material und die Dicke der aufgespritzten Leitschicht ist hierbei entsprechend den elektrischen Anforderungen gewählt.
Unter Hochstromleiter wird hierbei ein Leiter verstanden, der geeignet ist für die Übertragung von hohen Strömen im zumindest zweistelligen kA-Bereich und insbesondere bis hin zu Strömen über 100 kA.
Unter aufgespritzter Leitschicht wird hierbei eine Schicht verstanden, die insbesondere mit Hilfe eines Teilchen-Spritz¬ verfahrens aufgebracht wurde, bei dem Teilchen oder Partikel bevorzugt im Mikrometerbereich von 10 -lOOμm mit Hilfe von geeigneten Partikelstrahlvorrichtungen aufgespritzt werden. Hierbei können an sich bekannte thermische Spritzverfahren, wie beispielsweise das Flammspritzen, zum Einsatz kommen, bei denen die Teilchen vor dem Auftragen zumindest teilweise angeschmolzen werden.
Vorzugsweise wird die Leitschicht jedoch mit einem so genann- ten Kaltgas-Spritzverfahren, auch als Cold-Spray-Verfahren bezeichnet, aufgebracht. Beim Kaltgasspritzen wird der Be- schichtungswerkstoff für die aufzubringende Leitschicht in Pulverform mit sehr hoher Geschwindigkeit auf das Trägerele¬ ment aufgebracht. Hierzu wird üblicherweise ein Prozessgas mit Hilfe einer Lavaldüse auf Überschallgeschwindigkeit be¬ schleunigt. In diesen Gasstrahl des Prozessgases werden an¬ schließend die Pulverpartikel injiziert und auf eine ausrei¬ chend hohe Geschwindigkeit beschleunigt, so dass sie beim Aufprall auf das Trägerelement aufgrund der hohen Energie zu- mindest zum Teil aufschmelzen und eine dichte und fest haf¬ tende Schicht bilden. Im Unterschied zu anderen thermischen Spritzverfahren, beispielsweise dem Flammspritzen, erfolgt hierbei daher kein vorangehendes An- oder Aufschmelzen der einzelnen Partikel.
Der besondere Vorteil des Spritzverfahrens, insbesondere des Kaltgasspritzens, ist darin zu sehen, dass es vergleichsweise einfach und kostengünstig durchführbar ist und beispielsweise durch mehrfaches Überstreichen der zu beschichtenden Ober- fläche eine ausreichende Schichtdicke erzeugbar ist. Insbe¬ sondere das Kaltgasspritzen zeichnet sich hierbei dadurch aus, dass es bei niedrigen Temperaturen und insbesondere un¬ ter Atmosphärendruck durchgeführt wird. Dadurch lassen sich vielfältige Materialien problemlos aufspritzen.
Im Vergleich zu anderen Auftragsverfahren, wie beispielsweise das sogenannte Plattierverfahren mittels Aufsprengen, bei dem üblicherweise dünne Metallplatten auf ein Substrat aufge¬ sprengt werden, ist dieses Verfahren deutlich kostengünstiger bei vergleichbaren oder verbesserten thermisch-elektrischen Eigenschaften . Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist als Werkstoff für die Leitschicht Kupfer oder eine Kupferlegierung, beispielsweise eine Kupfer-Silber-Legierung vorgesehen. Kupfer oder eine Kupferlegierung eignen sich insbesondere aufgrund der guten elektrischen Leitfähigkeiten.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Leitschicht eine Matrix mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln um- fasst und insbesondere hierdurch gebildet ist. Für die Matrix wird hierbei insbesondere Kupfer oder eine Kupferlegierung verwendet. Durch die Einlagerung von Hartstoffpartikeln wird die Oberflächeneigenschaft der Leitschicht verbessert so dass die Leitschicht insgesamt widerstandsfähiger gegenüber mecha¬ nischen Belastungen und/oder Belastungen aufgrund aggressiver Medien ist. Da die Elektrodentragarme oberhalb des Ofengefä¬ ßes angeordnet und dadurch erhöhten Belastungen ausgesetzt sind, wird durch diese Maßnahme ein besonders effektiver zu¬ sätzlicher Schutz und erhöhte Verschleißbeständigkeit er¬ reicht .
Als Hartstoffpartikel werden solche Partikel verstanden, die im Vergleich zu dem Matrixwerkstoff eine um mindestens den Faktor 2 erhöhte Zähigkeit und Oberflächenhärte aufweisen. Beispiele für derartige Hartstoffpartikel sind Diamant- Bor- carbid- oder weitere Partikel.
Zweckdienlicherweise werden als Hartstoffpartikel hierbei so genannte CNT-Partikel (CNT : Carbon Nano Tubes) herangezogen. Die Carbon-Nano-Tubes sind Kohlenstoffnanoröhrchen, deren Durchmesser typischerweise kleiner als 100 nm bis hin zu we¬ nigen nm ist. Die Wände dieser röhrenförmigen Gebilde bestehen aus Kohlenstoff. Die CNT-Partikel bestehen aus einer Vielzahl derartiger Kohlenstoffnanoröhrchen . Der besondere Vorteil der Verwendung von CNT-Partikeln als Hartstoffparti- kel liegt in deren sehr guten elektrischen Leitfähigkeit, ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit sowie in ihrer mechanischen Widerstandsfähigkeit. Aufgrund der guten elektrischen Leitfä- higkeit gepaart mit der Wärmeleitfähigkeit weisen sie eine sehr hohe Strombelastbarkeit auf.
Der Anteil der Hartstoffpartikel liegt vorzugsweise im Be- reich zwischen 10 und 40 Vol% bezogen auf die Leitschicht.
Zweckdienlicherweise weisen die Hartstoffpartikel eine Größe im Bereich insbesondere von wenigen μm bis beispielsweise 50 μm auf.
Um eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit für die hohen Ströme bei dem geplanten Einsatzgebiet für die Elektrodentragarme für Lichtbogenöfen zu gewährleisten, weist die Leitschicht gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung eine Dicke von etwa 3 bis 10 mm und insbesondere im Bereich von etwa
5 mm auf. Eine derartige Dicke ist hierbei mit dem Spritzver¬ fahren, insbesondere mit dem Kaltgasspritzen, problemlos und kostengünstig in guter und homogener Qualität aufbringbar.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Ausbildung eines Hochstromleiters, insbe¬ sondere von Hochstromrohren/-schienen und/oder Elektrodentragarmen für einen Lichtbogenofen, bei dem auf ein Trägerelement eine Leitschicht aufgespritzt wird. Die im Hinblick auf den Hochstromleiter angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu ü- bertragen. Als Spritzverfahren wird vorzugsweise das Kalt¬ gasspritzen verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist hierbei auch vorgesehen, dass die Leitschicht auf einen bereits bestehenden Hochstromleiter aufgebracht wird. Das Spritzverfahren eignet sich daher also insbesondere auch für Reparatur- oder Aufrüstzwecke, wenn beispielsweise der Lichtbogenofen für höhere Leistungen ertüchtigt wird. In diesem Fall braucht nicht das gesamte Hochstromsystem vollkommen ausgetauscht zu werden. Vielmehr reicht es aus, wenn mit Hilfe des Aufspritzens der Leitschicht die Stromleitfähigkeit des Hochstromleiters, ins- besondere des Hochstromrohrs und des Elektrodentragarms, er¬ höht wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden an- hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen:
FIG 1 eine ausschnittsweise Darstellung eines Lichtbogen¬ ofens in einer Seitendarstellung, FIG 2 eine ausschnittsweise Aufsicht auf die Elektroden¬ arme des Lichtbogenofens gemäß FIG 1 sowie
FIG 3 eine Querschnittsdarstellung eines Elekrodentrag- arms .
In den Figuren sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein in FIG 1 stark vereinfacht dargestellter Lichtbogenofen weist ein Ofengefäß 2 auf, welches üblicherweise mit einem hier nicht näher dargestellten Deckel verschließbar ist, durch den Graphitelektroden 4 vertikal in Richtung des dargestellten Doppelpfeils ein- und ausfahrbar sind. In das Ofengefäß 2 wird Stahlschrott als Schmelzgut 3 zum Aufschmel¬ zen eingebracht. Zum Aufschmelzen werden die Elektroden 4 bis nahe zur Oberfläche des Stahlschrotts geführt und es wird ein Lichtbogen gezündet. Um ein stabiles Brennen des Lichtbogens zu gewährleisten, werden die Elektroden 4 in ihrer Höhe jeweils geregelt verfahren.
Die für die Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderliche elektrische Energie wird über einen so genannten Ofentrans¬ formator 6 bereitgestellt. Üblicherweise sind drei Elektro¬ den 4 vorgesehen, die mit jeweils einer Phase an der Sekundärseite des Ofentransformators 6 angeschlossen sind. Die Elektroden 4 sind hierbei über ein Hochstromsystem mit der Sekundärseite des Ofentransformators 6 verbunden. An sekun- därseitigen Klemmen 8 gehen über flexible Verbinder 7 angeschlossene Hochstromstrohre oder -schienen 9 zu flexiblen und insbesondere wassergekühlten Hochstromseilen 10 ab, die jeweils an einem Ende eines Elektrodentragarms 12 mit diesem elektrisch verbunden sind. Die Elektrodentragarme 12 sind mit Hilfe eines als Hubsäule ausgebildeten Elektrodenmastes 14 in Richtung des Doppelpfeils vertikal verfahrbar. Die Elektro¬ dentragarme 12 reichen über das Ofengefäß 2 und tragen mit Hilfe von klemmenartigen Elektrodenhalterungen jeweils eine der Elektroden 4. Die Elektroden 4 sind hierbei in etwa an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet, wie insbesondere aus der FIG 2 zu entnehmen ist.
Der notwendige Strom für die Elektroden 4 wird über Hochstromrohre oder - schienen 9, den bevorzugt wassergekühlten Hochstromseilen 10 und den ebenfalls bevorzugt wassergekühl- ten Elektrodentragarmen 12 den Elektroden 4 zugeführt.
Die Elektrodentragarme 12 sind im Ausführungsbeispiel ausge¬ bildet als ein hohlprofilartiges Trägerelement 18, auf dem eine Leitschicht 20 teil- oder vollumfänglich aufgespritzt ist. In der FIG 4 ist hierbei als Hohlprofil ein Rechteck- Hohlprofil für das Trägerelement 18 vorgesehen. Als Material für das Trägerelement 18 wird insbesondere ein geeigneter Stahl herangezogen.
Vorzugsweise sind neben dem hohlprofilartigen Teilabschnitt des Elektrodentragarms 12 auch die weiteren Komponenten des Hochstromsystems mit der Leitschicht 20 versehen, so dass der gesamte Stromweg vom Ofentrafo 6 bis zu der jeweiligen Elekt¬ rode 4 über die Leitschicht 20 erfolgt.
Die Leitschicht 20 besteht insbesondere aus einer Kupferle¬ gierung oder aus Kupfer, insbesondere mit darin eingelagerten CNT-Partikeln 22. Alternativ zu der Verwendung einer Kupfer- Matrix mit darin eingelagerten CNT-Partikeln 22 besteht die Leitschicht 20 aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung, beispielsweise einer Kupfer-Silber-Legierung. Die Dicke d der Leitschicht beträgt im Ausführungsbeispiel vorzugsweise etwa 5 mm. Die Leitschicht 20 wird mit Hilfe eines Kaltgas-Spritzverfah¬ rens aufgebracht. Bei diesem Spritzverfahren wird ein Trägergas mit Hilfe einer Lavaldüse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. In das Trägergas werden dann die aufzubringen- den Partikel injiziert und stark beschleunigt. Aufgrund der hohen kinetischen Energie schmelzen die Partikel beim Auftreffen auf dem Trägerelement 18 zumindest teilweise auf und bilden dadurch eine homogene und dichte Schicht. Als Partikel werden hierbei sowohl Partikel für die Matrix, also Kupfer- partikel oder Partikel einer Kupfer-Legierung als auch die Hartstoff- oder CNT-Partikel 22 injiziert. Durch das Kalt¬ gasspritzen kann in einfacher und kostengünstiger Weise eine ausreichend dichte und damit gut leitfähige Schicht problem¬ los auf das Trägerelement 18 aufgebracht werden. Es sind kei- ne aufwändigen Auftragsverfahren erforderlich.
Durch die Implementierung von CNT-Partikeln in einer Kupfer- Matrix werden sowohl die elektrischen, thermischen als auch mechanischen Eigenschaften der Leitschicht 20 im Hinblick auf die Anforderungen verbessert. Insbesondere zeichnen sich nämlich die CNT-Partikel durch eine sehr hohe thermische Leitfä¬ higkeit sowie gute elektrische Leitfähigkeit aus. Gleichzei¬ tig tragen sie zu einer Verbesserung der mechanischen Oberflächeneigenschaften bei. Insbesondere durch die guten elekt- rischen sowie thermischen Eigenschaften wird durch die gewählte Leitschicht 20 im Vergleich zu herkömmlichen Hoch- stromrohren/-schienen und/oder Elektrodentragarmen eine verringerte Aufheizung erreicht. Gleichzeitig ist das Erzeugen der Leitschicht 20 vergleichsweise mit wenig Aufwand und kos- tengünstig durchführbar.
Mit Hilfe des Kaltgas-Spritzverfahrens besteht weiterhin auch die Möglichkeit, die Leitschicht 20 auf einen bestehenden Elektrodentragarm 12 zur Verbesserung der elektrischen Eigen- Schäften nachträglich aufzubringen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Lichtbogenofenanlage für höhere Leistungen nachgerüstet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Hochstromleiter (9,10,12), insbesondere für einen Lichtbogenofen, umfassend ein Trägerelement (18) auf dem eine Strom leitende Leitschicht (20) aufgespritzt ist.
2. Hochstromleiter (9,10,12) nach Anspruch 1, bei dem als Werkstoff für die Leitschicht (20) Kupfer oder eine Kupferlegierung vorgesehen ist.
3. Hochstromleiter (9,10,12) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Leitschicht (20) eine Matrix mit darin ein¬ gelagerten Hartstoffpartikeln (22) umfasst.
4. Hochstromleiter (9,10,12) nach Anspruch 3, bei dem als Hartstoffpartikel CNT-Partikel (22) vorge¬ sehen sind.
5. Hochstromleiter (9,10,12) nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Anteil der Hartstoffpartikel (22) im Bereich von etwa 10-40 Vol% bezogen auf die Leitschicht (20) be¬ trägt .
6. Hochstromleiter (9,10,12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leitschicht (20) eine Dicke (d) von etwa 3-10 mm und insbesondere von etwa 5 mm auf¬ weist .
7. Verfahren zur Ausbildung eines Hochstromleiters (9,10,12), insbesondere für einen Lichtbogenofen, bei dem auf ein Trägerelement (18) eine Leitschicht (20) aufgespritzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Leitschicht (20) durch Kaltgasspritzen auf¬ gebracht wird. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Leitschicht (20) auf einen bestehenden Hoch¬ stromleiter (9,10,12) aufgebracht wird.
PCT/EP2007/056202 2006-07-13 2007-06-21 Hochstromleiter, insbesondere für einen lichtbogenofen, sowie verfahren zur ausbildung eines hochstromleiters WO2008006688A1 (de)

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