[0001] Die Erfindung betrifft eine Anode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Aus der DE-OS 34 13 745 ist ein Gleichstromlichtbogenofen mit einem Bodenkontakt
bekannt, bei dem das Bogenfutter des Ofens an seiner Berührungsfläche mit der Schmelze
eine Stampfmasse mit elektrische leitenden Metallteilen oder Steinen mit Blecheinlagen
enthält. Hieran schließen sich eine erste Schicht aus elektrisch leitenden Steinen,
eine zweite Schicht aus Isoliersteinen mit Blechzwischenlagen oder elektrisch leitenden
Zwischensteinen und schließlich eine dritte, mit Anschlußkontakten verbundene Schicht
aus elektrisch leitenden Steinen an. Dieses Futter ist kalottenförmig oder eben ausgebildet,
wobei es nur im Bodenbereich mit der Schmelze in Berührung steht.
[0003] Abgesehen davon, daß dieses Bodenfutter sehr aufwendig herzustellen ist, wird hier
der von der zentralen Lichtbogenelektrode ausgehende Strom kegelförmig nach unten
abgeleitet. Die Bereiche in der Nähe der Ofenwand werden daher nur unzureichend mit
Wärme versorgt, so daß hier kalte Zonen auftreten.
[0004] Aus der EP 0 258 101 A1 ist die Verwendung eines in die Schmelze hineinragenden Stahlknüppels
als Bodenelektrode bekannt. Hier tritt der Effekt des nur nach unten gerichteten Lichtbogens
noch stärker auf, so daß der Lichtbogenkegel noch spitzer wird und ebenfalls kalte
Zonen angrenzend an die Ofenwand auftreten. Diese Elektrode erfordert auch eine Wasserkühlung,
die sich unterhalb der flüssigen Metallschmelze befindet. Dies ist aus Sicherheitsgründen
problematisch.
[0005] Bei einem weiteren aus der DE-OS 30 22 566 bekannten Gleichstromlichtbogenofen sind
über den gesamten Boden verteilt punktförmig angeordnete metallische Leiter vorgesehen,
die durch die Bodenwand nach innen geführt sind. Hierdurch werden zwar die kalten
Zonen in Wandnähe vermieden; andererseits bewirkt diese Verteilung jedoch eine punktförmige
Abnutzung der feuerfesten Auskleidung. Es entstehen somit im Bodenbereich gefährliche
dünne Stellen, die regelmäßig ausgebessert werden müssen.
[0006] Aus der US-PS 4 853 941 schließlich ist ein Gleichstromlichtbogenofen bekannt, bei
dem zwischen einer Bodenelektrode und der Schmelze eine einheitliche Schicht aus feuerfesten,
elektrisch leitenden Steinen angeordnet ist. Die Steine bestehen aus Magnesit-Graphit-Material,
das eine Wärmebehandlung unterzogen wurde, um dessen elektrische Leitfähigkeit zu
erhöhen. Da auch hier die elektrisch leitende Auskleidung und die Elektrode nur im
Bodenbereich angeordnet sind, lassen sich kalte Zonen an der Ofenwand ebenfalls nicht
vermeiden. Außerdem sind die Kühlungsverhältnisse ungünstig, so daß die Elektrode
wassergekühlt wird.
[0007] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anode für einen Gleichstromlichtbogenofen,
bei dem zumindest ein Teil des die Schmelze aufnehmenden Bereichs des Ofens auf der
Innenseite mit einer elektrisch leitenden, feuerfesten Ausmauerung versehen ist, die
mit einem auf der Außenseite befindlichen Stromleiter in elektrischer Verbindung steht,
zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, eine gleichförmige Temperaturverteilung im
Schmelzgut sicherstellt und außerdem keine ungleichmäßige Abnutzung der feuerfesten
Auskleidung bewirkt. Weiterhin soll das Erfordernis einer Wasserkühlung vermieden
werden.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anode
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0009] Dadurch, daß der Stromleiter zylinderförmig ausgebildet und um die elektrisch leitende
Ausmauerung herumgelegt ist, ist eine symmetrische, seitlich nach außen erfolgende
Stromableitung sichergestellt, die eine gleichförmige und optimale Verteilung des
Stromflusses durch die Schmelze gewährleistet.
[0010] Als Stromleiter wird bevorzugt ein Kupferring verwendet, der an der Innenseite des
Stahlmantels im unteren Wandbereich des Ofens befestigt ist. Hierdurch erhält man
einen großflächigen Kontakt zwischen der elektrisch leitenden Ausmauerung und dem
Stromleiter. Diese Ausbildung ermöglicht auch eine effektive Luftkühlung des Stromleiters.
[0011] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Diese zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Gleichstromlichtbogenofens.
In der Mitte des Ofens befindet sich eine sich vertikal erstreckende und in dieser
Richtung verstellbare Kathode 1. Zwischen dieser und der Oberfläche einer Metallschmelze
2 fließt ein elektrischer Strom in Form eines Lichtbogens. Dieser erzeugt ausreichend
Wärme, um in den Ofen eingegebenes Metall zu schmelzen und im geschmolzenen Zustand
zu halten.
[0012] Der Ofen weist einen Stahlmantel aus einem Unterteil 3 und einem zylindrischen Oberteil
4 auf. Unterteil 3 und Oberteil 4 sind mechanisch durch Flansche 5 und 6 über eine
elektrisch isolierende Zwischenschicht 7 miteinander verbunden.
[0013] Die Ausmauerung des Ofens enthält eine Schicht aus elektrisch leitenden, verschleiß-
und feuerfesten Steinen 8, die mit der Metallschmelze 2 in Berührung steht. Die sich
durch die Form der Steine 8 ergebenden Unebenheiten der der Metallschmelze zugewandten
Oberfläche dieser Schicht sind mit einer elektrisch leitenden Stampfmasse 9 ausgeglichen.
Die Schicht aus den Steinen 8 erstreckt sich über den größten Teil des Bodenbereichs
des Ofens. Elektrisch leitende, verschleiß- und feuerfeste Materialien zur Herstellung
der Steine 8 sind bekannt, z.B. Carbon-Magnesit -Steine. Die äußere Schicht der Ausmauerung
besteht im Bodenbereich aus Steinen 10 aus elektrisch isolierendem, feuerfestem Material.
Zwischen der isolierenden Schicht aus den Steinen 10 im Bodenbereich und der elektrisch
leitenden Schicht aus den Steinen 8 befindet sich eine Schicht aus Steinen 11, die
eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweisen als die Steine 8, nicht jedoch deren
hohe Verschleiß- und Feuerfestigkeit besitzen. Als Steine 11 werden vorzugsweise
Graphit-Steine verwendet. Die Stärke der Schicht aus den Steinen 11 nimmt zum Außenrand
hin zu. In der Figur ist diese Schicht durchgehend dargestellt; sie kann im mittleren
Bodenbereich jedoch auch entfallen. Die Graphit-Steine sollten so angeordnet sein,
daß ihre Preßrichtung mit der Radialrichtung des Ofens übereinstimmt, wodurch der
elektrische Widerstand der von ihnen gebildeten Schicht in Radialrichtung minimiert
wird. Auf der Innenseite des zylindrischen Abschnitts des Unterteils 3 ist auf die
Schicht aus den Steinen 11 ein Kupferring 12 aufplattiert oder in anderer Weise mit
dieser verbunden. Der Kupferring 12 kann durchgehend sein oder in seiner Umfangsrichtung
in mehrere Segmente unterteilt sein. Kupferleiter 13 sind durch das Unterteil 3 geführt
und mit dem Kupferring 12 zur Stromführung verbunden.
[0014] Oberhalb des Kupferringes 12 wird im Wandbereich des Ofens die Ausmauerung durch
eine durchgehende Schicht aus den feuerfesten, elektrisch isolierenden Steinen 10
gebildet.
[0015] Durch die großflächige Verbindung zwischen dem Kupferring 12 und der gut leitenden
Schicht aus den Steinen 11 einerseits sowie dieser Schicht und der leitenden Schicht
aus den Steinen 8 andererseits liegt ein großer Teil der mit der Metallschmelze 2
in Berührung stehende Innenfläche der Ausmauerung weitgehend auf dem gleichen Potential.
Dementsprechend erhält man eine Verteilung des Stromflusses nahezu über die gesamte
Fläche der Metallschmelze 2. Hierdurch wird das Auftreten kalter Zonen insbesondere
in der Nähe der Ofenwand minimiert.
[0016] Der Boden und der untere Wandbereich des Ofens sind mit Mitteln zur Führung eines
Kühlmediums, vorzugsweise Luft, versehen. Das Kühlmedium wird unter der Mitte des
Bodens herangeführt und in einem durch ein Bodenblech 14 begrenzten Hohlraum unter
dem Boden radial nach außen und durch eine Umlenkung zum Wandbereich in der Höhe des
Kupferringes 12 gebracht.
[0017] Vom Unterteil 3 radial nach außen abstehende, in den Hohlraum hineinragende Kühlrippen
15 dienen zur Erhöhung der Kühlwirkung sowie zur Führung des Kühlmediums.
[0018] Für einen Ofen mit einer Kapazität von 60 t und einem Durchmesser von ca. 5,2 m sowie
einer maximalen Stromstärke von 85 000 A besitzt der Kupferring 12 beispielsweise
eine Höhe von 400 - 700 mm und eine Stärke von 20 - 60 mm.
[0019] Abhängig von der Ausbildung des Gleichstromlichtbogenofens kann, wenn die Statik
des Ofens nicht durch einen Stahlmantel, sondern durch ein Stahlskelett gewährleistet
wird, der Kupferring auch am Stahlskelett statt am Stahlmantel befestigt sein.
1. Anode für einen Gleichstromlichtbogenofen, bei dem zumindest ein Teil des die Schmelze
aufnehmenden Bereichs des Ofens auf der Innenseite mit einer elektrisch leitenden,
feuerfesten Ausmauerung versehen ist, die mit einem auf der Außenseite befindlichen
Stromleiter in elektrischer Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stromleiter (12) zylinderförmig ausgebildet und um die elektrisch leitende
Ausmauerung (8,9,11) herumgelegt ist.
2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiter ein Kupferring
(12) ist, der an der Innenseite des Stahlmantels (3) im unteren Wandbereich des Ofens
befestigt ist.
3. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiter ein Kupferring
(12) ist, der an einem den Ofen stützenden Stahlskelett befestigt ist.
4. Anode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferring (12) durchgehend
ausgebildet ist.
5. Anode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferring (12)
in Umfangsrichtung in mindestens zwei Segmente unterteilt ist.
6. Anode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferring (12)
mit einem oder mehreren über seinen Außenumfang verteilt angeschlossenen Kupferleitern
(13) verbunden ist.
7. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausmauerung auf der Innenseite
eine Schicht aus elektrisch leitenden, verschleiß- und feuerfesten Steinen (8) und
zwischen dieser und dem Stromleiter (12) eine Schicht aus Steinen (11) mit höherer
elektrischer Leitfähigkeit und geringerer Verschleiß- und Feuerfestigkeit enthält.
8. Anode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steine (11) mit höherer
elektrischer Leitfähigkeit Graphit-Steine sind.
9. Anode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht aus Steinen
(11) mit höherer Leitfähigkeit in radialer Richtung zum Stromleiter (12) hin zunimmt.
10. Anode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht aus
Steinen (11) mit höherer Leitfähigkeit am Übergang zum zylinderförmigen Stromleiter
(12) dessen Höhe entspricht.
11. Anode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausmauerung unterhalb
der Schichten aus elektrisch leitenden Steinen (8,11) eine Schicht aus feuerfesten,
elektrisch isolierenden Steinen (10) enthält.
12. Anode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (14,15)
zur Zuführung eines Kühlmediums zur Außenseite des Kupferringes (12) hin vorgesehen
ist.
13. Anode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung am unteren
Teil des Ofens angebrachte Mittel (14) zur Führung des Kühlmediums aufweist.
14. Anode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kupferring (12) wärmeleitend
verbundene, nach außen vorstehende Rippen (15) zur Kühlung und zur Führung des Kühlmediums
vorgesehen sind.