Mittels Gleichstrom oder Wechselstrom über Hochstromleiter gespeister Elektroofen

Abstract

 Zur Verringerung der ohmschen und induktiven Verluste der Hochstromverbindung zwischen dem Transformator und den Elektroden (4,5) eines Elektroofens (1) werden anstelle von Hochstromkabeln Hochstromschienen (14,15) vorgesehen, die durch Gleitkontakte (17, 21) mit einer Vielzahl von Kontaktelementen, die federnd gegen eine Kontaktfläche drücken, mit dem Stromversorgungsanschluß verbunden sind. Die Gleitkontakte sind so ausgebildet, daß sie ohne Stromunterbrechung die notwendige Hubbewegung der Elektroden und ein geringfügiges Kippen des Ofens zulassen. Eine mechanische Trennung der Kontakte ermöglicht es, daß die zum Chargieren des Ofens erforderliche Drehbewegung des Deckels unbehindert durchgeführt werden kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Elektroofen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Elektroöfen dieser Art sind durch die DE-OS 27 25 686 bekannt geworden. Sie zeichnen sich durch eine niedrige Reaktanz aus, da die Stromkabel kürzer als bei fester Installation ausgebildet werden können.

[0003] Bei dem bekannten Elektroofen nach DE-OS 27 25 686 sind lösbare Kupplungen aus zwei elektrisch und mechanisch miteinander verbindbaren und voneinander trennbaren Kontaktstücken im Bereich der an den Elektrodentragarmen befestigten Hochstromschienen angeordnet, und an der Transformatorenhauswand sind Betätigungs- und Haltevorrichtungen vorgesehen, durch die flexible Kabel, die zu den lösbaren Kupplungen geführt sind, an der Auskuppelstelle gefaßt und nach dem Auskuppeln des betreffenden Kupplungsstückes gehalten werden können. Aufgabe dieser Erfindung ist es, bei einem Elektroofen der im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 genannten Art flexible Kabel zwischen dem Ofentransformator und dem Ofen vollständig entbehrlich zu machen und damit die ohmschen und induktiven Verluste noch weiter zu verringern. Die Hochstromverbindung zwischen dem Transformator und dem Elektroofen soll hierbei so ausgebildet sein, daß die erforderlichen Bewegungen des Ofens und seiner Zusatzeinrichtungen ausgeführt werden können. Insbesondere soll es ohne Unterbrechung der Stromversorgung möglich sein, die Elektrodenarme in der für den Betrieb des Ofens erforderlichen Höhe auf- und abwärts zu bewegen sowie eine erforderliche Kippbewegung des Ofens beispielsweise zum Abschlacken (maximal 15°) zuzulassen. Die Hochstromverbindung soll betriebssicher ausgebildet sein.

[0004] Die Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0005] Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird der elektrische Strom zwischen Ofentransformator und Elektrode über ein fest installiertes Hochstromleitersystem geführt, das an mindestens einer Stelle mechanisch trennbar ist. Die mechanische Trennstelle ist so ausgebildet, daß der elektrische Strom stets in den während des Schmelzprozesses erforderlichen Kippstellungen und Stellungen der Elektrodentragarme des _Elektroofens zugeführt werden kann. Bei mehrphasig betriebenen Elektroöfen verfügt jede Phase über ein eigenes fest installiertes Hochstromleitersystem. Es sind wenigstens zwei Kontaktstücke vorgesehen. Das eine enthält eine Kontaktfläche, das andere Kontaktstück ein Kontaktfeld aus einer Vielzahl von Kontaktelementen mit abgerundeten Spitzen, die im verbundenen Zustand der Kontaktstücke durch Federn gegen die Gleitfläche gedrückt werden.

[0006] Die Erfindung wird durch drei Ausführungsbeispiele anhand von sechs Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise im Schnitt einen Elektroofen einschließlich der Hochstromleiter;

Fig. 2 die im Leitersystem vorhandenen Gleitkontakte im Längsschnitt;

Fig. 3 den Querschnitt III-III von Fig. 2;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform von Gleitkontakten im Bereich der Hochstromleiter;

Fig. 5 den Querschnitt V-V von Fig. 4;

Fig. 6 teilweise im Schnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

[0007] In Fig. 1 ist der Axialschnitt eines Lichtbogenofens 1 mit einem kippbaren Ofengefäß 2 und einem ausschwenkbaren Deckel 3 dargestellt. Von oben ragen in das Ofengefäß 2 drei Elektroden, von denen in der Schnittansicht nach Fig. 1 nur zwei, nämlich die Elektroden 4 und 5, dargestellt sind. Diese sind in Elektrodenhalterungen 6 und 7 gehalten, die jeweils an Elektrodentragarmen 8, von denen nur ein einziger dargestellt ist, angebracht sind. Jeder der Elektrodentragarme ist an einem Hydraulikkolben 9 befestigt, der innerhalb eines Hydraulikzylinders 10 geführt ist und bis zu einer Position ausgefahren werden kann, bei der sich die Elektroden außerhalb des Ofens befinden. Mittels eines hydraulisch anhebbaren Hau^ptzapfens 11, der in das Lager 12 einer Tragkonstruktion 13 für den Deckel 3 eingeführt werden kann, läßt sich der Deckel anheben und ausschwenken. Die Stromversorgung der Elektroden 4 und 5 erfolgt über Hochstromleiter, die zum Teil als fest an den Elektrodentragarmen angebrachte Hochstromschienen 14 und 15 ausgebildet sind. Die Weiterführung des Hochstromleiters von der Hochstromschiene zur Transformatorenhauswand 16 und zum Transformator ist nur für die Hochstromschiene 15 dargestellt. Für die Hochstromschiene 14 und die der dritten Elektrode zugeordnete Hochstromschiene ist die Weiterführung zum Transformator entsprechend ausgebildet.

[0008] Um ohne Stromunterbrechung die notwendigen Hubbewegungen der Elektroden zuzulassen, ist mit dem am Elektrodentragarm 8 befestigten und elektrisch mit der Elektrode verbundenen Leiterabschnitt, nämlich mit der Hochstromschiene 15, ein erstes Kontaktstück 17 elektrisch verbunden, das eine sich parallel zur Hubbewegung des Elektrodentragarms angeordnete Kontaktfläche 18 aufweist. Diese wirkt mit einem Kontaktfeld 19 aus einer Vielzahl von Kontaktelementen 20 mit abgerundeten Spitzen eines zweiten Kontaktstückes 21 zusammen, das in fester räumlicher Beziehung zum Ofengefäß 2 steht. Die Unterkante 22 des ersten Kontaktstückes 17 liegt im hochgefahrenen Zustand des Elektrodentragarmes 8 höher als die Oberkante 23 des zweiten Kontaktstückes 21. Hierdurch ist sichergestellt, daß einerseits die während des Schmelzprozesses erforderlichen Hubbewegungen der Elektrode 4 ohne Unterbrechung des Stromes ausgeführt werden können und andererseits bei hochgefahrenem Elektrodentragarm in die oberste Position die Kontaktstücke 17 und 21 mechanisch vollständig entkoppelt sind, so daß die zum Chargieren des Ofens erforderliche Drehbewegung des Ofendeckels 3 unbehindert durchgeführt werden kann.

[0009] Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Kontaktstück 17 in Form eines Stabes ausgebildet, der parallel zur Achse des Führungsrohres 10 des Elektrodentragarms 8 verläuft und dessen oberer Bereich 24 elektrisch isoliert am Tragarm 8 so befestigt ist, daß durch Absenken des Elektrodentragarms aus dessen oberster Position der Stab 17 in eine der Querschnittsform dieses Stabes angepaßte Durchtrittsöffnung 25 des zweiten Kontaktstückes 21 einführbar ist. Damit das Einführen erleichtert wird, ist das untere Ende 26 des Stabes 17 angespitzt.

[0010] Bei dieser Ausführungsform ist die parallel zur Hubbewegung des Elektrodentragarms angeordnete Kontaktfläche 18 als Kreiszylinderfläche ausgebildet. Die parallel zur Hubbewegung des Elektrodentragarms verlaufende Kontaktfläche kann aber auch durch andere Querschnittsformen eines Zylinders realisiert werden, insbesondere durch ein stabförmiges Kontaktstück mit Vieleckquerschnitt, wobei nur eine der hierdurch gebildeten Seitenflächen als Kontaktfläche ausgebildet sein muß. Da das erste Kontaktstück 17 am Elektrodentragarm befestigt und seine Länge so gewählt ist, daß es in der obersten Position des Elektrodentragarmes vom Kontaktstück 21 gelöst ist, erfüllt der Elektrodentragarm die Funktion der Betätigungseinrichtung für den aus den beiden Kontaktstücken 17 und 21 bestehenden Kontakt. Eine gesonderte Betätigungseinrichtung wird dadurch überflüssig.

[0011] Das zweite Kontaktstück 21 enthält, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, eine Vielzahl von Kontaktbolzen 27 mit abgerundeten Spitzen 28, die im verbundenen Zustand der Kontaktstücke 17 und 21 federnd gegen die Kontaktfläche 18 drücken. Die Kontaktbolzen 27 sind in einer durch einen Deckel 29 verschließbaren Hülse 30 geführt, die einen Anschlag 31 für einen Bund 32 der Kontaktbolzen enthält, durch den der Kontaktbolzen in der Hülse zurückgehalten wird. Er wird mittels einer starken Druckfeder 33 bis zum Anschlag nach außen gedrückt. Damit ist einerseits sichergestellt, daß beim Absenken des Elektrodentragarmes 8 das stabförmige Kontaktstück 17 glatt in das durch die abgerundeten Spitzen der Kontaktbolzen 27 gebildete Kontaktfeld 19 eintreten kann und daß unter Berücksichtigung der üblichen Toleranzen die Spitzen der Kontaktbolzen mit einer ausreichenden Kraft gegen die Kontaktfläche 18 gedrückt werden, um den auf die Spitzen aufgeteilten elektrischen Strom in diese einzuleiten.

[0012] Die Hülsen 30 für die Kontaktbolzen 27 bestehen ebenso wie die Kontaktbolzen und die Federn 30 aus elektrisch gut leitendem Materia.l und sind in einer elektrisch gut leitenden hohlzylindrischen Halterung 34 sowohl längs des Umfangs (siehe Fig. 3) als auch in axialer Richtung (siehe Fig. 2) verteilt angeordnet und befestigt. Die Halterung 34 ist durch ein elektrisch leitendes topfförmiges Teil 35 mit Rechteckquerschnitt abgekapselt und über Isolierteile 36 bis 38 elektrisch isoliert an einem mit dem Führungsrohr 10 verbundenen Arm 39 befestigt. Selbstverständlich müssen diese Teile so angeordnet werden, daß das durch die Spitzen der Kontaktbolzen gebildete Kontaktfeld ebenfalls parallel zur Hubbewegung des Elektrodentragarms verläuft.

[0013] Bei verbundenen Kontaktteilen 17 und 19 ist im übrigen das Kontaktfeld durch Gleithülsen 40 und 41 aus Kunststoffmaterial staubdicht abgekapselt. Zur Wärmeabfuhr dient eine Flüssigkeitskühlung innerhalb des stabförmigen Kontaktstückes. Die Kühlflüssigkeit wird von oben durch ein zentrales Rohr 42 zugeleitet und durch den Ringspalt zwischen diesem Rohr und der Außenwandung des zu diesem Zweck oder aus Gewichtsgründen rohrförmig ausgebildeten Kontaktstückes 17 wieder zurückgeleitet. Es können auch weitere Teile der Hochstromleiter flüssigkeitsgekühlt sein.

[0014] Die bisher beschriebene Vorrichtung ist geeignet, den Elektrodenstrom während der beim Schmelzprozess erforderlichen Auf- und Abwärtsbewegungen der Elektrode über den aus den beiden Kontaktstücken 17 und 21 gebildeten Kontakt zu leiten. Bei kippbaren öfen besteht draüberhinaus die Forderung, auch bei Kippbewegungen bis zu 15°, die zum Beispiel für das Abschlacken erforderlich sind, den Elektrodenstrom zuzuführen. Zu diesem Zweck ist neben dem ersten Kontaktstück 17 und dem zweiten Kontaktstück 21 noch ein ortsfestes drittes Kontaktstück 43 vorgesehen, das elektrisch mit dem vom Transformator herbeigeführten Stromversorgungsanschluß 44 verbunden ist. Das ortsfeste dritte Kontaktstück 43 enthält in einer zur Kippbewegung des Ofengefäßes 2 parallelen Ebene eine Kontaktfläche 45 und das zweite Kontaktstück 21 weist eine Außenseite auf, die in Form eines Kontaktfeldes aus einer Vielzahl von Kontaktelementen 47 gebildet ist, die mit ihren Spitzen dauernd mit der Kontaktfläche 45 des dritten Kontaktstückes 43 in Berührung stehen. Die Kontaktelemente 47 sind in ähnlicher Weise wie die Kontaktelemente 20 in eine aus einer Rechteckplatte bestehende Halterung 48 aus elektrisch gut leitendem Material eingesetzt. Bei einer Kippbewegung des Ofengefäßes 2 zum Abschlacken macht das Führungsrohr 10 diese Kippbewegung mit und damit auch das in fester räumlicher Beziehung hierzu stehende zweite Kontaktstück 21. Bei dieser Bewegung gleiten die Spitzen des Kontaktfeldes 46 auf der Kontaktfläche 45 des dritten Kontaktstückes, so daß während dieser Kippbewegung der Elektrodenstrom übertragen werden kann. Zum Schutz vor Staubeinwirkung sind die Kontaktfläche 45 und das Kontaktfeld 46 in einem Gehäuse 49 untergebracht, das einen Ausschnitt 50 aufweist, der die Winkelbewegung des zweiten Kontaktstückes 21 berücksichtigt. Zur besseren Abdichtung ist ein rings um das Kontaktstück 21 verlaufender, gegenüber diesem isolierter Flansch 51 vorgesehen, der sich in Bewegungsrichtung des Kontaktstückes 21 soweit erstreckt, daß stets eine Abdichtung gewährleistet ist.

[0015] Mit 52 ist ein elektrisch leitendes Basisteil des Kontaktstückes 43 und mit 53 und 54 sind Isolierteile bezeichnet, über die das Kontaktstück 43 mit der Transformatorenhauswand verbunden ist.

[0016] Die Kippbewegung des Ofens ist in der Regel eine Bewegung in einer Ebene längs einer gekrümmten Linie. Eine parallele Bewegung zur Kippbewegung des Ofengefäßes kann demnach entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1 eine senkrechte Ebene sein, sie kann aber auch eine hierzu um 90° versetzte gekrümmte Fläche sein. Eine Ausführungsform mit einer solchen gekrümmten Fläche ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt.

[0017] Der aus dem ersten Kontaktstück 17a und dem zweiten Kontaktstück 21a gebildete Gleitkontakt entspricht im wesentlichen der Ausführung nach den Fig. 1 bis 3, so daß sich insoweit eine Beschreibung erübrigt. Als elektrisch mit dem Stromversorgungsanschluß 44a verbundenes ortsfestes drittes Kontaktstück 43a dient hier aber ein Kontaktstück mit einer waagrechten Kontaktfläche 45a, die senkrecht zur Papierebene gekrümmt ist, wie dies Fig. 5 zeigt. Die Krümmung der Kontaktfläche verläuft parallel zur Kippbewegung des Ofengefäßes 2. Damit wird ein an einer Außenseite des zweiten Kontaktstückes 21a angebrachtes Kontaktfeld 46a aus einer Vielzahl von Kontaktelementen während der Kippbewegung des Ofengefäßes längs der Kontaktfläche 45a bewegt und hierbei über die federnd gegen die Kontaktfläche gedrückten Kontaktbolzen die Stromverbindung aufrecht erhalten. Die Kontaktbolzen befinden sich hier ebenfalls in Kontakthülsen, die in einer an der Außenseite des Kontaktstückes 21a befestigten Halterung 48a eingesetzt sind. Die Halterung 48a trägt eine Laufrolle 55, die auf einer zur Kontaktfläche 45a parallelen Führungsbahn 56 läuft, die durch einen an der Mastwand 16a befestigten Arm 57 gebildet ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist der aus der Kontaktfläche 45a und dem Kontaktfeld 46a gebildete Gleitkontakt staubdicht abgekapselt.

[0018] Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von den bisher beschriebenen _Ausfüh- rungsformen dadurch, daß das zweite Kontaktstück 21b nicht an der Hebevorrichtung des zugehörigen Elektrodentragarmes 8, sondern an der Transformatorenhauswand 16 der Ofenanlage befestigt ist und seine Gleitfläche 58 parallel zur Hub- und zur Schwenkbewegung des Elektrodentragarms 8 verläuft. Das erste Kontaktstück 17b ist an einen bis zum zweiten Kontaktstück 21b reichenden Arm 59 befestigt, der wiederum mit der Hochstromschiene 15 mechanisch und elektrisch in Verbindung steht. Damit ist die Gleitverbindung zwischen den Kontakten 17b und 21b in der Lage, den Elektrodenstrom sowohl während der Auf-und Abwärtsbewegung der Elektroden als auch während der Kippbewegung des Ofens zum Abschlacken zu übertragen. Selbstverständlich muß die Gleitfläche 58 in Form und Größe so ausgebildet sein, daß sie während dieser Bewegungen einen Kontakt zwischen den beiden Kontaktstücken herstellt. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen können entsprechende Maßnahmen zur staubdichten Abkapselung vorgesehen werden.

[0019] Bei den Gleitkontakten der beschriebenen Ausführungsformen können-im Prinzip die Kontaktfläche und das Kontaktfeld vertauscht werden. Es muß allerdings dafür gesorgt werden, daß sich die Kontaktfläche über den gesamten Bereich der Bewegung erstreckt, innerhalb der Strom übertragen werden soll.

[0020] Als Werkstoffe für die stromführenden Teile sind Kupfer oder Kupferbasislegierungen geeignet. Für die Spitzen der Kontaktbolzen sowie für die Kontaktfläche eignen sich Kupferlegierungen aus Kupfer und Vanadium, Zirkonium, Chrom, Molybdän oder Wolfram, die eine entsprechende Härte und Abriebfestigkeit haben.

Ansprüche

1. Mittels Gleichstrom oder Wechselstrom über Hochstromleiter gespeister Elektroofen, insbesondere Lichtbogenofen, mit

a) wenigstens einem anhebbaren und absenkbaren Tragarm für eine Elektrode,

b) einem elektrisch mit der Elektrode verbundenen ersten Leiterabschnitt, der am Elektrodentragarm befestigt ist und in räumlich fester Zuordnung zu diesem ein erstes Kontaktstück enthält,

c) einem mit einem ortsfesten Stromversorgungsanschluß für die Elektrode verbundenen zweiten Leiterabschnitt, der ein zweites Kontaktstück enthält, und

d) einer Betätigungseinrichtung, durch die die beiden Kontaktstücke elektrisch und mechanisch miteinander verbindbar und voneinander trennbar sind,
dadurch gekennzeichnet , daß

e) eines der beiden Kontaktstücke (17) eine sich parallel zur Hub- und/oder Kippbewegung des Elektrodentragarms (8) angeordnete Kontaktfläche (18) und das andere Kontaktstück (21) ein Kontaktfeld (19) aus einer Vielzahl von Kontaktelementen (20) mit abgerundeten Spitzen (28) enthält, die in verbundenem Zustand der Kontaktstücke federnd gegen die Kontaktfläche drücken,

f) das zweite Kontaktstück (21) in fester räumlicher Beziehung zum Ofengefäß (2) oder zum Stromversorgungsanschluß (44) steht und

g) die Unterkante (22) des ersten Kontaktstückes (17) im hochgefahrenen Zustand des Elektrodentragarmes (8) höher als die Oberkante (23) des zweiten Kontaktstückes (21) liegt.

2, Elektroofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Kontaktstück an der Transformatorenhauswand der Ofenanlage befestigt ist und seine Gleitfläche bzw. die durch die abgerundeten Spitzen der Kontaktbolzen des Kontaktfeldes gebildete Ebene parallel zur Hub- und/oder zur Schwenkbewegung des Elektrodentragarms verläuft.

3. Elektroofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Kontaktstück an einem bis zum zweiten Kontaktstück reichenden Arm des ersten Leiterabschnittes befestigt ist.

4. Elektroofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Kontaktstück (21) an der Hebevorrichtung, vorzugsweise am Führungsrohr (10) des Elektrodentragarms (8), befestigt ist.

5. Elektroofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Kontaktstück (17) in Form eines Stabes ausgebildet ist, der parallel zur Achse des Führungsrohres (10) des Elektrodentragarms (8) verläuft und dessen oberer Bereich elektrisch isoliert am Tragarm so befestigt ist, daß durch Absenken des Elektrodentragarms aus dessen oberster Position der Stab in eine der Querschnittsform dieses Stabes angepaßte Durchtrittsöffnung (25) des zweiten Kontaktstückes (21) einführbar ist.

6. Elektroofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das untere Ende (26) des Stabes (17) angespitzt ist.

7. Elektroofen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Kontaktstück (17) mit einer als Kontaktfläche (18) dienenden zylindrischen Außenfläche und die Innenseite der Durchtrittsöffnung (25) des zweiten Kontaktstückes (21) in Form eines zugehörigen Kontaktfeldes (19) aus einer Vielzahl von Kontaktelementen (20) ausgebildet ist.

8. Elektroofen nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein elektrisch mit dem Stromversorgungsanschluß (44) verbundenes ortsfestes drittes Kontaktstück (43, 43a) vorgesehen ist, das parallel zur Kippbewegung des Ofengefäßes (2) eine Kontaktfläche bzw. ein Kontaktfeld aus einer Vielzahl von Kontaktelementen (47) enthält, und daß das zweite Kontaktstück (21) eine Außenseite (48) aufweist, die in Form eines Kontaktfeldes (46) bzw. einer Kontaktfläche ausgebildet ist und mit der gegenüber liegenden Fläche des dritten Kontaktstückes dauernd in Berührung steht.

9. Elektroofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktfläche (45) bzw. das Kontaktfeld des dritten Kontaktstückes (43) in einer senkrechten Ebene parallel zur Kippbewegung des Ofengefäßes verläuft.

10. Elektroofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktfläche (45a) bzw. das Kontaktfeld des dritten Kontaktstückes (43a) waagrecht und mit einer der Kippbewegung des Ofengefäßes entsprechenden Krümmung verläuft.

11. Elektroofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktfläche und das Kontaktfeld der Kontaktelemente weitgehend staubdicht abgekapselt sind.

Zeichnung