Elektrode für Lichtbogenöfen

Abstract

 Elektrode für Lichtbogenöfen, insbesondere für die Elektrostahlerzeugung unter Mitverwendung von Schrott, aus einem auftrennbaren oberen Abschnitt (5) aus Metall und einem ersetzbaren unteren Abschnitt (6) aus sich gegebenenfalls nur langsam verbrauchendem Material, die eine im wesentlichen zylindrische Form aufweisen und durch einen Schraubnippel (1) oder dergleichen miteinander verbunden sind, wobei der obere Abschnitt eine Flüssigkeits-Kühlemreichung mit einem Vorlaufkanal (2) und einem Rücklaufkanal (3) aufweist, wobei ein innere Teil (16) und ein äußerer Teil (17) des oberen Abschnitts voneinander derart losbar ausgebildet sind, daß der innere Teil (16) die Flüssigkeitsfuhrungskammer mit Vorlauf- und Rücklaufkanal (2,31 enthält, und der äußere Teil (17) den inneren Teil (16) gegebenenfalls nur in einem Teilabschnitt ummantelt. Die Elektroden weisen eine sichere Kühlmittelführung auf, sind wartungsfreundlich und im Falle auftretender mechanischer Beschädigung unter Minimierung von Elektrodenstillstandszeiten einfach reparierbar.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Lichtbogenöfen aus einem auftrennbaren oberen Abschnitt aus Metall und einem ersetzbaren unteren Abschnitt aus sich verbrauchendem bzw. nur langsam sich verbrauchendem Material, die eine im wesentlichen zylindrische Form aufweisen und durch einen Schraubnippel oder der^gl. miteinander verbunden sind, wobei der obere Abschnitt eine Flüssigkeits-Kühleinrichtung mit einem Vorlaufkanal und einem Rücklaufkanal aufweist.

[0002] Elektroden dieser Art, wie sie beispielsweise durch die DE-AS 27 39 483 bekannt sind, besitzen gegenüber üblichen Kohleelektroden den Vorzug, daß nur die Elektrodenspitze verbrauchbar ist und ausgewechselt werden muß. Dagegen kann der verbleibende Elektrodenteil, nämlich die flüssigkeitsgekühlte Elektrodenhalterung über einen längeren Zeitraum verwendet werden.

[0003] Elektroden diesen Typs sind bei ihrem Einsatz in einem Lichtbogenofen, insbesondere einem, bei dem Schrott eingeschmolzen wird, erheblichen Beanspruchungen ausgesetzt. Bereits beim Einfahren der Elektrode in den Ofen können sich Beschädigungen der Elektrode, z.B. im Bereich der hochtemperaturbeständigen Beschichtung oder im flüssigkeitsgekühlten oberen Teil der Elektrode ergeben. Darüber hinaus besteht die Gefahr von Lichtbogenüberschlägen zwischen dem den elektrischen Strom leitenden oberen Metallschaft, in dem die Kühlflüssigkeit geführt ist und dem metallischen Einsatz des Lichtbogenofens. Darüber hinaus ergeben sich durch das Einrutschen von Schrotteilen in die Schmelze mechanische Beanspruchungen, wobei solche und andere Störungen zum Elektrodenausfall, zu Wassereinbrüchen in den Lichtbogenofen durch Austritt der Kühlflüssigkeit und Explosionen führen können.

[0004] Diesen Gefahren sind im besonderen Ausmaß solche flüssigkeitsgekühlten Lichtbogenelektroden ausgesetzt, bei denen auch die Elektrodenspitze aus nicht-verbrauchbarem Material, sondern aus flüssigkeitsgekühltem Metall ausgebildet ist. Elektroden dieses Typs sind beispielsweise aus der DE-OS 1 565 208 und der US-PS 3 689 740 bekannt geworden, wobei der Lichtbogen mittels Magnetfeldern mit ausreichender Geschwindigkeit über die Elektrodenspitze geführt wird. Solche Elektroden konnten sich durch die Kurzschlußgefahr beim Einfahren der Elektroden oder durch die Neigung zu Beschädigungen beim Einschmelzen der Charge bislang nicht in Lichtbogenöfen, in denen Schrott miteingeschmolzen wird, durchsetzen.

[0005] Es ist daher z.B. in der GB-PS 1 223 162 der Einsatz von flüssigkeitsgekühlten Metallschäften mit Verbrauchsteil vorgeschlagen worden, wobei der Metallschaft mit einem keramischen Schutzüberzug versehen ist. Auch in der BE-PS 867 876 ist eine solche Elektrode beschrieben, bei der die Wasserführungsrohre in einer Masse aus feuerfestem Material eingebettet sind.

[0006] In der europäischen Patentanmeldung 79302809.3ist eine ebenfalls keramisch geschützte Elektrode beschrieben, bei der die Flüssigkeitskühlung zentral im Metallschaft verläuft. In diesem sind zur zusätzlichen Sicherung Graphitstäbe eingeschoben, deren Bruch oder Erosion durch den Druck von Gas kontrolliert werden kann, das diese Stäbe umströmt. Wenngleich durch solche Ausbildung des Metallschaftes die Kontrolle mechanischer Beschädigungen erleichtert ist, ist die Elektrode konstruktiv insgesamt relativ aufwendig und tatsächlich auftretende mechanische Beschädigungen des Metallschaftes können nur unter erheblichem Aufwand nach Herausnahme der gesamten Elektrode behoben werden.

[0007] In der DE-AS 27 39 483 ist ebenfalls eine Elektrode des eingangs genannten Typs beschrieben, bei der die Flüssigkeitskühlung u.a. durch direkt an der Außenwandung geführte Ringkanäle sichergestellt ist.Dabei ist Wert darauf gelegt, daß der Flüssigkeitsrücklauf unmittelbar an der äußeren Mantellinie des Metallschaftes angrenzt, so daß die Außenwandung des Metallschaftes gleichzeitig die Innenwandung des Rücklaufkanals darstellt. Zur Erleichterung von Wartungsarbeiten und Überprüfungen ist es schließlich möglich, den gesamten inneren Teil aus dem äußeren Teil des oberen Abschnittes herauszunehmen. Hierzu ist es erforderlich, die Schraubbolzen eines Ringflansches zu lösen und nach Beendigung der Flüssigkeitszuführung und Entleerung des Kühlungssystemes die innere Struktur auszuheben. Die Elektrode erlaubt jedoch im Falle auftretender Beschädigungen im Bereich des oberen Abschnittes noch keine schnelle, relativ einfache Reparaturmöglichkeit.Auch führt eine mechanische Beschädigung des oberen Abschnittes oder auch durch Kurzschluß aufgrund der außenliegenden Ringkanäle sowie Rückführleitungen direkt zu Wassereinbrüchen und gegebenenfalls den hiermit verbundenen Explosionen.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sicher arbeitende, wartungsfreundliche und weniger störanfällige Elektrode zu schaffen. Sie soll insbesondere leicht montierbar oder zur Überprüfung demontierbar sein. Im Falle auftretender mechanischer Beschädigungen der Elektrode soll ein Austritt der Kühlungsflüssigkeit vermieden und eine rasche, einfache Reparatur unter Minimierung der Stillstandszeiten möglich sein.

[0009] Diese Aufgabe wird durch eine Elektrode des eingangs genannten Typs gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein innerer Teil und ein äußerer Teil des oberen Abschnitts voneinander derart lösbar ausgebildet sind, daß der innere Teil die Flüssigkeitsführungskammer mit Vorlauf- und Rücklaufkanal enthält, und der äußere Teil den inneren Teil gegebenenfalls nur in einem Teilabschnitt ummantelt.

[0010] Der äußere Teil stellt die Anschlußelektrode dar und kann aus dem gleichen Metall bzw. Metallegierung bestehen wie der innere Teil. In dem äußeren Teil können Kühlbohrungen oder dergleichen eingebracht sein. Desweiteren ist es auch möglich, im äußeren Teil Halterungsbohrungen, z.B. zur Führung und Lagerung von darunter liegenden isolierenden Schutzschichten, vorzusehen.

[0011] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist der innere Teil lediglich in einem Teilbereich von dem äußeren Teil ummantelt, so daß der Metallschaft insgesamt aus einem oben liegenden Bereich größeren und einem unten liegenden Bereich geringeren Durchmessers gebildet sein kann. Bei einer derartigen Elektrode kann der innere Teil durch eine hochtemperaturbeständige Isolierschicht geschützt sein, die sich z.B. mit Vorteil an den äußeren Teil nach unten anschließt und sich bis in die Nähe des Schraubnippels oder dergleichen oder darüber hinaus bis zu einer, im Regelfall kleinen Teil- überdeckung des Verbrauchsteiles erstreckt. Die hochtemperaturbeständige Isolierschicht kann aus keramischem Material, aber auch aus mit keramischem Material gecoatetem Graphit bestehen. Mit besonderem Vorteil kann die Isolierschicht aus einem massiven Formteil, z.B. einem gecoateten Graphiteinzelrohr oder einer Serie von Teilsegmenten, die sich z.B. nach dem Feder-Nut-System in einem Gegenlager selbständig halten können und in Richtung der Elektrodenachse beweglich sind, bestehen.

[0012] Bei der bevorzugten Elektrodenausführung, bei der der innere Teil in einem oberen Teilbereich, insbesondere im Bereich der seitlichen Stromzuführung, ummantelt ist, ist es im allgemeinen nicht erforderlich, den äußeren Teil zusätzlich mit einer keramischen, isolierenden Beschichtung zu überziehen. Dies wird allerdings von der jeweiligen Bemessung der Höhe des äußeren Teils in Relation zu dem inneren Teil abhängig sein und kann je nach Einsatz und Zweck der Elektrode entsprechend bestimmt werden.

[0013] Der innere Teil der Elektrode ist bis in die Nippelverbindung geführt, mit der der
obere Abschnitt aus Metall und der verbrauchbare untere Abschnitt verbunden sind. Die Flüssigkeitskühleinrichtung des inneren Teils, die in diesem axial verläuft, wird mit Vorteil bis in den Schraubnippel selbst eingeführt, da dieser, je nach eingesetztem Material, besonderer Hitzebeanspruchung ausgesetzt sein kann.

[0014] Die Verbindung von innerem und äußerem Teil kann auf mehrfache Weise erfolgen. Dabei liegt die Verbindungslinie im Regelfall parallel zur Elektrodenachse. Beispielsweise kann die lösbare Verbindung durch ein Gewinde oder durch entsprechende Einpassung der Teile erfolgt sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn der innere Teil !als Einpaßstück in Kegel- oder Konusform ausgebildet ist, _'wobei der äußere und innere Teil gegebenenfalls in einem Teilbereich zusätzlich ein Gewinde aufweisen können.

[0015] An den äußeren Teil können Anschlußbacken, z.B. über Taschen oder Halterungen befestigt sein, mit denen die Stromzuführung für die Elektrode in Verbindung steht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an dem äußeren Teil Taschen befestigt, in denen Graphitplatten oder -segmente zur Stromzuführung eingebracht sind.

[0016] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Elektrode werden eine Reihe von Vorteilen erzielt. Durch die im inneren Teil geführte Wasserführung bleibt diese auch bei mechanischer Beschädigung des äußeren Teiles intakt. Es ist deshalb bei einer Beschädigung des Außenbereiches des oberen Abschnittes nicht erforderlich, die Kühlflüssigkeitszufuhr zu stoppen, die Elektrode zu entleeren etc. Durch die einfache Ablösbarkeit des äußeren Abschnittes kann dieser im Falle einer Beschädigung als Bauteil leicht ausgewechselt werden, während die herkömmlichen Konstruktionen eine vollständige Reparatur des Metallschaftes bzw. dessen Austausch erfordern. Durch die seitliche Stromzuführung, z.B. über Graphitkontaktbacken bzw. -segmente, die z.B. in Haltetaschen angefügt sind, ist es bei Störungen im Bereich der innen liegenden Flüssigkeitsführung nicht erforderlich, die Elektrode als Ganzes aus der Kontaktschiene auszuführen, da lediglich der Innenteil ausgelöst werden kann. Durch die Ausbildung des oberen Bereiches in einen Abschnitt größeren und einen Abschnitt kleineren Durchmessers läßt sich die hochtemperaturbeständige, isolierende Schutzschicht in besonders kompakter und zweckmäßiger Form anschließen, wobei es dann z.B. nicht erforderlich sein muß, den äußeren Teil,wenn dieser auf den Bereich der Stromzuführung beschränkt ist, zusätzlich isolierend zu schützen.

[0017] Die Erfindung wird weiter in den nachstehenden Figuren veranschaulicht, in denen für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Wenngleich die Figuren bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrode darstellen, ist diese nicht hierauf beschränkt. Es zeigen:

Figur 1 einen Längschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode;

Figur 2 einen Längsschnitt durch den oberen Teil einer Elektrode mit alternativem oberen Abschnitt, wobei die Elektrode im Bereich der Isolierung geschnitten ist;

Figur 3 einen Längschnitt durch den oberen Teil einer Elektrode mit alternativem oberen Abschnitt, wobei die Elektrode im Bereich der Isolierung geschnitten ist, und

Figur,4 einen Querschnitt durch den oberen Abschnitt der Elektrode.

[0018] Aus Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau der Elektrode aus dem oberen Abschnitt 5 und unteren Abschnitt 6, die durch einen Schraubnippel 1 verbunden sind, ersichtlich. Die Zuführung des Kühlmittels erfolgt über einen zentralen Vorlaufkanal 2, wobei die Kühlflüssigkeit über die Rücklaufkanäle 3 wieder ausgeführt wird. Aus den Figuren ist gut ersichtlich, daß das Kühlsystem im inneren Teil 16 geführt ist, auf das der äußere Teil 17'aufgesetzt ist.

[0019] Insbesondere aus den Figuren 2 und 3 sind einige der bevorzugten Verbindungsmöglichkeiten von innerem Teil 16 und äußerem Teil 17 als Einpaßstück., gegebenenfalls zusätzlich mit Teilgewinde,ersichtlich. Über Bohrungen 8 können Stifte 9 oder dergleichen geführt sein, die über die Feder 10 die isolierende Beschichtung 4 auf einem Gegenlager 7 halten. Das Isolierteil kann zusätzlich durch Halterungen 14 befestigt sein. Im äußeren Teil sind Kühlbohrungen 15 gezeigt, während außen Anschlußbacken18, z.B. aus Graphit gezeigt sind. Diese können in Halterungen oder Taschen 19, die am Außenrand des Metallschaftes befestigt sind, gehalten werden.

Ansprüche

1. Elektrode für Lichtbogenöfen aus einem auftrennbaren oberen Abschnitt (5) aus Metall und einem ersetzbaren unteren Abschnitt (6) aus sich verbrauchendem bzw. nur changsam sich verbrauchendem Material, die eine im wesentlichen zylindrische Form aufweisen und durch einen Schraubnippel oder dergl. miteinander verbunden sind, wobei der obere Abschnitt eine Flüssigkeits-Kühleinrichtung mit einem Vorlaufkanal (2) und einem Rücklaufkanal (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß ein innerer Teil (16) und ein äußerer Teil (17) des oberen Abschnitts voneinander derart lösbar ausgebildet sind, daß der innere Teil (16) die Flüssigkeitsführungskammer mit Vorlauf- und Rücklaufkanal (2,3) enthält, und der äußere Teil (17) den inneren Teil (16) gegebenenfalls nur in einem Teilabschnitt ummantelt.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Teil (17) die Anschlußelektrode darstellt.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Teil (17) Kühlbohrungen (15) und/oder Halterungsbohrungen (8) aufweist.

4. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil (16) nur in seinem oberen Bereich von dem äußeren Teil (17) ummantelt ist.

5. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil (16) in seinem unteren Bereich durch eine hochtemperaturbeständige Isolierschicht (4) geschützt ist.

6. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil (16) bis in einen Schraubnippel (1) reicht, mit dem der obere Abschnitt (5) aus Metall und der untere Abschnitt (6) verbunden sind.

7. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung des inneren Teils (16) und des äußeren Teils (17) in der Elektrodenachse liegt, und durch ein Gewinde oder durch entsprechende Einpassung bewirkt ist.

8. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung des inneren Teils (16) und des äußeren Teils (17) durch Einpassung in Kegel-oder Konusform gebildet ist, wobei gegebenenfalls der äußere und innere Teil (16, 17) in einem Teilbereich zusätzlich ein Gewinde aufweisen können.

9. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß an dem äußeren Teil (17) Anschlußbacken (13), die vorzugsweise aus Graphit bestehen, über Taschen bzw. Halterungen (19) befestigt sind.

10. Elektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskühleinrichtung des inneren Teils (16) bis in den Schraubnippel (1) eingeführt ist.

Zeichnung