HOCHSTROMKABEL SOWIE EINSPEISEVORRICHTUNG FÜR ELEKTRISCH BETRIEBENE ÖFEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Hochstromkabel zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines Elektrodentragarms eines elektrisch betriebenen Ofens für Elektroschlacke-Umschmelzverfahren und Reduktionsöfen, mit

• einem Hochstromleiter,
• einer isolierenden, den Hochstromleiter umgebenden Ummantelung und
• einem an mindestens einem Kabelende mit dem Hochstromleiter verbundenen Kabelkopf.

[0002] Ferner betrifft die Erfindung eine Einspeisevorrichtung für elektrisch betriebene Öfen für Elektroschlacke-Umschmelzverfahren und Reduktionsöfen.

[0003] Hochstromkabel sind in vielfältiger Ausgestaltung aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei werden entsprechende Hochstromkabel insbesondere dazu verwendet, die Sekundärseite eines Transformators einer entsprechenden Hochstromanlage mit einer Elektrode bzw. einem Tragarm für eine Elektrode eines Pfannen- oder Lichtbogenofens oder einem anderen mit Starkstrom betriebenen Bauteil zu verbinden. Kleinere Pfannenöfen weisen typischerweise drei Phasen auf und sind mit zwei Hochstromkabeln pro Phase angeschlossen. Bei größeren Öfen werden gewöhnlich sogar vier oder mehr Hochstromkabel pro Phase verwendet.

[0004] Die aus dem Stand der Technik bekannten Hochstromkabel der genannten Art weisen in der Regel aufgrund der guten Leitfähigkeit und Verformbarkeit einen Leiter aus Kupfer oder einer Kupferlegierung auf. Auch der Kabelkopf sowie auch der Elektrodentragarm sind zumindest teilweise aus Kupfer oder einer entsprechenden Legierung ausgebildet.

[0005] Nachteilig hierbei ist zum einen das vergleichsweise hohe Gewicht, was mit einer erschwerten Handhabung der vergleichsweise massigen Kabel einhergeht und aufgrund der hohen Zugkräfte zu einer erhöhten Verschleißanfälligkeit der schweren, freihängenden Kabel besonders an den Kopfenden führt.

[0006] Zudem machen insbesondere aber die steigenden Kupfer-Preise die Erschließung neuer Möglichkeiten von alternativen Leitermaterialien speziell auch für materialintensive Anwendungen, wie Energieeinspeisevorrichtungen für Lichtbogenöfen, wünschenswert.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochstromkabel zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines Elektrodentragarms eines Lichtbogenofens bereitzustellen, das eine gute Leitfähigkeit aufweist, aber dennoch stabil und kostengünstig herzustellen ist.

[0008] Das Dokument FR 1336823 offenbart ein elektrisch leitender Elektrodentragarm aus einem Leichtmetall, der in Längsrichtung mit Kühlmittelleitungen versehen ist. Der Elektrodentragarm ist an dem der Elektrode abgewandten Ende seitlich mittels Metallplatten versehen. Zur elektrischen Kontaktierung des Elektrodentragarms sind Hochstromkabel aus Aluminium vorgesehen, die entweder direkt an die Platten gelötet oder in an den Platten angeordneten Anschlusshülsen aufgenommen sind.

[0009] Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0010] Gemäß der Erfindung weist das mit einer isolierenden Ummantelung umgebende Hochstromkabel zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines Elektrodentragarms eines Lichtbogenofens einen Hochstromleiter aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf. Auch ein an mindestens einem Kabelende mit dem Hochstromleiter verbundener Kabelkopf ist erfindungsgemäß aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet.

[0011] Wenngleich Aluminium im Vergleich zu Kupfer den Strom weniger gut leitet, ist Aluminium wesentlich leichter und zudem kostengünstiger. Um die erforderliche Leitfähigkeit zu erreichen, ist mit dem Übergang vom Kupferleiter auf einen Aluminiumleiter daher zwar eine Querschnittserhöhung des Hochstromkabels erforderlich. Aufgrund des wesentlich geringeren spezifischen Gewichts von Aluminium zeichnet sich das erfindungsgemäße Hochstromkabel dennoch durch ein geringes Gesamtgewicht aus. Neben einer vereinfachten Handhabung führt dieser Faktor zu einer Verringerung der Zugkräfte des Kabels an den Kopfenden, woraus eine verbesserte Dauerstandfestigkeit der Hochstromleitung resultiert. Auch preislich ist das Hochstromkabel mit Aluminiumleiter dem Kupferkabel überlegen.

[0012] Zudem trägt auch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kabelkopfes aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung maßgeblich zur Verringerung der Verschleißanfälligkeit bei. So wird bei der Verbindung zwischen Kabelende und Kabelkopf auf eine Paarung von Metallen unterschiedlicher Elektronegativitäten bewusst verzichtet und damit vorteilhaft eine elektrochemische Kontaktkorrosion vermieden.

[0013] Unter einem Hochstromkabel wird grundsätzlich jedes Kabel verstanden, das geeignet ist, einen Starkstrom zu leiten. Dabei kann das Hochstromkabel zunächst in beliebiger Weise ausgestaltet sein. So kann das Hochstromkabel aus nur einem elektrischen Leitungselement gebildet sein. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Hochstromleiter jedoch mindestens zwei oder mehrere Einzelleiter auf, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sind.

[0014] Grundsätzlich kann der Hochstromleiter oder die Einzelleiter, eine beliebige Form und insbesondere einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Bevorzugt sind der Hochstromleiter oder die Einzelleiter jedoch mit einem runden Querschnitt ausgebildet. Dabei weist der Hochstromleiter in Summe einen Querschnitt von 100 bis 7.500 mm², bevorzugt 1.000 bis 6.000 mm² und/oder die Einzelleiter einen Querschnitt von 10 bis 1.000 mm², bevorzugt von 100 bis 600 mm² auf.

[0015] Die Einzelleiter können beliebig zueinander angeordnet sein. Sie können aneinander anliegen und/oder verdrillt sein oder voneinander beabstandet angeordnet sein. Bevorzugt ist jeder Einzelleiter von einer koaxial angeordneten Ummantelung umgeben, wobei die Ummantelung aus einem beliebigen, den Strom nicht leitenden Material oder Materialverbund, insbesondere einem Kunststoff, einer Kautschukverbindung oder einem Lack ausgebildet ist. Die Ummantelung dient u. a. zur Beabstandung der Einzelleiter voneinander und reduziert deren Reibung aneinander.

[0016] Das Hochstromkabel kann ungekühlt, also ohne ein den Leiter umgebendes Kühlmedium, eingesetzt werden. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Kabel gekühlt, insbesondere flüssigkeitsgekühlt. Dabei ist der Hochstromleiter innerhalb einer in der Ummantelung angeordneten Kühlflüssigkeit angeordnet. Als Kühlflüssigkeit können beliebige Fluide oder Fluidgemische verwendet werden, die eine verbesserte Wärmeabfuhr gewährleisten. Ferner können die Fluide auch mit Additiven, beispielsweise mit Korrosionsschutzadditiven versehen sein.

[0017] Bei dem erfindungsgemäßen Hochstromkabel kann die Anbindung des mindestens einen Kabelendes des Hochstromleiters an einen Kabelkopf beliebig erfolgen. So kann die Verbindung stoffschlüssig, beispielsweise durch Verlöten oder Verschweißen erfolgen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Kabelkopf mit dem Hochstromleiter kraftschlüssig verbunden und weiter bevorzugt verpresst. In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann auch die Ummantelung in Verpressung miteinbezogen sein. Im Falle eines flüssigkeitsgekühlten Hochstromkabels wird die Ummantelung im verpressten Bereich zudem gegen ein Austreten der Kühlflüssigkeit abgedichtet.

[0018] Im laufenden Betrieb folgt das Hochstromkabel dem Senken, Heben und Verschwenken des Elektrodentragarms. Dadurch ist insbesondere auch der Verbindungsabschnitt zwischen Hochstromleiter und Kabelkopf starken Zug-, Stauch- und Torsionsbeanspruchungen ausgesetzt.

[0019] Um diesen Beanspruchungen gerecht zu werden, wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen Hochstromleiter und Kabelkopf gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung durch eine form- und/oder stoffschlüssige Verbindung verstärkt.

[0020] In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kabelkopf dazu in Richtung auf den Hochstromleiter vorstehende Vorsprünge auf, die weiter bevorzugt durch Dorne und/oder Ringe gebildet sind. Diese Vorsprünge graben sich beim Verpressen formschlüssig in die Oberfläche des Hochstromleiters ein. Gegebenenfalls kann ein druckbedingtes Fließen des Aluminiums dabei zudem zu einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Kabelkopf und Hochstromleiter führen.

[0021] Die Ummantelung des Hochstromkabels kann aus einem beliebigen Material gebildet sein. Bei einem flüssigkeitsgekühlten Hochstromkabel ist die Ummantelung derart ausgebildet, dass keine Flüssigkeit austreten kann. So kann die Ummantelung einschichtig aus beispielsweise einem Kunststoff oder Kautschukmaterial gebildet sein. Die Ummantelung kann jedoch auch aus einem mehrlagigen Verbund bestehen, wobei mindestens eine Lage flüssigkeitsdicht ist und mindestens eine weitere Lage andere funktionelle Eigenschaften, wie beispielsweise eine Verstärkung zum Schutz gegen äußere Einflüsse, ausübt.

[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ummantelung durch einen flexiblen Schlauch gebildet. Die flexible Ausführung des Schlauchs verbessert die Beweglichkeit des Hochstromkabels. Zudem ist eine Erhöhung der Druck- und Dauerbruchstabilität des Schlauchs gegeben.

[0023] In der Regel müssen derartige Schläuche nicht speziell angefertigt werden, sondern können entsprechend ihrem Anforderungsprofil hinsichtlich Querschnitt, Druckbelastbarkeit und Material kostengünstig aus der breiten Palette am Markt erhältlicher Schläuche ausgewählt werden.

[0024] Zur Fertigung muss der flexible Schlauch also lediglich koaxial über den Hochstromleiter gezogen werden und anschließend an den Schlauchenden mit diesem gegebenenfalls flüssigkeits- und druckdicht verbunden werden. Dabei kann die Verbindung zwischen Schlauch und Hochstromleiter beliebig erfolgen. So kann der Schlauch stoffschlüssig, z. B. durch Verkleben, und/oder kraftschlüssig, z. B. mittels einer Schlauchschelle mit dem Hochstromleiter verbunden sein. Vorzugsweise wird der Schlauch an mindestens einem Ende zusammen mit dem Hochstromleiter und/oder dem Kabelkopf verpresst.

[0025] Vor dem Hintergrund des gegenüber den Kupferpreisen geringeren Rohstoffpreises für Aluminium, der im Wesentlichen kommerziell am Markt erhältlichen Komponenten und des vergleichsweise einfachen Fertigungsverfahrens hebt sich das erfindungsgemäße Hochstromkabel durch geringe Herstellungskosten hervor. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Hochstromkabels gewährleistet zudem vorzugsweise ein Hochstromkabel mit einer verbesserten Stabilität in Bezug auf

• Dauerbruckfestigkeit an der Verbindungsstelle zwischen Kabelkopf und Hochstromleiterende (resultierend aus den geringeren Zugkräften des leichteren Hochstromleiters)
• Korrosionsfestigkeit an der Verbindungsstelle zwischen Kabelkopf und Hochstromleiter (Material mit gleicher Elektronegativität)
• Dauerbruchfestigkeit der Ummantelung durch Ausführung in Form eines flexiblen, den Bewegungen des Elektrodenarms folgenden und auch der Druckbelastung durch die Kühlflüssigkeit standhaltenden Schlauchs.

[0026] Gemäß der Erfindung ist ferner in einer Einspeisevorrichtung für einen Lichtbogenofen mit einem mit dem Elektrodentragarm verbundenes Hochstromkabel
neben dem Hochstromleiter und dem mindestens einen Kabelkopf auch der Elektrodenarm aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet.

[0027] Nachdem der Elektrodenarm einen nicht unwesentlichen Anteil der Einspeisevorrichtung ausmacht, werden damit einerseits das Gewicht und nicht zuletzt auch die Materialkosten für die gesamte Einspeisevorrichtung maßgeblich reduziert. Durch Wahl des gleichen Werkstoffs für Kabelkopf, Hochstromkabel und Elektrodenarm wird zudem die Anfälligkeit gegen Kontaktkorrosion an der Einspeisevorrichtung und insbesondere an den elektrischen Kontaktierungsstellen zwischen Hochstromleiter und Kabelkopf einerseits sowie Kabelkopf und Elektrodenarm andererseits wesentlich verringert.

[0028] Nachfolgend wir ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung erläutert.

Dabei zeigt

[0029] Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Hochstromkabels zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines Elektrodentragarms eines Lichtbogenofens.

[0030] Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des Hochstromkabels 1 weist einen Hochstromleiter 2 auf, der durch mehrere Einzelleiter 5 aus Aluminium gebildet ist, von denen hier drei Einzelleiter 5 exemplarisch dargestellt sind. Die Einzelleiter 5 sind dabei von einer Isolierung 6 koaxial umgeben.

[0031] Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um ein flüssigkeitsgekühltes Hochstromkabel 1. Dazu sind die eine Isolierung 6 aufweisenden Einzelleiter 5 voneinander beabstandet innerhalb einer mit einer Kühlflüssigkeit 7 befüllten oder von Kühlflüssigkeit 7 durchströmten Ummantelung 3 angeordnet. Die Ummantelung 3 ist mit Anschlüssen 8 zur Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit 7 versehen, wobei in Fig. 1 aufgrund der perspektivischen Darstellung nur ein Anschluss 8 sichtbar ist.

[0032] Am Kabelende weist das Hochstromkabel 1 in der dargestellten Ausführungsform einen Kabelkopf 4 aus Aluminium auf, der mit dem Hochstromleiter 2 und der Ummantelung 3 verbunden ist.

Ansprüche

1. Hochstromkabel (1) zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines Elektrodentragarms eines elektrisch betriebenen Ofens für Elektroschlacke-Umschmelzverfahren und Reduktionsöfen, mit

- einem Hochstromleiter (2),

- einer isolierenden, den Hochstromleiter umgebenden Ummantelung (3) und

- einem an mindestens einem Kabelende mit dem Hochstromleiter verbundenen Kabelkopf (4) dadurch gekennzeichnet, dass
der Hochstromleiter (2) und der Kabelkopf (4) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet sind.

2. Hochstromkabel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochstromleiter (2) mindestens zwei Einzelleiter (5) aufweist.

3. Hochstromkabel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleiter (5) eine koaxial angeordnete Isolierung (6) aufweisen.

4. Hochstromkabel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochstromleiter (2) flüssigkeitsgekühlt ist, insbesondere innerhalb einer in der Ummantelung (3) angeordneten Kühlflüssigkeit (7) angeordnet ist.

5. Hochstromkabel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelkopf (4) mit dem Hochstromleiter (2) kraftschlüssig verbunden, insbesondere verpresst ist.

6. Hochstromkabel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelkopf (4) in Richtung auf den Hochstromleiter (2) vorstehende Vor-sprünge aufweist.

7. Hochstromkabel (1) nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge durch Dorne und/oder Ringe gebildet sind.

8. Hochstromkabel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (3) durch einen flexiblen Schlauch gebildet ist.

9. Hochstromkabel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochstromleiter (2) in Summe einen Querschnitt von 100 bis 7500 mm², bevorzugt 1000 bis 6000 mm² und/oder die Einzelleiter (5) einen Querschnitt von 10 bis 1000 mm², bevorzugt von 100 bis 600 mm² aufweist.

10. Einspeisevorrichtung für elektrisch betriebene Öfen für Elektroschlacke-Umschmelzverfahren und Reduktionsöfen mit einem Elektrodentragarm, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodentragarm aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist und mit einem Hochstromkabel (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9 verbunden ist.

Claims

1. A high current cable (1) for contacting, in an electrically conductive manner, an electrode support arm of an electrically operated furnace for electroslag remelting processes and reduction furnaces, comprising

- a high current conductor (2),

- an insulating sheath (3) surrounding the high current conductor, and

- a cable head (4) connected to the high current conductor at at least one cable end,
characterized in that
the high current conductor (2) and the cable head (4) are made of aluminum or an aluminum alloy.

2. The high current cable (1) according to claim 1, characterized in that the high current conductor (2) comprises at least two individual conductors (5).

3. The high current cable (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the individual conductors (5) comprise coaxially arranged insulation (6).

4. The high current cable (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the high current conductor (2) is fluid-cooled, in particular arranged within a cooling fluid (7) arranged in the sheath (3).

5. The high current cable (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cable head (4) is non-positively connected, in particular crimped, to the high current conductor (2).

6. The high current cable (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cable head (4) comprises projections that protrude toward the high current conductor (2).

7. The high current cable (1) according to claim 6, characterized in that the projections are formed of pins and/or rings.

8. The high current cable (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sheath (3) is formed of a flexible tube.

9. The high current cable (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the high current conductor (2) has a total cross-section of 100 to 7500 mm², preferably 1000 to 6000 mm² and/or the individual conductors (5) have a cross-section of 10 to 1000 mm², preferably 100 to 600 mm².

10. A supply device for electrically operated furnaces for electroslag remelting processes and reduction furnaces comprising an electrode support arm, characterized in that the electrode support arm is made of aluminum or an aluminum alloy and is connected to a high current cable (1) according to one or more of claims 1 to 9.

Revendications

1. Câble de courant haute intensité (1) pour la mise en contact électriquement conductrice d'un bras de support d'électrodes d'un four électrique destiné à un procédé de refusion sous laitier électro-conducteur et de fours de réduction, comprenant

- un conducteur haute intensité (2),

- une gaine isolante (3) entourant le conducteur haute intensité, et

- une tête de câble (4) reliée au conducteur haute intensité par au moins une extrémité de câble,
caractérisé en ce que

- le conducteur haute intensité (2) et la tête de câble (4) sont constitués d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium.

2. Câble de courant haute intensité (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur haute intensité (2) présente au moins deux conducteurs individuels (5).

3. Câble de courant haute intensité (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les conducteurs individuels (5) présentent une isolation (6) disposée de façon coaxiale.

4. Câble de courant haute intensité (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conducteur haute intensité (2) est refroidi par un liquide, en particulier dans un liquide de refroidissement (7) se trouvant dans la gaine (3).

5. Câble de courant haute intensité (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête de câble (4) est reliée par liaison de force au conducteur haute intensité (2), en particulier par compression.

6. Câble de courant haute intensité (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête de câble (4) présente des saillies s'étendant vers le conducteur haute intensité (2).

7. Câble de courant haute intensité (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les saillies sont formées par des épines et/ou des anneaux.

8. Câble de courant haute intensité (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gaine (3) est formée par un tuyau souple.

9. Câble de courant haute intensité (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conducteur haute intensité (2) présente au total une section transversale de 100 à 7500 mm², de préférence de 1000 à 6000 m² et/ou les conducteurs individuels (5) présentent une section transversale de 10 à 1000 mm², de préférence de 100 à 600 mm².

10. Dispositif d'alimentation pour des fours électriques destinés à des procédés de refusion sous laitier électro-conducteur et des fours de réduction avec un bras de support d'électrodes, caractérisé en ce que le bras de support d'électrodes est constitué d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium et relié à un câble de courant haute intensité (1) selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 9.

Zeichnung