NO823704L - Elektrodeholder for lysbueovner. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen angår elektrodeholdere for lysbueovner, omfattende et vannavkjølt metallskaft og et arbeidsparti av forbrukbart materiale, idet metallskaftet i det minste delvis er omgitt av formstykker av et høytemperaturfast materiale.

Oppfinnelsens bakgrunn

t Elektroder med elektrodeholdere av den nevnte type er tilgjengelige med to prinsipielle utformninger. Ifølge den første utformning består elektroden av to seksjoner som befinner seg aksialt på linje med hverandre, dvs. elektrodeholderen, som utgjør den øvre seksjon, omfattende et avkjølt metallskaft, og ved dens nedre spiss den aktive del av forbrukbart materiale hvor lysbuen dannes. Denne elektrodetype er alminnelig kjent som en kombinasjonselektrode. For den annen type av utformning er det aktive parti av forbrukbart materiale aksialt bevegbart i elektrodeholderen som i det vesentlige utgjøres av et avkjølt metallskaft. Det aktive parti a,v forbrukbart materiale kan derfor efterhvert som det forbrukes ved dets nedre spiss, kompenseres ved aksial:;.<be->vegelse. Denne elektrodetype er alminnelig kjent som en vanlig gjennommatningselektrode. Et felles kriterium for begge utformninger er at elektrodeholderen, dvs. det væskeav-kjølte metallskaft, under bruk stikker i det minste delvis ned i ovnens indre.

Elektroder for elektriske lysbueovner er imidlertid utsatt for høye termiske og mekaniske påkjenninger. Betingelser som forårsaker termiske påkjenninger, skriver seg fra de høye arbeidstemperaturer som nås spesielt ved fremstilling av elektrostål. Mekanisk påkjenning forårsakes f.eks. når elektroden treffer på skrap^materialet når den innføres i ovnen, eller det kan også skyldes bevegelser av det smeltede metall eller av skrapmaterialet eller vibrasjoner forårsaket av lysbuen.

For å sikre at disse elektroder effektivt kan utnyttes

er det derfor av avgjørende betydning effektivt å beskytte elektrodeholderens avkjølte metallskaft som under bruk befinner seg inne i ovnen, mot de nevnte termiske og mekaniske

påkjenninger. En la,ng rekke løsninger er blitt foreslått for å overvinne dette problem.

Elektrodeholderen for kombinasjonselektrodene beskrevet

i belgisk patentskrift 867876 utgjøres av et metallskaft som inneholder kjølesystemet og er dekket ved et høytemperatur-fast belegg på utsiden. Metallskaftet er forsynt med kroker som holder belegget på plass for å forbedre beleggets ved-heftningsevne mot mantelområdet.

Lignende kombinasjonselektroder er beskrevet i britisk patentskrift 1223162. Elektrodeholderen for disse er fullstendig dekket med et beskyttende, keramisk belegg. For denne type elektrodeholder må hensyn tas til det keramiske beleggs tykkelse som bør være så liten som mulig, og den påførte mengde av det keramiske belegg som bør omfatte selve elektrodeholderen for å sikre at rørene i disse er isolert. Disse rør tjener ikke bare som kjølevannskanaler, men også som rør for strømtilførsel til den aktive grafittdel.

I europeisk patentskøknad 0010305 er en kombinasjonselektrode beskrevet med en elektrodeholder som omfatter et metallskaft som er elektrisk isolert mot det strømførende kjølesystem og som kan avkjøles tilstrekkelig av et høytempera-turfast materiale mellom kjølesystemet og metallskaftet. Den nedre seksjon av metallskaftet som utgjør elektrodeholderen,

er dekket med et keramisk belegg som også holdes på plass ved hjelp av kroker.

Kombinasjonselektrodene ifølge vest-tysk utlegningsskrift 2725537 har en metallisk, væskeavkjølt øvre seksjon som utgjør elektrodeholderen og er isolert med et høytemperatur-fast materiale som dekker varmeledende utstikkende deler. For-målet med disse utstikkende deler er å hindre direkte mekanisk kontakt med linjesystemet dersom det høytemperaturfaste materiale skulle bli lokalt beskadiget av stivt skrapmateri- - ale som følge av høy lokal påkjenning. Samtidig virker disse utstikkende deler som en type sikringer, hvorved passering av for høye strømstyrker hindres.

Endelig er i vest-tysk utlegningsskrift 2730884 en vanlig gjennommatningselektrode beskrevet som har et avkjølt metallskaft som utgjør elektrodeholderen og tjener som en kanal gjennom hvilken den aktive grafittdel innmates, og er dekket med et høytemperaturfast materiale. Samtidig har metallskaftet utstikkende deler som er rettet radialt henimot den utside hvor det høytemperaturfaste materiale er festet. Disse utstikkende deler som er fordelt langs omkretsen og i aksial retning så jevnt som mulig, er beregnet å skulle sikre en mer konstant avkjøling og bedre vedheftnings-eyne for det høytemperaturfaste materiale. Denne løsning svarer til utformningene ved beskyttende belegg som er nevnt ovenfor i forbindelse med kombinasjonselektroder. Ifølge den mest nylige teknikkens stand anvendes de samme løsninger for elektrodeholderne for kombinasjonselektroder og for vanlige elektroder.

Alle disse elektrodeholdere er beheftet med en felles ulempe, dvs. at den beskyttende kappe må fjernes fra elektrodeholderens metallskaft selv dersom en beskyttende kappe bare er blitt litt lokalt beskadiget, og en ny beskyttende kappe må påføres, og dette fører til langvarige avbrytelser og høyere omkostninger. Det er en ytterligere ulempe ved vanlige elektrodeholdere at slagg og metallag dannes på den beskyttende kappe av keramisk materiale og fører til forstyrrelser av ovnsdriften.

,Det er derfor blitt foreslått å frembringe en elektrodeholder med et avkjølt metallskaft som er beskyttet av ringer av et carbonholdig materiale, fortrinnsvis grafitt. Elektrodeholdere av denne type er blitt anvendt, og den nevnte beskyttende kappe har vist seg å være usedvanlig nyttig. Grafitt-ringene virker som et utmerket beskyttende belegg såvel ut fra en mekanisk som en termisk vurdering. En fordel ved en slik beskyttende kappe er at den angjeldende grafittring kan skiftes ut dersom kappen blir delvis beskadiget, mens en fullstendig utskiftning av kappen bare er nødvendig dersom kon-tinuerlige beskyttende belegg anvendes. En ytterligere fordel er at dannelsen av slagg- eller metallag unngås fordi disse faller av fra den beskyttende kappe på grunn av at grafittoverflaten nedbrytes ved oxydasjon. Det er imidlertid en ulempe at i enkelte tilfeller oppviser ringene en viss tilbøyelighet til å bli utsatt for sprekkdannelse, på grunn

av forskjellen i varmeekspansjon mellom den beskyttende kappe og metallskaftet som utgjør elektrodeholderen, og der-med på grunn av de oppståtte spenninger i den beskyttende ring.

Det er dessuten et problem som er felles for alle de beskrevne elektrodeholdere, nemlig hvorledes metalldelene Skal kunne festes over ovnslokket. Dette oppnås i alminnelig-het ved hjelp av kleminnretninger. Dersom slike faktorer

som lett håndtering eller god kvalitet for den elektriske kontakt tas i betraktning, er det fordelaktig å anvende den mekaniske klemme også som et middel for strømoverføring. Grafitt- eller carbonformstykker anvendes derfor som regel mellom elektrodens metalliske del og klemmekjevene på en bærerarm da disse formstykker oppviser en kombinasjon av gunstige strømoverføringsegenskaper og gode mekaniske og termiske egenskaper. Den måte som disse formstykker skal festes til elektrodene på, innebærer imidlertid problemer da formstykkene kan brytes istykker på grunn av de klemkrefter som er nødvendige. Dette kan på sin side føre til tap av formstykkene når kleimene må fjernes f.eks. fordi plasseringen av klemmene, skal forandres.

Formalet med oppfinnelsen

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å frembringe en beskyttende kappe for det avkjølte metallskaft for elektrodeholdere av den nevnte type under fullstendig tilfredsstillelse av alle termiske, mekaniske og elektriske krav; og med en så enkel utformning som mulig som fører til at den beskyttende kappe lett kan monteres og repareres og sikre en god varme-..overføring til det avkjølte metallskaft av elektrodeholderen for derved å forbedre den beskyttende kappes levealder.

For den angjeldende elektrodeholder løses denne opp-gave ved at formstykker forbindes med metallskaftet og/eller innbyrdes på fjernbar måte ved hjelp av formlåsende og/eller fjærende forbindelseselementer.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes en beskyttende kappe som tilfredsstiller alle elektriske, termiske og mekaniske krav. Dersom en fjærende forbindelse anvendes, vil' forhånds- spenningen i de enkelte formstykker for den beskyttende kappe gjøre at disse vil holde seg tett tilpasset på plass på elektrodeholderens metallskaft, hvorved fås god varme-overføring mellom den beskyttende kappe og metallskaftet over hele arealet. Denne gode varmeoverføring oppnås uten å måtte innføre et fyllingsmateriale mellom den beskyttende kappe og elektrodeholderens metallskaft. På grunn av at sektorene er fjærende forbundet med hverandre er dessuten de enkelte formstykker istand til å fange opp spenninger forårsaket av forskjellen i varmeekspansjonen mellom materialet for den beskyttende kappe på den ene side og materialet for elektrodeholderens metallskaft på den annen side. Det foreligger således ingen risiko for at den beskyttende kappe vil bli beskadiget av denne varmeekspansjon. Den beskyttende kappe er derfor istand til å tilfredsstille alle termiske krav.

Det samme gjelder for mekanisk påkjenning. Ved at sektorene er forbundet med hverandre i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse, dvs. innbyrdes eller til metalldelen,er det mulig å avbalansere produksjonstoleransene for formstykkene slik at deres innvendige mantelareal alltid vil befinne seg tett presset mot mantelarealet for elektrodeholderens metallskaft. På denne måte blir trykk- og bøye-krefter overført fra den beskyttende kappe til elektrodeholderens metallskaft uten en for stor påkjenning på materialet for den beskyttende kappe på grunn av utilstrekkelig kontakt mellom den beskyttende kappe og metallskaftet. Samtidig er elektrodeholderens metallskaft også beskyttet av formstykkene. Avhengig av de krav som stilles, kan endelig formstykkene lett monteres eller demonteres. For dette formål kan enkelte formstykker eller grupper av formstykker beveges aksialt langs metalldelen. Det er mulig f.eks. å forbinde flere formstykker eller sektorer som da vil danne en delring, eller å forbinde flere delringer som da danner en fullstendig ring. Dette innebærer at en beskyttende ring kan monteres direkte på elektrodeholderens metallskaft. Dersom én eller flere sektorer av den beskyttende ring beskadiges, kan den beskadigede sektor ganske enkelt skiftes ut. Dersom den beskyttende kappe består av flere ringer som hver er sammensatt av sektorer, bør ringen r ved den nedre spiss av elektrodeholderens metallskaft og som selvfølgelig er utsatt for den høyeste påkjenning i ovnen og derfor mer sannsynlig vil bli beskadiget eller slitt enn ringene som er anordnet nærmere toppen, først fjernes. Den bør erstattes av en ny ring eller av en ring som er blitt anvendt i metallskaftets øvre seksjon og som fremdeles er egnet for den nedre seksjon. På denne måte er det mulig å skifte ut ringene suksessivt, hvorved monteringstiden reduseres, og å skjære ned på vedlikeholdsomkostningene for elektrodeholderens beskyttende kappe.

Fordelaktige utformninger av elektrodeholderen ifølge oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Ifølge én utførelsesform kan sektorene bestå av ikke-grafittiske eller delvis grafittiske materialer som inneholder ca.rbon. Dette fører til en økonomisk brukstid for de beskyttende ringer, og samtidig er carbonmaterialets egenskaper overfor sprut av slagg eller metall også gunstige. Dersom de beskyttende ringers dimensjoner er korrekte, vil den ønskede langsomme oxydasjon av carbon oppnås spesielt på de varmere, ytre omkretsarealer av ringene, og dette hindrer ansamling av slagg eller metalldeler som"er en ulempe som ofte iakttas når keramiske belegg anvendes.

Da den løsning som er frembragt ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse byr på en utmerketvarmeoverføring fra den beskyttende kappe til elektrodeholderens metallskaft, anbefales det at den beskyttende kappe er laget av materialer med lav varmeledningsevne. Blant materialene som inneholder carbon, er derfor de såkalte ikke-grafittiske eller delvis grafittiske materialer spesielt egnede.

Dersom brukeren kan greie seg uten fordelen med selv-rensning av den beskyttende rings overflate, kan keramiske materialer også anvendes.

Det er fordelaktig å anvende keramiske materialer for sektorene i den øvre seksjon av elektrodeholderens metallskaft og å anvende materialer inneholdende carbon for sektorene i den nedre seksjon. Andre løsninger, som en blandet anordning av ringer eller sektorer av forskjellige materialer, er også mulige.

Det er med visshet fordelaktig at den ikke-positive forbindelse av sektorene innbyrdés og dannelsen av forhånds-spenning som gjør det mulig for ringen av sektorer tett å tilpasse seg til elektrodeholderens metallskaft, oppnås ved hjelp av fjærkraft.

En rekke muligheter finnes for å anordne fjærene som frembringer fjærkraften. Hver beskyttende ring kan ha én eller flere fjærringer som hver består av én fjær eller av flere seriekoblede fjærer.

Fjærene er anordnet i sektorkanaler .eller fordypninger som er konsentriske i forhold til ringen. På denne måte blir fjærene innarbeidet i sektorene, og dette er av stor fordel fordi de beskyttes mot en for sterk termisk og mekanisk påkjenning.

For ytterligere å redusere varmepåkjenningen på fjærene er kanalene eller fordypningene anordnet nær sektorenes innvendige mantelareal, og dette innebærer at fjærene og metallskaftets kjølesystem befinner seg så nær hverandre som mulig, slik at temperaturen i fjærsonen holdes så lav som mulig.

De anvendte fjærer kan være spiralfjærer eller blad-fjærer.

Det er av spesiell viktighet at fjærene består av et umagnetisk materiale for å unngå at fjærene oppvarmes på grunn av hysteresetap.

Fjærene skal prinsipielt ha høy varmefasthet. Av denne grunn kan fjærene være laget av austenittiske krom-nikkel-molybdenstål eller av et materiale som inneholder beryllium.

Ifølge en annen foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen har de tilstøtende overflater av nabosektorer som er anordnet i omkretsretning og/eller aksial retning, minst én komplementær radial graduering. Selv dersom de tilstøt-ende overflater av nabosektorer ikke er tett tilpasset på grunn a,v toleranser, sikrer disse innbyrdes låsende graduer-inger at sektorene blir godt forseglet, og dette fører på sin side til en sikker beskyttelse av elektrodeholderens av-kjølte metallskaft.

Ifølge en annen utførelsesform er sektorenes bredde

målt i omkretsretningen forholdsvis liten, og de tilstøtende overflater og radialstrålen for den hule sylinder danner en Vinkel. Dette innebærer at i forhold til de respektive radiuser hviler de forholdsvis tynne sektorer for en ring skrått mot metallskaftet. Toleranser blir således avbalansert som et resultat av den såkalte "selvreguleringsvirkning",

idet sektorene regulerer seg selv til en mer vertikal eller mer horisontal stilling i avhengighet av metallskaftets diameter og/eller sektorringens innvendige diameter.

Denne "selvreguleringsvirkning" skyldes at de skrå sektorer for den beskyttende ring er anordnet ved og_ i overensstemmelse med fjærspenningens tangensiale kraftkomponent.

Den tangensiale kraftkomponent for fjærspenningen oppnås dersom i de enkelte sektorer, som er anordnet på linje med hverandre langs omkretsen, den ene ende av kanalen eller for-dypningen for fjæren har en større avstand fra metallskaftets mantelområde enn den annen ende av den angjeldende kanal eller fordypning.

Denne sektorregulering kan iakttas spesielt dersom sektorenes innvendig mantelarealer er mindre enn de ytre mantelarealer som teoretisk•skriver seg fra den sirkulære deling. Resultatet er en beskyttende ring som dersom den er korrekt montert, har spalter mellom sektorene. Disse spalter blir videre henimot innsiden. Sektorene er anordnet på en slik måte at kilelignende spalter dannes mellom sektorene. Som nevnt ovenfor åpner disse spalter seg alltid mot innsiden og er stengt mot utsiden selv dersom diameteren avtar.

For den beskrevne reguleringsprosess er det fordelaktig at sektorene har et plant, innvendig mantelareal slik at de i overensstemmelse hermed kan bevege seg og komme på linje med hverandre på metallskaf tets mantelareal.. Sektorenes ytre mantelarealer kan også være plane og behøver ikke å være sylindriske. Dessuten kan såvel sektorenes innvendige mantelareal som ytre mantelareal ha egnede profiler.

For å unngå oppvarming av fjærene, spesielt av fjærer som er lukket i omkretsretningen, på grunn av potensielle elektriske parasittstrømmer kan det være fordelaktig å bygge minst ett elektrisk isolerende forbindelseselement inn i fjæren. Et slikt forbindelseselement kan bestå f.eks. av

høysintret aluminiumoxyd.

Den samme avveining kan være en grunn til at elektrisk isolerende elementer er innbygget mellom sektorenes tilstøt-

ende overflater. Dette gjelder fremfor alt tilstøtende overflater i omkretsretningen. Tilstøtende overflater i aksial retning kan også holdes på avstand ved hjelp av elektriske isolasjonselementer.

Dersom formlåsende forbindelser anvendes, er det fordelaktig at forbindelseselementene er utformet som glideforbind-elser med en glideretning som er parallell i forhold til aksen for elektrodeholderens metallskaft. På denne måte er det mulig å bevege formstykkene eller de enkelte sektorer opp eller ned på den beskrevne enkle måte, slik at delvis bé-skadigede ringer eller sektorer kan skiftes ut uten for om-stendelig montasjearbeide eller å måtte anvende et meget stort antall reserve- eller utskiftningsringer eller -sektorer.

I det angjeldende tilfelle er den nevnte positive glide-forbindelse utformet som en svalehalestyreanordning. Denne svalehalestyreanordning er ikke bare mekanisk solid, men den gjør det også mulig for brukeren å la sektorene gli på

enkel måte mot mantelarealet for elektrodeholderens metallskaft.

Sporene for svalehalestyreanordningene er anordnet på sektorenes innvendige mantelarealer, mens kontaktstrimlene er montert på metallskaftets mantelareal. Denne anbringelse,

av spor på sektorenes innvendige mantelareal er fordelaktig på grunn av at tap av det forholdsvis kostbare sektormateriale som er meget motstandsdyktig overfor termiske og mekaniske påkjenninger, holdes på et minimum.

For enkelhets skyld utgjøres kontaktstrimlene av. ad-

skilte komponenter som festes til metallskaftets mantelareale ved hjelp av nagling, bolting, sveising eller en lignende metode. Dette hjelper ikke bare til med å spare materiale for elektrodeholderens meta,llskaft, men gjør det også lettere å montere kontaktstrimlene på metallskafter med forholdsvis tynn vegg, Elektrodeholderens avkjølte metallskaft består som regel av kobber som er meget kostbart, slik at material-besparelsene virkelig er av betydning. Dessuten måte metall-

skaftet eller rørene som utgjør metallskaftet og som er beregnet for kjølemidlet og tilførsel av elektrisk strøm, ha forholdsvis tynne vegger for å oppnå en optimal kjølevirkning for hele enheten.

Dersom den beskyttende kappe består av flere ringer

som er sammensatt av sektorer, kan det være praktisk å anbringe en ett-stykkering mellom hvilke som helst to ringer som består av sektorer. Derved kan den beskyttende kappes bæreevne ytterligere forbedres.

Ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen er kontaktstrimlene anbragt i aksial retning i forhold til metallskaftet, idet avstanden mellom to på linje med hverandre an-ordnede kontaktstrimmelseksjoner ikke er større enn to ganger sektorens aksiale høyde innen dette område. På denne måte er det mulig å fjerne beskadigede eller slitte sektorer og å erstatte disse med nye selv i midtsonen av den beskyttende kappe uten å måtte fjerne de overliggende eller underliggende sektorer. Dette bidrar også til å redusere monteringstiden.

Det er dessuten fordelaktig dersom kontaktstrimmelseksjonene er gruppert i ringer og dersom kontaktstrimlene i én gruppe og kontaktstrimlene i den aksiale nabogruppe er forskutt i omkretsretningen. Dette fører til en sektoran-ordning som er forskutt ring for ring og gir en ytterligere økning av den beskyttende kappes mekaniske stabilitet.

Dersom den utførelsesform ifølge oppfinnelsen anvendes hvor minst én ett-stykkering utgjør en del av den beskyttende kappe, er det fordelaktig at den aksiale avstand mellom to nabogrupper av kontaktstrimler er noe større enn ett-stykke-ringens aksiale høyde på:stedet ringen skal monteres. Ringen kan derefter dreies på dette sted slik at dens spor og nabo-gruppenes kontaktstrimler blir forskjøvet i forhold til hverandre, hvorved ringen låses i aksial retning. Ringen tjener således som en støtte for alle sektorer eller ringer som består av sektorer ogmsom er anordnet over ringen. Hvis derfor sektorene under ringen helt eller delvis brytes istykker, unngås det at sektorene over ringen glir.. Dette innebærer at en stor del av elektrodeholderens metallskaft forblir beskyttet av ubeskadigede sektorer selv dersom den beskyttende kappe er betydelig beskadiget. På denne måte er det mulig å holde beskadigelsen på et minimum.

Sektorer og/eller ett-stykkeringer bør bestå av ikke-grafittiske eller delvis grafittiske materialer som inneholder carbon. De beskyttende ringers levealder vil derfor bli_ økonomisk tilfredsstillende. En ytterligere fordel ved det carbonholdige materiale står i forbindelse med dets gunstige egenskaper hva gjelder sprut av slagg eller metall. Dersom de beskyttende ringer har de riktige dimensjoner, vil oxyda-sjonen av carbon forløpe så langsomt som ønsket, spesielt på de varmere omkretsarealer av ringene, hvorved den besværlige akkumulering av slagg eller metalldeler som ofte iakttas for keramiske belegg, unngås.

Den løsning som er fremskaffet ved den foreliggende oppfinnelse, garanterer en utmerket varmeoverføring fra den beskyttende kappe til metallskaftet. Det anbefales derfor at materialer med lav varmeledningsevne anvendes for den beskyttende kappe. Blant de materialer som inneholder carbon, er de såkalte ikke-grafittiske eller delvis grafittiske materialer spesielt egnede for dette formål.

Dersom brukeren mener'å kunne greie seg uten fordelen med selvrensing av den beskyttende rings overflate, kan keramiske materialer også anvendes.

Materialet for den beskyttende kappe kan variere i avhengighet av de angjeldende krav, dvs. at materialer inneholdende carbon og dessuten keramiske materialer kan anvendes såvel for sektorer som for ett-stykkeringer. Det er gunstig å anvende keramiske materialer for sektorer for den øvre seksjon av metallskaftet og materialet inneholdende carbon for den nedre seksjon. Andre løsninger, som en blandet anordning av ringer eller sektorer av forskjellige materialer, er også mulige.

Når formstykkene mellom metallskaftet og klemkjever forbindes ved anordningen ifølge oppfinnelsen, foretrekkes det å anvende en formlåsende forbindelse som er understøttet ved hjelp av fjærende klemming.

For dette formål festes aksialt rettede par av skinner til metallskaftet som har en form som gjør det mulig å holde de aksialt rettede render eller kanter av formstykkene mellom de skinnedeler som stikker ut fra metallskaftet, og metallskaf tet som sådant.

Skinnene er derforkarakterisert veden seksjon nær metallskaftet, en seksjon som fører bort fra dette, og en seksjon som er parallell med metallskaftet.

Kortfattet beskrivelese av tegningene

Enkelte utførelsesformer av elektrodeholderen ifølge oppfinnelsen er vist på tegningene, hvorav

Fig. 1 er en skjematisk fullskalafremstilling av en elektrode med en elektrodeholder ifølge oppfinnelsen, Fig. 2 en fremstilling av en hul sylindersektor hvorav flere utgjør den beskyttende kappe for elektrodeholderen ifølge oppfinnelsen, Fig. 3 et snitt gjennom en delring bestående av flere sektorer,

Fig. 4 et perspektivriss av en slik delring,

Fig. 5 en fremstilling av montasjen av den beskyttende kappe for elektrodeholderen ifølge oppfinnelsen, hvor ringen utgjøres av sektorer som består av flere delringer, Fig. 6 en fremstilling av en mulig type av forbindelse for fjærene som forbinder sektorene som danner en ring eller en delring, Fig. 7 en fremstilling av en annen utførelsesform av sektorene, Fig. 8 en perspektivskisse av sektorene vist på Fig. 7, Fig. 9-11 fremstillinger av to mulig aksiale forbindelser for ringer bestående av sektorer, Fig. 11-12 og 13 fremstillinger av ytterligere utførelses-former av sektorer, Fig. 14 en fremstilling av en annen mulighet for å for~binde fjærene som danner en fjærring, Fig. 15 et aksialsnitt gjennom en elektrode med en elektrodeholder ifølge oppfinnelsen, Fig. 16 et radialsnitt gjennom elektroden ifølge Fig.15 tatt langs, snittlinjen XVI-XVI, Fig. 17 en fremstilling av metallskaftet for elektrodeholderen med delvis utelatt beskyttende kappe for å vise for- delingen av kontaktstrimler på metallskaftets mantelareal Fig. 18 et radialsnitt gjennom elektroden ifølge Fig.17 tatt langs snittlinjen XVIII-XVIII, Fig. 19 en perspektivskisse av en sektor hvorav flere danner den beskyttende kappe for elektrodeholderen ifølge oppfinnelsen, 'Fig. 20 en perspektivskisse av en ett-stykkering beregnet for anvendelse i en beskyttende kappe for en elektrodeholder ifølge oppfinnelsen, Fig. 21 en modifisert utførelsesform av en sektor for den beskyttende kappe for en elektrodeholder ifølge oppfinnelsen, Fig. 22 en ytterligere utførelsesform av en sektor for den beskyttende kappe for en elektrodeholder ifølge oppfinnelsen og Fig. 23 en fremstilling av metallskaftet med tre formstykker som er anordnet mellom metallskaftet og klemkjever og er festet ved hjelp av formlåsende skinner.

Detaljert beskrivelse av tegningene

Fi,g. 1 viser skjematisk den grunnleggende konstruksjon av en kombinasjonselektrode for elektriske lysbueovner. Elektroden omfatter en elektrodeholder som er dannet av et avkjølt metallskaft 1. En aktiv del 2 av forbrukbart materiale, f.eks. er ved hjelp av en gjenget nippel 3 festet til den nedre spiss av metallskaftet 1 som utgjør elektrodeholderen. Elektroden holdes på plass av en bærerkonstruk-sjon 4 som er festet til den øvre seksjon av elektrodeholderens metallskaft 1. Fig. 1 er rent skjematisk, og de elektriske komponenter og kjøleelementer er ikke vist da de kan være av vanlig type. Den eneste del som er yiktig i forbindelse med oppfinnelsen, er den hule, sylindriske, beskyttende kappe 5 av temperaturfast materiale som omgir den seksjon av metallskaftet 1 som holdes på plass i ovnen, slik at denne beskyttes mot for sterk termisk og mekanisk påkjenning.

Den beskyttende kappe 5 er laget av hule sylindersék-torer 10, som vist på Fig. 2. Den hule sylindersektor har et innvendig 11 og et utvendig mantelareale 12, to tilstøt-ende overflater i omkretsretningen 13 og to flater i aksial-retningen 14. Dessuten har sektoren to kanaler 15 som er anordnet på en streng.

Fig. 3 og 4 viser tydelig hvorledes flere sektorer 10 danner en delring ved at deres tilstøtende overflater 13 er blitt ført sammen. Sektorene 10 av denne delring er forbundet med hverandre ved hjelp av fjærer som passerer gjennom boringene 15. På figuren er de viste fjærer spiralfjærer 20. Gaffellignende klemelementer 21 sikrer at spiralfjærene 20

er festet ved enden, hvorved disse forspennes. Disse elementer 21 er hektet på motstoppanordninger anbragt ved enden av fjærene 20 eller på deres vindinger, hvorved fjærene 20 holdes i forspent stilling. Fig. 4 viser til venstre hvorledes klemelementene 21 er festet, mens den til høyre viser at de allerede er blitt bragt fast på plass. Fig. 5 viser hvorledes delringer som består av sektorer 10, er forbundet med hverandre under dannelse av en fullstendig ring. Delringene er i rekkefølge forbundet med hverandre ved at de respektive spisser av-fjærene 20 er forbundet med hverandre som holdes i en forspent stilling ved hjelp av klemelementene 21. Efter at klemelementene 21 er blitt fjernet, Vil sektorenes tilstøtende overflater hvile tett tilpasset mot hverandre også på de steder hvor delringene er forbundet med hverandre.

En slik ring som er laget av sektorer 10, kan glidbart føres ned på metallskaftet 1 fra én ende eller den kan monteres radialt på metallskaftet 1 på den beskrevne måte ved hjelp av forbindende delringer.

Den avgjørende betingelse er at ringene som består av sektorer, hviler direkte på og med forspenning på metallskaf tets 1 mantelareal, som vist på Fig. 1. Dette fører til de allerede beskrevne fordeler, nemlig god varmeoverføring mellom den beskyttende kappe 5 og metallskaftet 1, mindre slitasje på. grunn av oxydasjon, og fullstendig mangel på . uheldige spenninger i den beskyttende ring som ville ha kunnet vært forårsaket av en forskjellig varmeekspansjon -mellom den beskyttende ring og metallskaftet eller av radiale temperatur-

gradienter i den beskyttende ring.

Fig. 6 viser en ytterligere mulig forbindelsestype for to fjærer som er serieforbundet med hverandre 20 og som på den ene side hjelper til med å forbinde sektorene 10 innbyrdes på den beskrevne måte og som på den annen side er

'hjelp for å montere en ring bestående av sektorer 10 med

en viss forspenning på metallskaftet 1. Som vist på Fig. 6

er spissen av fjærene 20 forsynt med stoppanordninger 22 for fordypningene 16 ved endene av sektorhullene 15, idet fjæren 20 griper fatt i sektorene 10 og samtidig presser hele ringen som består av sektorer 10, til monteringsstilling med forspenning mot metallskaftets 1 mantelareal.

Fig. 7 og 8 viser en ytterligere utførelsesform av sektorene 10. Ifølge denne utførelsesform har de respektive sektorers 10 tilstøtende overflater 13 som befinner seg i omkretsretningen, minst én komplementerende grad i radial retning som kommer i inngrep på den viste måte. I dette tilfelle er metallskaftet 1 alltid sikkert beskyttet selv dersom nabosektorers 10 tilstøtende overflate 13 ikke skulle hvile tett tilpasset mot hverandre, slik at det dannes en spalte mellom ée enkelte sektorer 10 som dekkes av gradene 17. Små spalter mellom de enkelte sektorer kan iakttas i den monterte stilling når metallskaftets 1 utvendige diameter er større enn den spesifiserte og/eller den innvendige diameter av ringen som består av sektorer 10, av den beskyttende kappe 5 er mindre enn spesifisert. Fig. 9 viser en mulig måte for aksialt å forbinde ringene som består av sektorer 10, med hverandre, dersom den beskyttende kappe består av flere ringer sammensatt av sektorer 10. I dette tilfelle er de enkelte sektorers 10 flater 14 forsynt med spor i omkretsretningen og beregnet for for-bindelsesringene 19. Det fås følgelig som resultat en tett forbindelse mellom flatene 14 av sektorer 10 for naboringer. Fig. 10 viser en ytterligere mulighet for å feste fjærene 20 i sektorene 10. Ifølge denne utførelsesform er sektorenes 10 flater 14 forsynt med fordypninger 15a i omkretsretning som tar opp fjærene 20 på lignende måte som hullene 15. Fordypningene 15a kan også virke som spor 18 for

den utførelsesform som er vist på Fig. 9.

På Fig. 11 er vist en sektor 10 med aksialt rettede flater og/eller tilstøtende overflater 14 med en kompletter-ende radial grad 17a. Denne grad gjør det mulig positivt å forbinde nabosektorer 10 med hverandre i aksial retning. Dersom flatene og/eller de tilstøtende overflater 14 av nabosektorer 10 ikke er tett tilpasset over hele området, dekkes den dannede spalte av disse grader 17a. Metallskaftet 1 vil derved hele tiden være sikkert beskyttet. Når dessuten sektorene 10 forbindes med hverandre på en positiv måte, vil den beskyttende kappe 5 være ennu mer mekanisk motstandsdyktig .

Det er selvfølgelig mulig å gradere de tilstøtende omkretsflater 13 og dessuten de aksial rettede tilstøtende flater 14 for hver sektor for å låse hele strukturen av sektorer og som utgjøres av den beskyttende kappe, ikke bare på formlåsende, men fjærende måte.

Fig. 12 og Fig. 13 vises ytterligere utførelsesformer av en beskyttende ring for en-elektrode ifølge oppfinnelsen. Ifølge disse utførelsesformer er bredden av de enkelte sektorer 10 målt i omkretsretningen forholdsvis liten slik at et stort antall sektorer er nødvendig for en beskyttende ring. Sidene 11 og 12 kan være plane. Dessuten kan sektorenes 10 form være slik at deres tilstøtende overflater 13 og radialstrålen 30a og/eller 30b for den hule sylinder danner en vinkel eller to vinkler a og/eller 3 med forskjellige størrelser. Sektorenes 10 innvendige mantelarealer 11 kan være mindre enn de ytre mantelarealer 12 beregnet på basis av en sirkeloppdeling. Som et resultat derav vil kilelignende spalter 4 0 som blir videre innad, forekomme mellom de tilstøtende overflater 13 av den monterte beskyttende ring som med forspenning hviler på metallskaftet 1,- Fjærspenningens tangensiale kraftkomponent presser sektorene 10 som er skrått forbundet med hverandre og har mindre innvendige mantelarealer 11, mot metallskaftet 1 på en slik måte at de kileformige spalter 4 0 alltid vil være stengt på utsiden. Denne virkning gjør det mulig å avbalansere toleranser for den utvendige diameter av metallskaftet 1 og/eller den innvendige diameter av ringen som er sammensatt av sektorer 10. Men selv dersom sektorarealene 12 angripes på grunn av oxydasjon*.;.vil de kilelignende spalter prinsipielt være stengt på utsiden.

Som vist på Fig. 12 er hullene 15 ikke anordnet på strengen for en ideell sylindersektor, men de danner snarere en vinkel i forhold til denne. Denne innebærer for hver sektor at avstanden mellom metallskaftets 1 mantelareal og en spiss av hullet 15 er større enn avstanden mellom metallskaf tets 1 mantelareal og den annen spiss av hullet, idet de respektive spisser har den samme omkretsretning. På denne måte fås den tangensielle kraftkomponent fra fjærspenningen som forårsaker "selvreguleringsvirkningen" som er tidligere beskrevet.

For å hindre fjæren som er stengt i omkretsretningen, fra å bli oppvarmet av eventuelle parasittstrømmer kan det være nyttig å bygge minst ett elektrisk isolerende forbindelseselement inn i fjæren. Denne utførelsesform er vist på

Fig. 14 hvor et elektrisk isolerende forbindelseselement 50 anvendes for å forbinde to fjærer 20. Det elektrisk isolerende forbindelseselement 50 kan være laget f.eks. av høysintret aluminiumoxyd.

Den samme avveining kan komme på tale dersom elektrisk isolerende elementer, f.eks. av asbest, innføres mellom sektorenes tilstøtende overflater. Denne utførelsesform er ikke vist, men løsningen anbefales spesielt for tilstøtende overflater 13 i omkretsretningen. Den kan imidlertid også anvendes for flater og/eller tilstøtende overflater 14 i aksial retning.

På fig. 15 er igjen skjematisk vist den grunnleggende oppbygning av en kombinasjonselektrode for elektriske lysbueovner. Elektroden omfatter et avkjølt metallskaft 51 som utgjør elektrodeholdere. En aktiv del 52 ay forbrukbart materiale, f,eks. grafitt, er festet til metallskaftets 51 nedre spiss ved hjelp av en gjenget nippel 53.. Elektroden holdes på plass av en bærekonstruksjon 54 i den øvre seksjon av elektrodeholderens metallskaft 51. Da, Fig. 5 bare er en skjematisk skisse, er elektrodeholderens.elektriske komponenter og kjøleelementer ikke vist da disse kan være av vanlig konstruksjon. Det som er av viktighet i forbindelse med oppfinnelsen, er en beskyttende kappe 55 i form av en hul sylinder som består av ett av de nevnte temperaturfaste materialer.. Denne kappe omgir elektrodeholderens metallskaft 51 langs den seksjon som er anordnet i ovnen, hvorved denne beskyttes på den beskrevne måte mot skadelig varmepå-kjenning og mekanisk påkjenning.

Den beskyttende kappe 55 er satt sammen av hule sylindersektorer. En av disse er vist perspektivisk på

Fig. 19. Den hule sylindersektor 60 har et innvendig mantelareale 61 og et ytre mantelareale 62, to tilstøtende overflater 63 i omkretsretningen og to flater 64 i aksial retning. En lang rekke slike sektorer 6 0 utgjør en ring. Flere ringer bestående av slike sektorer 6 0 danner den beskyttende kappe 65. Sektorene 60 og det avkjølte metallskafts mantelareale forbindes med hverandre ved hjelp av positive forbindelseselementer. I dette spesielle tilfelle utgjøres disse positive forbindelseselementer av svalehalestyringer. Det finnes prinsipielt to mulige konstruksjoner.

Ifølge Fig. 15 hg 16 forløper sporene 65a i aksial retning over metallskaftets 51 mantelareale, dvs. at de er skåret inn i mantelarealet, mens de tilsvarende kontaktstrimler 60a forløper over de respektive sektorers 60 innvendige mantelareale 61. Dersom denne utførelsesform anvendes, forløper sporene 51a kontinuerlig langs metallskaftets 51 samlede lengde, og dette forenkler fremstillingen av metallskaftet 51. Sektorene kan imidlertid i dette tilfelle være glidbar ført inn på metallskaftet . 51 bare fra én ende.

Dersom utførelsesformene ifølge Fig. 17 eller 18 anvendes, er svalehalestykkringenes kontakstrimler anordnet på metallskaftets 51 mantelareal. De er delt i kontaktstrimmelseksjoner 72 som er gruppert i ringer 73 som tar opp minst én ring, fortrinnsvis to eller flere ringer, som består av sektorer 60.

De enkelte kontaktstrimmelseksjoner .72 nagles eller boltes 74 fast til metallskaftets 51 mantelareal og kan således om nødvendig fjernes.

Den aksiale avstand 75 mellom to grupper 73 og 73' av kontaktstrimmelseksjonene 7 2 er ikke større enn to ganger den aksiale høyde for sektorene 6 0 som skal anordnes innen dette område. Det anbefales imidlertid som regel at den aksiale avstand 75 er noe større enn den aksiale høyde, av sektorene 6 0 som skal anordnes innen dette område. Innen det område hvor kontaktstrimlene er avbrutt, er det således mulig å la sektorene 60 gli på de enkelte kontaktstrimmelseksjoner 72, slik at beskadigede eller slitte sektorer kan skiftes ut innen den midlere sone av den beskyttende kappe 55 uten at alle ovenfor eller nedenfor beliggende sektorer må fjernes.

Det har vist seg gunstig å anbringe en ett-stykkering

med visse mellomrom mellom de ringformige grupper. En slik ett-stykkering 80 er vist på Fig. 20. En slik rings 80 innvendige mantelareal 81 er forsynt med spor 82 som overens-stemmer med eller er komplementære i forhold til kontakt-strimmelseks jonene 72. En slik ring vil selvfølgelig være anordnet mellom to grupper 73' og 73'' av kontaktstrimler 72. For dette formål er den aksiale avstand 76 mellom disse to grupper 73' og 73<11>av kontaktstrimmelseksjoner 72 noe større enn ringens 80 aksiale høyde. På denne måte kan ringen 80 fjernes fra én ende av metallskaftet 51 til avbrytningssonene 76 og dreies på en slik måte at sporene 82 og kontaktstrimmelseksjonene 72 av gruppen 73'<1>og, om nødvendig, også kontakt-strimmelseks jonene av gruppen 73' blir forskutt. På denne måte vil ett-stykkeringen 80 fast festes i aksial retning mot bunnen eller mot begge sider. Dersom sektorene som er anordnet under ringen 80 skulle bli utsatt for brudd under visse ekstreme betingelser, vil sektorene over ringen 80 holdes sikkert på plass av ringen 80. Enhver beskadigelse av den beskyttende kappe 55 eller av metallskaftet 51 vil derfor holdes på et minimum.

Den gruppevise forskutthet av kontaktstrimlene 72 som

er beskrevet ovenfor, tjener det samme formål da det derved hindres at de ovenforliggende sektorer vil gli ned dersom de nedenforliggende sektorer skulle.bli utsatt for et fullstendig brudd. En ytterligere fordel ved denne gruppevise forskutthet ay kontaktstrimmelseksjonene 72 er at sektorenes 63 tilstøtende overflater 60 også er gruppevis forskutt, og dette øker ytterligere soliditeten av den beskyttende kappe 55.

Selv om de beskrevene forholdsregler ikke bare hjeler

til med å oppnå en tett forbindelse mellom sektorenes 61 innvendige mantelareal 60 og metallskaftets mantelareal, men også sikrer at de tilstøtende overflater av nabosektorer vil være tett tilpasset mot hverandre, kan de sistnevnte forbedres ytterligere. En slik forbedring er vist på Fig. 21. De til-støtende overflater av to nabosektorer 60 som ligger i omkretsretningen 63, har en komplementær radial grad. Som vist på Fig. 15 befinner disse komplementære grader 66 for to nabosektorer 60 seg i inngrep med hverandre. Dette innebærer at selv dersom en spalte skulle forekomme mellom to nabosektorer 60, vil spalten være dekket av gradene 66. Dette vil resultere i at metallskaftet 51 fremdeles vil være sikkert beskyttet. Fig. 22 viser at de aksialt rettede tilstøtende overflater og/eller flater 64 av sektorene 60 for to aksiale nabori.nger kan ha radiale komplementære grader som sikrer at disse arealer vil være sikkert tildekket selv dersom større toleranser skulle foreligge.

En annen mulighet er ringformige tildekninger mellom flatene av aksiale nabosektorer som hviler på tilsvarende omkretsspor i sektorflåtene, hvorved en ønsket sikker til-dekning av eventuelle spalter sikres.

Fig. 23 viser et tverrsnitt gjennom den øvre del av en elektrodeholder. På metallskaftets 91 utvendige vegg finnes tre grafittformstykker 92 som holdes på plass av skinner 94. Klemkjever 93 er presset mot elektrodeholderen som således holdes på plass i en viss aksial stilling.

Grafittformstykkene 92 kan være fordelt langs omkretsen på jevn eller ujevn måte og de kan eventuelt ha samme stør-relse hva gjelder deres omkretslengde, men de skal ha samme tykkelse. Skinnene 94 er festet til metalldelen 91 ved hjelp av egnede bolter. Da grafittformstykkene av og til må skiftes ut, er det mer praktisk med bolting enn å anvende en fast forbindelse, som en sveiseforbindelse.

Skinnene er utformet på en slik måte at de omslutter grafittformstykkene ved deres aksiale kanter på en slik måte at de holdes: mot metalldelen 91 uten spenning da en for stor forspenning:.ville ha vært meget ugunstig på grunn av de sterke

klemkrefter som klemkjevene 93 bevirker.

For å kunne pppfylle denne holdefunksjon er skinnene 94 laget slik at én del 96 hviler direkte på metalldelen 91, én del 97 fører bort fra metalldelen, og én del 98 løper parallelt med metalldelen og i en viss avstand fra denne. Denne avstand 99 er prinsipielt den samme som tykkelsen av grafittformstykkene.

Claims (18)

1. Elektrodeholder for elektriske lysbueovner og omfattende et vannavskjølt metallskaft og en arbeidsdel av et forbrukbart materiale, idet metallskaftet i det minste delvis er omgitt av formstykker av et høytemperaturfast materiale, karakterisert ved at formstykkene er forbundet med metallskaftet og/eller innbyrdes på en fjernbar måte ved hjelp av formlåsende og/eller fjærende festemidler.

2. Elektrodeholder ifølge krav 1, karakterisert ved at formstykkene danner en beskyttende kappe som omgir i det vesentlige den del av elektrodeholderen som er anordnet i ovnen eller et område for fastklemming av elektrodeholderen.

3. Elektrodeholder ifølge krav 2, karakterisert ved at den beskyttende kappe (5) består av minst én ring av flere hule sylindersektorer (10) som er forbundet med hverandre på fjærende (20) måte og som under forspenning hviler direkte på metallskaftet (1).

4. Elektrodeholder ifølge krav 1-3, karakterisert ved at sektorene (10) er forbundet ved hjelp av fjærkraft (20).

5. Elektrodeholder ifølge krav 4, karakterisert ved at hver sektorring har én eller flere fjærringer hvorav hver omfatter én fjær (20) eller flere fjærer (20) som er serieforbundet med hverandre.

6. Elektrodeholder ifølge krav 1-5, karakterisert ved at fjærene (20) er anordnet i hull (15) i sektorene (20) eller i fordypninger (15a) i. sektorene og anordnet på én i det vesentlige konsen-, trisk måte i forhold til ringen.

7. Elektrodeholder ifølge krav 4-6, karakterisert vedd at fjærene (20) består av aus.tentitti.sk krom-nikkel-molybdenstål.

8. Elektrodeholder ifølge krav 1-7, karakterisert ved at de tilstøtende overflater (13,14) av nabosektorer (10) som er anordnet i omkretsretning og/eller aksial retning, har minst én komplementær radial grad (17,17a).

9. Elektrodeholder ifølge krav 8, karakterisert ved at skråsektorene (10) for den beskyttende ring på grunn av den tangensiale kraftkomponent av fjærspenningen er anordnet på en slik måte at kileformige spalter (4 0) som er åpne henimot innsiden og som er stengt henimot utsiden, er dannet mellom sektorene (10).

10. Elektrodeholder ifølge krav 1-9, karakterisert ved at minst ett elektrisk isolerende forbindelseselement (50) er innarbeidet i fjæren som er stengt i omkretsretnigen (20).

11. Elektrodeholder ifølge krav 1-10, karakterisert ved at formstykkene eller de hule sylindersektorer (60) er fjernbart montert på metallskaftets (51) mantelareal ved hjelp av formlåsende forbindelseselementer (15a,60a,65,72).

12.. Elektrodeholder ifølge krav 11, karakterisert ved at de formlåsende forbindelseselementer er glidende forbindelseselementer (51a,60a, 65,72) som gjør det mulig å forskyve sektorene (6). i retning av metallskaftet (51).

13. Elektrodeholder ifølge krav 12, karakterisert ved at sektorene (60) er forbundet med metallskaf tets (51) mantelareal.. ved hjelp av syalehalestyringer (51a, 60a;65, 72) .

14. Elektrodeholder ifølge krav 13, karakterisert vedat svalehalestyringenes spor (65) er anordnet på sektorenes (60). innvendige mantelarealer (61), mens kontaktstrimlene (72) er anordnet på metallskaftets . (51) mantelareal.

15. Elektrodeholder ifølge krav 1-14, hvor den beskyttende kappe består av flere ringer som er laget av sektorer, karakterisert ved at det alltid befinner seg en ett-stykkering (80) mellom hvilke som helst to ringer som består av sektorer (60) .

16. Elektrodeholder ifølge krav 1-15, karakterisert ved at de tilstøtende overflater (63,64) av nabosektorer (60) som ligger i omkretsretningen og/eller i aksial retning, har minst én komplementær radial grad (66,66a).

17. Elektrodeholder ifølge krav 11-16, karakterisert ved at de positive forbindelseselementer består av skinner (94) som omslutter formstykkene (92) og deres aksiale kanter.

18. Elektrodeholder ifølge krav 17, karakterisert ved at skinnene (94) holder formstykkene (92) mot metallskaftet (91) uten forspenning.