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Kraftbetätigte Halte-und Nachschubvorrichtung für Ofenelektroden Die
Erfindung betrifft eine kraftbetätigte Halte-und Nachschubvorrichtung für Ofenelektroden
bei elektrischen Schmelz-, Verhüttungs- und Raffinieröfen.
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Elektrische Schmelz-, Verhüttungs- und Raffinieröfen verwenden im
Betrieb eine oder mehrere Elektroden, die oberhalb des Ofens aufgehängt sind und
vertikal in ihn hineinragen. Diese Elektroden werden fortlaufend in bezug auf die
im Ofen befindliche Beschikkung eingestellt, um die Leistungszufuhr in engen Grenzen
zu regeln. Gewöhnlich wird eine Mehrzahl von Elektroden verwendet, und diese sind
häufig ziemlich groß, etwa von einem Durchmesser bis 75 cm oder mehr und einer Länge
bis 3 m oder mehr. Von solchen Elektroden gibt es zwei bekannte Arten, nämlich vorgeformte
und selbstgebrannte Elektroden. Die vorgeformten Elektroden können aus Kohle oder
Graphit bestehen. Die vorgeformten Kohle- oder Graphitelektroden sind härter und
haben im allgemeinen eine Durchmessertoleranz bis zu -2%, wodurch bei der Verwendung
einer kraftbetätigten Fassung zusätzliche Schwierigkeiten entstehen, welche durch
die im folgenden beschriebene Fassung überwunden werden. Die Anwendung mehrerer
schwächerer Elektroden und ihrer einzelnen Halte- und Einstellvorrichtungen ist
Raumbeschränkungen oberhalb des Ofens unterworfen, so daß eine vereinfachte gedrängte
Form einer Elektrod'enhaltevorrichtung für schwere Elektroden höchst vorteilhaft
ist.
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Es sind bereits Haltevorrichtungen bekannt, die durch eine Preßvorrichtung
mit Druckmittelantrieb an die Elektrode anpreßbare Klemmschuhe haben. Der Druckmittelantrieb
wird durch neben der Elektrode angebrachte hydraulische Zylinder mit kreisförmigem
Querschnitt geliefert, die einander in bezug auf die Elektrode diametral gegenüberliegen.
Diese Anordnung hat einen beträchtlichen Raumbedarf in radialer Richtung, was für
die Ofenkonstruktion oft sehr nachteilig ist. Nach der Erfindung wird dieser radiale
Raumbedarf wesentlich verringert, indem der Druckmittelantrieb durch einen die Elektrode
umgebenden, im Querschnitt ringförmigen Zylinder mit darin hinundhergehendemringförmigemKolbenhervorgebracht
wird. Ein solcher Zylinder ladet in radialer Richtung weniger über die Elektrodenoberfläche
oder über die Elektrodenfassung aus. Außerdem ermöglicht der Antrieb der Preßvorrichtung
durch einen einzigen mit der Elektrode gleichachsigen Zylinder eine gleichmäßige
Kraftverteilung auf die Klemmbacken. Werden diese auch zur Stromzufuhr benutzt,
so bewirkt die gleichmäßige Anpressung der Backen auch eine Vergleichmäßigung der
Übergangswiderstände und damit der Stromverteilung sowie der Erwärmung an den Übergangsstellen.
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Diese Erfindung und weitere Erfindungsgedanken gehen aus der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor. In den letzteren ist Fig.
1 eine Seitenansicht der Elektrode, der kraftbetätigten Fassung und des Betätigungsmechanismus
für diese; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie II-11 von Fig. 1; Fig.3 ist
ein Querschnitt durch den Betätigungszylinder der Fassung nach der Linie 111-III
von Fig. 2; Fig.4 ist ein Querschnitt durch die Vorrichtung nach der Linie IV-IV
von Fig. 1 und stellt die Art der Aufhängung der kraftbetätigten Fassung am Betätigungszylinder
dar; Fig.5 ist ein Querschnitt durch die Vorrichtung nach der Linie V-V von Fig.
1 und stellt die Anbringung der Kontaktschuhe und des Druckringes für diese dar;
Fig. 6 ist eine größere Seitenansicht des Mechanismus, gesehen von der Linie VI-VI
in Fig. 1, und stellt die Art der Zufuhr von elektrischem Strom zu den Kontaktschuhen
und von Kühlwasser für diese dar.
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Es wird nunmehr im einzelnen auf die Zeichnung Bezug genommen.
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1 bezeichnet die Vorrichtung im ganzen, bestehend aus einem durch
Druckflüssigkeit betätigten, von irgendeiner Aufhängung wie den Seilei i3 getragenen
Zylinder 2, Klemmbacken oder -schuhen 4, die an im
Durchmesser
einander gegenüberliegenden Seiten einer Elektrode 5 angeordnet und am Zylinder
mittels abwärts führender Rohre 6 aufgehängt sind, während die Backen oder Schuhe
mit der Elektrode :durch einen am Zylinderkolben mittels Betätigungsstangen
8 aufgehängten Druckring 7 in Kontakt gehalten werden. ' Nach Fig.1 und 3
der Zeichnung besteht der Zylinder 1 aus einem im wesentlichen kreisrunden Kopfteil
9, einem Bodenteil 10 und vöneinand'er durch einen Zwischenraum getrennten;
mit den ' Teilen 9 und 10
verbundenen Seitenwärrden11-urid@ 12.-Dieser Zylinder
kann aus Teilen zusammengebaut. oder gegossen sein; in der Zeichnung ist- die zusammengesetzte
Bauweise dargestellt. Der Kopf-- und der Bodenteil 9 und 10 des Zylinders
können als Blechkonstruktion ausgeführt sein; an jedem ist ein ringförmiger Teil
13 und 14 angeschweißt oder mit sonstigen geeigneten Mitteln befestigt, und
die äußere Zylinderwand 11 stößt gegen die Teile 13 und 14, 'an denen sie ebenfalls
in geeigneter Weise, z. B. durch Schweißen, befestigt ist. Die innere Wand 12 ist
ähnlich befestigt. Innerhalb des Zylinders befindet sich zwischen den Seitenwänden
11 und 12 ein passender Kolben 15, der mit irgendeiner geeigneten
Dichtung, wie z. B. den bekannten Dichtungsringen 16 und 17 versehen ist. Um eine
gegen den Flüssigkeitsdruck dichte Verbindung zwischen den Seitenwänden des Zylinders
und dessen Kopf- und Bodenteil zu schaffen; kann jede geeignete Dichtung, wie z.
B. die dargestellten Dichtungsringe 18 und 19, verwendet werden. Die Betätigung
des Kolbens 15 erfolgt mittels Flüssigkeitsdrucks, der durch am Kopfteil 9 bzw.
am Bodenteil 10 angebrachte Einlässe 20 und 21 zugeführt werden kann. Da
der Zylinder in jeder Richtung betrieben werden kann, dienen die Einlässe 20 und
21 auch als Druckauslässe für die entsprechenden Seiten des Kolbens 15: Betätigungsstangen
8 sind im Kolben 15 in beliebiger Weise befestigt, z. B. durch eine Schraubverbindung
22; sie bewegen sich frei durch den Ring 14 und den Bodenteil 10 hindurch.
Eine geeignete Packung 23 umgibt die Betätigungsstangen 8 an der unteren
Stirnseite des Teiles 10;
wie dargestellt. Wie deutlich in Fig. 2 wiedergegeben
ist, sind diese Betätigungsstangen 8 vorzugsweise vier in der Zahl. Der Kopfteil
9 und der Bodenteil 10 des Zylinders können durch beliebige Mittel miteinander verbunden
sein, z. B. mittels der die Teile durchsetzenden und an ihrer Stelle durch Muttern
25 festgehaltene Stangen 24. Der Zylinder ist oberhalb des Ofens durch geeignete
Mittel aufgehängt, z. B. mittels der Seile 3,
die durch die Lappen 26 des
Kopfteils 9 hindurchgehen und dort durch geeignete Mittel, wie die Muttern 27, befestigt
sind. Die Elektrode 5 ist innerhalb der Zylinderinnenwand 12 mit einem Abstand von
dieser angebracht.
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Wie in den Fig.1 bis einschließlich 4 gezeigt ist, sind die Klemmbacken
4 an der Unterseite des Zylinders mittels der abwärts führenden Rohre 6 durch
eine geeignete Verbindung oder Konsole 28 aufgehängt; diese kann ein im Querschnitt
rechteckiger Teil sein, wie dargestellt, der an der Unterseite des Zylinderbodenteils
10 durch Befestigungsmittel 29 befestigt ist und in vertikaler Richtung liegende
Schlitze 30 mit Queröffnungen 31 enthält. Die herabhängenden Rohre 6 sind vorzugsweise
hohl bis auf einen in die Schlitze 30
hineinragenden vollen Endteil
32, in welchem sie eine geeignete Öffnung haben, durch die ein in der Queröffnung
31 liegender Zapfen 30 ragt, um das Rohr mit der Konsole 28 zu verbinden. Die unteren
Enden der Rohre 6 sind mit den Klemmbacken 4 durch irgendwelche geeigneten
Mittel verbunden, wie z. B. die Schraubverbindung 34. Die Klemmbacke
4 besteht aus einem Kopfteil 35 und einem davon herabhängenden Teil
36 mit einer im wesentlichen vertikalen konkaven Innenfläche 37, die dem Durchmesser
der Elektrode 5 entspricht, und einer keilförmigen Außenfläche 38, an die
der Druckring 7 anliegt. Der Schuh 4 hat eine innere Höhlung 39, durch die
aus den abwärts führenden Rohren 6 Kühlwasser fließt; für jeden Schuh sind zwei
solche Rohre vorhanden, wovon das eine die Wasserzufuhr und das andere die Wasserabfuhr
besorgt.
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Der Druckring 7 ist am Kolben 15 mittels der Betätigungsstangen 8
aufgehängt. Der Druckring ist ein hohlzylindrischer Teil mit einer zylindrischen
Außenfläche 40 und einer konischen Innenfläche 41, die der keilförmigen Außenfläche
38 der Klemmbacken 4 entspricht.-Im Inneren hat der Druckring einen Hohlraum 42.
Wenigstens zwei der Betätigungsstangen 8 sind vorzugsweise hohl und mit Wassereinlässen
43 und Wasserauslässen 44 versehen, an die entsprechende Wasserzu- und -ableitungen
45 und 46 angeschlossen sind. Das Wasser fließt durch den Hohlraum 42 des
Ringes 7,
um nach Bedarf eine Wasserkühlung zu bewirken. Wie in Fig. 5 der
Zeichnung gezeigt, sind die Klemmschuhe 4 am äußeren Umfang ihres Kopfteiles
35 mit Ausnehmungen 47 versehen, die Raum für die Betätigungsstangen 8 schaffen.
Der Elektrode 5 wird elektrische Energie durch die Klemmschuhe 4 über die abwärts
führenden Rohre 6 mittels einer Klemme 48 zugeführt, an welche die Kabel
49 und 50 angeschlossen sind. Die Klemme 48 kann von üblicher zweiteiliger Konstruktion
sein und Einkerbungen haben, mit denen sie die Rohre 6 umfaßt; sie kann durch irgendwelche
geeigneten Mittel, wie durch Bolzen 51, zusammengespannt werden. Die Kabel 49 und
50 für die Leistungszufuhr können von bekannter Art mit einem die elektrische Leistung
der Klemme zuführenden Mittelrohr und einem dazu exzentrischen äußeren Rohr sein,
das mit den abwärts führenden Rohren 6 verbunden ist. Durch die äußeren Teile der
Rohre 49 und 50 fließendes Wasser wird mittels der an Muffen angeschlossenen Verbindungen
60 den Rohren 6 zugeführt und aus diesen abgeführt.
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Es sei nun die Arbeitsweise der Vorrichtung beschrieben. Sie ist gewöhnlich
oberhalb des Ofens mittels der Seile 3 aufgehängt, die sich nach aufwärts zu einer
nicht dargestellten Steuervorrichtung erstrecken, welche die Fassung und die Elektrode
in dem Maß senkt, wie diese verbraucht wird, um die Leistungszufuhr zum Ofen zu
regeln. Wenn ein genügender Teil der aus der Fassung herausragenden Elektrode verbraucht
ist, wird die kraftbetätigte Klemme gelöst und die Elektrode durch die Klemme hindurch
um die erforderliche Länge herabgelassen, worauf die Klemme wieder an die Elektrode
angelegt wird. Während des Wechsels der relativen Stellung zwischen der Elektrode
und der Klemme wird eine geeignete (nicht dargestellte) Vorrichtung mit dem oberen
Ende der Elektrode verbunden, um diese zu tragen, während die Klemme von der Elektrode
gelöst ist und in eine neue Klemmstellung auf der Elektrode bewegt wird. Das Lösen
und Wiederanlegen der Kraftklemme in bezug auf die Elektrode vollzieht sich schnell;
im Fall eines ununterbrochen betriebenen Ofens wäre die bevorzugte Arbeitsweise
die, daß zuerst die Elektrode in Arbeitsstellung selbständig gehalten wird, wie
oben erwähnt, dann die Kraftklemme von der Elektrode
gelöst und
mittels der Seile 3 die Klemme gegenüber der Elektrode aufwärts in die neue Klemmstellung
bewegt wird.
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In der Anordnung nach Fig.1 und 3 der Zeichnung und unter der Annahme,
daß die Elektrode von der Klemme getragen wird, übt ein unter den Kolben 15 des
Zylinders 1 durch den Einlaß 21 zugeführter Flüssigkeitsdruck mittels der Betätigungsstangen
8 eine nach aufwärts gerichtete Kraft auf den Druckring 7 aus, um die Schuhe
4 in gutem elektrischem Kontakt mit der Elektrode zu halten und auf diese
einen hinreichenden Druck auszuüben, damit sie in fester relativer Lage zu den Schuhen
verbleibt. Wenn gewünscht wird, die Klemme gegenüber der Elektrode zu bewegen, so
wird die Elektrode 5 zuerst vorübergehend durch (nicht dargestellte) Haltemittel
gestützt oder aufgehängt; hierauf wird der Flüssigkeitsdruck im Zylinder unter dem
Kolben 15 ausgelassen, und es wird Flüssigkeitsdruck oberhalb des Kolbens 15 durch
den Einlaß 20 zugeführt, um den Kolben nach abwärts zu bewegen, der hierbei
die Betätigungsstangen 8 und den Druckring 7 mitnimmt. Wenn sich die Keilfläche
41 des Druckringes abwärts bewegt, so löst sie sich von den Schuhen 4 und
erlaubt diesen, frei von der Elektrode weg zu schwingen. Die herabhängenden Rohre
6 haben zu diesem Zweck eine begrenzte Schwenkbarkeit um ihre Tragzapfen 33. Die
gesamte Fassung, einschließlich Zylinder, Klemmschuhen und Druckring, wird dann
mittels der Seile 3 in bezug auf die Elektrode 5 nach aufwärts bewegt. Es wird dann
wieder Flüssigkeitsdruck in den Zylinder unter den Kolben 15 eingelassen und oberhalb
des Kolbens 15 aus dem Zylinder ausgelassen, um den Kolben, die Betätigungsstangen
und den Druckring 7 in bezug auf die Schuhe 4 aufwärts zu bewegen und die Schuhe
nach innen gegen die Elektrode zu pressen, so daß der nötige elektrische Kontakt
und die mechanische Tragkraft zwischen den Schuhen und der Elektrode hervorgebracht
wird. Hierauf wird die zeitweilige Unterstützung von der Elektrode gelöst, und der
Vorschub der Elektrode nach unten wird mittels der Seile 3 fortgesetzt.
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Die hier betrachtete Kraftklemme wird bei Elektroden verwendet, die
im Verhältnis zu ihrem Durchmesser beträchtliche Länge haben, und der Elektrodendurchmesser
beträgt bis zu 75 cm und mehr. Diese Elektroden sind daher recht schwer und in der
vorgeformten Ausführung recht starr. Es muß daher sowohl zur Herstellung guten elektrischen
Kontaktes als auch zur Schaffung des körperlichen Haltes von den Klemmbacken oder
-schuhen auf die Elektrode ein beträchtlicher Druck ausgeübt werden. Wie vorhin
angegeben, haben die Elektroden eine handelsübliche Toleranz bis zu -f- 2 % im Durchmesser,
so daß das Ausmaß des Drucks, der erforderlich ist, um mittels der Klemmschuhe körperlichen
Halt und elektrischen Kontakt hervorzubringen, von Elektrode zu Elektrode vom selben
Handelsdurchmesser und an längs der Elektrode versetzten Stellen wechseln kann.
Da der Zylinder und der in ihm eingeschlossene Kolben die Elektrode in bestimmtem
Maßverhältnis umgeben, nimmt die Druckfläche des Kolbens im Zylinder zu, wenn der
Durchmesser der Elektrode zunimmt. Es steht daher jederzeit ein angemessener Druck
zur Verfügung, um das erforderliche Zusammenwirken des Druckringes und der Klemmschuhe
für die Sicherstellung des gewünschten elektrischen Kontaktes und körperlichen Haltes
der Elektrode herbeizuführen.
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Die Kraftklemme kann entweder in Verbindung mit oben geschlossenen
oder mit oben offenen öfen verwendet werden, je nach den besonderen Arbeitsgängen,
die im Ofen ausgeführt werden sollen. Wird die Klemme bei einem Ofen mit geschlossener
Decke verwendet, so ist sie mit der Wasserkühlung der stromführenden Teile gewöhnlich
hinreichend vor der Ofenhitze geschützt. Wird sie dagegen bei einem oben offenen
Ofen verwendet, so ist es gewöhnlich wünschenswert, andere Teile oder die ganze
Klemme mit Wasser zu kühlen. Wie in Fig.1 und 6 der Zeichnung gezeigt ist, werden
sowohl die Klemmschuhe als auch der Druckring durch einen dauernden Strom von Wasser
durch die abwärts führenden Rohre 6 und die Stützstangen 8 gekühlt. Im Fall schwerer
Arbeitsbedingungen kann es auch erwünscht erscheinen, den Zylinder 2 mit Wasser
zu kühlen. Dies kann auf mannigfache (in der Zeichnung nicht dargestellte) Arten
geschehen. Eine brauchbare Ausführung würde darin bestehen, daß die äußere Seitenwand
11 und der Zylinderboden 10 mit einem hohlen Mantel umgeben werden, durch den ein
verfügbares Kühlmittel, wie Wasser, dauernd in Umlauf gesetzt wird.
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Im vorstehenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
beschrieben; der Fachmann wird viele Abwandlungsmöglichkeiten der besonders dargestellten
Konstruktion erkennen. Die besonders beschriebenen Ausführungseinzelheiten sind
daher nur zur Erläuterung bestimmt und haben keine einschränkende Bedeutung, soweit
sie nicht für die Erfüllung des Erfindungszweckes notwendig sind.