DE1293360B - Einrichtung zur Halterung und Stromversorgung einer Abschmelzelektrode in einem Lichtbogenofen - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Halterung und Stromversorgung einer Abschmelzelektrode in einem Lichtbogenofen, insbesondere in einem Vakuumlichtbogenofen, mit einer in der verlängerten Elektrodenachse angeordneten Elektrodenhaltestange, deren unteres Ende als Tragkopf ausgebildet ist, und mit am Tragkopf angeordneten Haltevorrichtungen, die in Ausnehmungen am Elektrodenkopf eingreifen.
• Zum störungsfreien Betrieb eines Lichtbogenofens, beispielsweise eines Vakuumlichtbogenofens, bei dem das zu schmelzende Metall in Form einer Ab" schmelzelektrode vorliegt, ist vor allem eine sicheie Halterung für die Abschmelzelektrode und eine einwandfreie Schmelzstromzufuhr eines der wichtigsten Probleme. Dies wird besonders deutlich, wenn man bedenkt, daß Abschmelzelektroden von sehr beachtlichem Gewicht, beispielsweise von 10 bis etwa 50 t, in einem Schmelzvorgang geschmolzen werden, und daß dabei Schmelzstromstärken von größenordnungsmäßig I0000 bis 30 000 Amp. benutzt werden. Die Schmelzzeit beträgt hierbei etwa 40 Stunden. Während dieser langen Schmelzzeit dürfen keinerlei Störungen auftreten, sei es an der Halteeinrichtung für die Abschmelzelektrode oder bei der Schmelzstromzufuhr, da dies eine Verwerfung der gesamten Charge, die einen sehr erheblichen Wert darstellt, zur Folge hätte.
• Bei bekannten Vakuumlichtbogenöfen erfolgt die Halterung der Abschmelzelektrode und die Schmelzstromzuführung oft in der Weise, daß ein am unteren Ende der Elektrodenhaltestange angebrachter Spannkopf, über den gleichzeitig der Schmelzstrom zugeführt wird, -das obere Ende der Abschmelzelektrode oder einen an diese angeschweißten Elektrodenstummel einklemmt und hält. Die Ausbildung des Spannkopfes ist von besonderer Bedeutung, da er nicht nur die Last der Abschmelzelektrode sicher auf die Elektrodenhaltestange übertragen soll, sondern auch einen einwandfreien Stromübergang zwischen der Elektrodenhaltestange und dem Stummel gewährleisten muß. Außerdem - muß er möglichst leicht befestigt oder gelöst werden können, damit die Totzeit des Lichtbogenofens gering gehalten wird. Hinzu kommt schließlich noch, daß der Spannkopf sich nicht lösen darf, wenn beispielsweise während des Betriebes des Ofens die Abschmelzelektrode bis zum Aufsetzen abgesenkt wird oder beim Anschweißen des Stummels an die Abschmelzelektrode im Ofen selbst dieses Aufsetzen ein Teil des- normalen Arbeitsvorganges darstellt.
• Es sind schon viele Vorschläge gemacht worden, um diese zu lösen. Bei einigen Einrichtungen werden um den Kopf der Abschmelzelektrode angeordnete. Klemmsegmente senkrecht. zur Elektrodenachse gegen den Elektrodenkopf gepreßt und so das Elektrodengewicht durch Klemmwirkung gehalten. Die Anpressung geschieht durch Verschraubungen oder unter dem Einfluß des Elektrodengewichtes durch Klemmgesperre.
• Bekannt ist eine Halteeinrichtung, bei der das untere Ende der Elektrodenhaltestange und der Elektrodenkopf leicht kegelig gestaltet sind, wobei die Grundflächen dieser beiden Kegelstümpfe einander gegenüberliegen.
• Um diese kegeligen Enden sind KIemmschalen angeordnet, die eine entsprechende doppelkegelige Innenfläche besitzen und radial in einer Stahlhülse gehalten werden. Mittels eines Exzenters, der zwischen den Stirnflächen des Elektrodenkopfes und der Elektrodenhaltestange verspannt wird, werden diese in die kegeligen Flächen der Klemmschalen eingedrückt. Zur Aufnahme der zum Festklemmen der Elektrodenköpfe mittels Klemmsegmenten oder Klemmschalen erforderlichen großen Radialkräfte sind entsprechend starke Hülsen notwendig.
• Eine bekannte Elektrodenhalteeinrichtung der eingangs genannten Art weist ein an das untere Ende der Elektrodenhaltestange angeschraubtes Spannteil auf, um dessen unteres Teil spannpratzenartige Klemmlaschen angeordnet sind, die nach unten über das Spannteil hinausragen. Zwischen diese Klemmlaschen wird der entsprechend geformte Elektrodenkopf eingeschoben und durch das Festziehen der Spannschrauben in das Spannteil zwischen den Laschen festgeklemmt. Zur Unterstützung der Klemmwirkung können noch Schrauben durch Löcher am unteren Teil der Klemmlaschen gesteckt und in den Elektrodenkopf eingeschraubt werden.
• Die Aufnahme des Elektrodengewichtes und die Stromzufuhr erfolgt bei allen diesen Elektrodenhalteeinrichtungen über dieselben Flächen. Bei hohem Schmelzstrom tritt eine starke Erwärmung an den Übergangsstellen und damit der ganzen Halteeinrichtung ein, die eine Dehnung und auch eine Lockerung von beispielsweise Schraub- oder Anpreßverbindungen zur Folge hat. Eine betriebssichere Halterung der Abschmelzelektrode und eine einwandfreie Schmelzstromzuführung ist dann nicht mehr gewährleistet. Darüber hinaus sind diese Einrichtungen meist nicht griffest genug, um Abschmelzelektroden mit 6ewichten. von mehreren Tonnen, so z. B. von bis zu 50 t, sicher zu halten. Alle diese Halteeinrichtungen müssen zum Schließen und Öffnen vor bzw. nach der Schmelze von Hand betätigt werden. Ein großer Nachteil ist hierbei, daß mechanische Vorrichtungen nicht geschmiert werden können und bei der großen thermischen Belastung im Vakuum sich leicht festfressen können bzw. sich nur sehr schwer lösen lassen. Bei diesen Klemmeinrichtungen können auch kleine Metallteile zwischen den Klemmbacken und dem Elektrodenkopf eingeklemmt werden, die infolge des hohen Schmelzstromes herausbrennen, wodurch der Stromübergang an diesen Stellen verschlechtert wird. Alle die bekannten Vorrichtungen erfordern außerdem noch beim Einspannen der Abschmelzelektrode bzw. des an sie angeschweißten Stummels eine exakte Koaxialstellung zur ElektrodenhaItestange. Diese Forderung ist bei Abschmelzelektroden von großem Gewicht und im rauhen Betrieb des Stahlschmelzens praktisch nur unter erheblichem technischem Aufwand möglich._ Bei Elektrodenhalteeinrichtungen ist es an sich bekannt, die Halterung der Elektrode und die Schmelzstromzufuhr nicht mittels derselben Elemente und über dieselben Flächen zu bewirken. So wird bei einer Halterung für selbstbackende nicht abschmelzende Elektroden durch einen oberen Backensatz der Schmelzstrom zugeführt und durch einen unteren die Elektrode gehalten. Bei einer anderen Ausführung einer Einrichtung zur Halterung und Stromversorgung einer Abschmelzelektrode wird mittels eines Vorschubrollenpaares mit waagerechten Achsen die senkrechte Elektrode eingeklemmt und in dem Ofen vorgeschoben, während über ein oder zwei federnd angepreßte Rollenpaare der Strom zugeführt wird. Eine solche Rollenhalteeinrichtung eignet sich nicht für Elektroden aus Metallschwamm und ebenfalls nicht für solche mit einem Gewicht in der Größenordnung von mehreren Tonnen wegen der Durchrutschgefahr. Sie haben deshalb auch in der Technik keine Bedeutung erlangt.
• Andere bekannte Vorrichtungen zur Halterung und Schmelzstromzuführung für nichtabschmelzende Elektroden, beispielsweise Graphitelektroden, von Lichtbogenöfen eignen sich schon auf Grund ihrer Ausführungsformen nicht für Abschrnelzelektroden von Vakuumlichtbogenöfen, bei denen der Ofenraum während des Schmelzprozesses hermetisch dicht nach außen abgeschlossen ist, und die Abschmelzelektrode laufend entsprechend ihrer Abschrnelzgeschwindigkeit verschoben wird: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und hoher Zuverlässigkeit das Tragen sehr schwerer Elektroden und den Betrieb mit sehr hohem Strom ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Ausnehmungen in einem zentralen Zapfen des Elektrodenkopfes oder eines damit verschweißten Elektrodenstummels angebracht sind, daß der Elektrodenkopf bzw. der Elektrodenstummel an seiner Stirnfläche außerhalb des zentralen Zapfens eine Kontaktfläche aufweist, daß auf der Elektrodenhaltestange eine diese auf einem Teil ihrer Länge umschließende stromleitende Hülse gelagert ist, an der die Stromzuführungsleitungen angeschlossen sind und die eine mit der genannten Kontaktfläche zusammenwirkende Kontaktfläche aufweist, daß die Hülse relativ zur Elektrodenhaltestange verschoben und gegen die Kontaktfläche am Elektrodenkopf bzw. am Elektrodenstummel gedrückt werden kann und daß die Hülse und die Haltevorrichtungen so ausgebildet sind, daß diese den zentralen Zapfen festhalten, wenn die Hülse nach unten geschoben ist, und ihn freigeben, wenn die Hülse nach oben geschoben ist. In bevorzugter Ausführung ist die stromleitende Hülse doppelwandig ausgebildet und mit Anschlüssen für die Zu- und Abfuhr eines Kühlmittels versehen. Die Kontaktflächen an der Hülse und an der Elektrode bzw. dem Elektrodenstummel können kegelförmig oder dachartig ausgebildet sein, wobei die Kegelspitze bzw. der Dachfirst vorzugsweise nach oben zeigt.
• Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen unter anderem darin, daß die Halterung der Abschmelzelektrode, also die Lastaufnahme, getrennt von der Schmelzstromzuführung erfolgt. Die Haltevorrichtung bzw. Tragvorrichtung für die Abschmelzelektrode wird also nicht zur übertragung des Schmelzstromes benutzt. Ein Lockerwerden der Haltevorrichtung der Abschmelzelektrode durch starke Erwärmung oder durch Aufsetzen der Abschmelzelektrode, wie das bei den bekannten Halte- und Schmelzstromzuführungsvorrichtungen der Fall ist, muß nicht mehr befürchtet werden. Die stromleitende Hülse kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung unabhängig von der Haltevorrichtung bewegt werden, so daß der Stromkontakt zwischen der Hülse und der Abschmelzelektrode bzw. dem Elektrodenstummel, an dem die Abschmelzelektrode befestigt ist, lastunabhängig durch eine Zusatzkraft, die beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch erzeugt wird, hergestellt werden kann. Durch die besondere Ausbildung der stromleitenden Hülse an dem der Abschmelzelektrode zugekehrten Ende steht zum Stromübergang zur Abschrnelzelektrode bzw. zum Elektrodenstummel eine ziemlich große Fläche zur Verfügung, so daß hohe Schmelzströme einwandfrei übertragen werden können. Die erfindungsgemäße Einrichtung bewirkt auf diese Weise eine betriebssichere Halterung der Abschmelzelektrode und eine zuverlässige Schmelzstromzuführung selbst bei großen Abschmelzelektrodengewichten und hohen Schmelzströmen.
• Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• In F i g. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 die Abschmelzelektrode bezeichnet. Sie ist mit dem Elektrodenstummel (»stub<c) 2 fest verbunden, beispielsweise verschweißt. Der Oberteil des Elektrodenstummels 2 ist kegelförmig ausgebildet und trägt die Kontaktflächen 3. Der kopfartige Teil des Stummels 2 ist mit einer konkaven Ringnut 4 versehen. Zur Halterung der Abschmelzelektrode 1 ist die Elektrodenhalte-Stange 5 vorgesehen, an der ein Tragkopf 6 befestigt ist, beispielsweise eingeschraubt. Das untere Ende des Tragkopfes 6, das der Abschmelzelektrode 1 zugekehrt ist, ist in seiner Form dem Kopfteil des Stummels 2 angepaßt. Der Tragkopf 6 besitzt weiterhin eine Haltevorrichtung, die im Ausführungsbeispiel aus Kugeln 7 besteht. Beim Abwärtsbewegen der doppelwandigen stromleitenden Hülse 8 gleiten die Kugeln 7 auf dem gewölbten unteren Innenteil 11 der Hülse 8 und werden in die Ringnut 4 eingepreßt. Die stromleitende Hülse 8 besitzt einen Kühlmittelzuführungsanschluß 9 und einen -abfuhranschluß 10. Die Vorrichtungen zur Halterung der Abschmelzelektrode 1 sind dadurch gegen Verschmutzung, Spritzer und große Erwärmung durch die gekühlte Hülse 8 geschützt. Der Stromkontakt zwischen dem Stummel 2 und der stromleitenden Hülse 8 wird durch den kegelförmig ausgebildeten Teil 12 bewirkt, der auf die Kontaktfläche 3 gedrückt wird. Der Schmelzstrom wird von einem Stromzuführungsaggregat 13 über Leitungen 14 und das Anschlußstück 15 der Hülse 8 zugeführt. Der Oberteil der Elektrodenhaltestange 5 besitzt einen kolbenartigen Teil 16, der von einem Gehäuse 17 umschlossen ist. Das Gehäuse 17 ist über Dichtungsmittel 18 gegenüber der Elektrodenhaltestange 5 abgedichtet und elektrisch isoliert und besitzt zwei Anschlüsse 19, 20 zum Einleiten bzw. Herauslassen einer Flüssigkeit oder von Preßluft, damit die Elektrodenhaltestange 5 hydraulisch oder pneumatisch relativ zu der stromleitenden Hülse 8 bewegt werden kann. Das Gehäuse 17 ist fest mit der doppelwandigen Hülse 8 verbunden. In den unteren Teil der Elektrodenhaltestange 5 sind Nuten 21 eingeschnitten, in denen Abdichtungsmittel 22 angeordnet sind, die eine hermetische Abdichtung zwischen der Elektrodenhaltestange 5 und der Innenwand der stromleitenden Hülse 8 bewirken und auch gleichzeitig beide Teile an dieser Stelle elektrisch gegeneinander isolieren. Der untere Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung befindet sich im evakuierten Ofenraum 23 eines Vakuumlichtbogenofens. Die Einrichtung wird während des Schmelzprozesses bis auf ihren oberen Teil laufend über die Dichtungen 24 durch den Wandteil 25 der Ofenhaube des Lichtbogenofens in den Ofenraum 23 hineinbewegt. Das in der F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem in F i g. 1 gezeigten dadurch, daß der Kopfteil des Stummels 2 mit einer Öse 26 versehen ist, in die zur Halterung der Abschmelzelektrode 1 ein oder mehrere Haken 27 eingreifen. Die Haken 27 sind an dem Tragkopf 6 beweglich befestigt und werden in Ruhestellung durch eine Feder 28 auseinandergedrückt. Zur Halterung der Abschmelzelektrode 1 werden sie beim Abwärtsbewegen der Hülse 8 durch dessen unteren Innenteil 29 in die Öse 26 gedrückt.
• Wie sich aus den Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt, hat die Vorrichtung noch den folgenden weiteren Vorteil.
• Die Abschmelzelektrode 1 wird an dem zentral angeordneten Kopfteil des Stummels gehalten. Beim Einsetzen der Abschmelzelektrode 1 wird dieser Kopfteil zuerst von den Haltevorrichtungen erfaßt und diese erst danach angedrückt. Beim ersten Anheben zentriert sich die Abschmelzelektrode 1 infolge ihres Gewichtes von selbst. Es ist daher nicht notwendig, die Abschmelzelektrode 1, wie bei den bekannten Einrichtungen, vor dem Befestigen genau koaxial zur Elektrodenhaltestange 5 zu justieren. Dennoch ist aber in jedem Fall ein gutes Anlegen der Stromübergangsflächen 12 an die Kontaktflächen 3 des Stummels gewährleistet. Dies vereinfacht die Chargierung eines Lichtbogenofens mit einer Abschmelzelektrode 1 sehr wesentlich.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Halterung und Stromversorgung einer Abschmelzelektrode in einem Lichtbogenofen, insbesondere in einem Vakuumlichtbogenofen, mit einer in der verlängerten Elektrodenachse angeordneten Elektrodenhaltestange, deren unteres Ende als Tragkopf ausgebildet ist, und mit am Tragkopf angeordneten Haltevorrichtungen, die in Ausnehmungen am Elektrodenkopf eingreifen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Ausnehmungen (4, 26) in einem zentralen Zapfen des Elektrodenkopfes oder eines damit verschweißten Elektrodenstummels (2) angebracht sind, daß der Elektrodenkopf bzw. der Elektrodenstummel (2) an seiner Stirnfläche außerhalb des zentralen Zapfens eine Kontaktfläche (3) aufweist, daß auf der Elektrodenhaltestange (5) eine diese auf einem Teil ihrer Länge umschließende stromleitende Hülse (8) gelagert ist, an der die Stromzuführungsleitungen (14) angeschlossen sind und die eine mit der genannten Kontaktfläche (3) zusammenwirkende Kontaktfläche (12) aufweist, daß die Hülse (8) relativ zur Elektrodenhaltestange axial verschoben und gegen die Kontaktfläche am Elektrodenkopf bzw. am Elektrodenstummel gedrückt werden kann und daß die Hülse (8) und die Haltevorrichtungen (7, 27) so ausgebildet sind, daß diese den zentralen Zapfen festhalten, wenn die Hülse nach unten geschoben ist, und ihn freigeben, wenn die Hülse nach oben geschoben ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stromleitende Hülse (8) doppelwandig ausgebildet ist und Anschlüsse (9,10) für die Zu- und Abfuhr eines Kühlmittels besitzt.
3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromleitende Hülse (8) an dem der Abschmelzelektrode (1) bzw. dem Elektrodenstummel (2) zugekehrten Ende kegelförmig ausgebildet ist und die Spitze des Kegels vorzugsweise nach oben gerichtet ist.
4. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromleitende Hülse (8) an dem der Abschmelzelektrode (1) bzw. dem Elektrodenstummel (2) zugekehrten Ende dachartig ausgebildet ist und der Dachfirst nach oben zeigt.
5. 5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stromleitende Hülse (8) gegenüber der Elektrodenhaltestange (5) vakuumdicht abgedichtet und vorzugsweise elektrisch isoliert ist.
6. 6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Elektrodenhaltestange (5) und der stromleitenden Hülse (8) an sich bekannte hydraulische oder pneumatische Einrichtungen vorgesehen sind.