DE2550671A1

DE2550671A1 - Schmelzkontaktelektrode fuer einen mit gleichstrom gespeisten lichtbogenofen

Info

Publication number: DE2550671A1
Application number: DE19752550671
Authority: DE
Inventors: Conny Dipl Ing Andersson
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1975-11-12
Publication date: 1976-05-26
Also published as: SE419929B; JPS5619960B2; JPS51102235A; FR2292397B2; GB1516710A; FR2292397A2; SE7414743L; IT1051271B; SU965370A4

Description

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Schmelzkontaktelektrode für einen mit Gleichstrom gespeisten Lichtbogenofen

Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 25 25 720.9)

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schmelzkontaktelektrode gemäß dem Patent ... (Patentanmeldung P 25 25 720.9).

Das Hauptpatent hat eine solche Schmelzkontaktelektrode zum Gegenstand, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 genannt ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schmelzkontaktelektrode - auch Bodenkontaktelektrode genannt - derart weiterzuentwickeln, daß die Kühlung derselben in verschiedener Weise durchgeführt und variiert werden kann, abhängig z.B. von der Umgebung, dem zur Verfügung stehenden Raum und den Ofenabmessungen,

Zur lösung dieser Aufgabe wird eine Schmelzkontaktelektrode nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Den Übergangsrohling erhält man z.B. bei Anwendung der Elektrode. Er entsteht normalerweise dadurch, daß das am weitesten zum Ofen-

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inneren reichende Ende des festen Rohlings schmilzt, während der übrige Teil dieses Rohlings an dem nicht geschmolzenen Teil des Rohlings festsitzt. Dieser Übergangsrohling kann mit dem festen Stahl- oder Eisenrohling vollkommen integriert sein und aus einem Teil bestehen, wobei der Rohling beim Betrieb der Bodenkontaktelektrode teilweise schmilzt.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Pig. 1 eine Bodenkontaktelektrode mit einem Rohling aus mehreren Metallen,

Fig. 2-5 verschiedene räumliche Anordnungen der Bodenkontaktelektroden,

Fig. 6 eine Elektrode mit konischer Hülle,

Fig. 7 einen Schnitt durch die Elektrode nach Fig. 6,

Fig. 8 eine luftgekühlte Elektrode,

Fig. 9 eine wassergekühlte Elektrode mit konischer Hülle,

Fig. 10 - 12 die Erstarrungsverhältnisse bei verschiedenen Elektrodenarten,

Fig. 13-14 eine in einem Anbau des Ofens angebrachte Bodenkontaktelektrode,

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Fig. 15 einen Ofen in Seitenansicht mit zwei Bodenkontaktelektroden,

Fig. 16-18 weitere Ausführungsformen der Bodenkontaktelektrode .

Fig. 1 zeigt eine unter dem Schmelzenspiegel angeordnete Bodenkontaktelektrode, die aus einem festen Rohling .1 aus Kupfer oder anderem elektrisch leitenden Material besteht, an dem ein Zwischenrohling 2 aus Eisen oder Stahl angebracht ist, welcher an seinem am weitesten in den Ofen ragenden Ende eine Schmelzzone 3 am Übergang zur Schmelze 4 im Ofen hat. Dieser Rohling besteht also aus einem Teil, der an den übrigen Rohling angeschmolzen ist, und bei seiner Anbringung ist ein Teil dieses Rohlings geschmolzen und von der Schmelze im Ofen aufgenommen worden. Die Verbindung zwischen den Rohlingen 2 und 1 besteht vorzugsweise aus einer Lötnaht 5, jedoch sind auch andere herkömmliche Verbindungsarten denkbar. Die Elektrode ist in einer Stampfmasse 6 von üblicher feuerfester Art eingebettet, die von Ziegeln 7 umgeben ist. Die Futtermasse ist in eine metallische Hülle 8 angeschlossen, die mit Kühlwasserkanälen 9 zur Flüssigkeitskühlung der Bodenkontaktelektrode versehen ist, wodurch|rerhindert wird, daß die Schmelzgrenze 3 zu weit zum Anschluß stück der Elektrode 10 wandert.

Man will natürlich auch verhindern, daß der Eisen- oder Stahlrohling 2 von der Schmelze völlig aufgenommen wird und die Schmelze mit dem Kupferstück in Kontakt kommt, das einen nie-

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drigeren Schmelzpunkt hat und somit, wenn dies geschähe, schnell zerstört werden würde. Der Eisen- und Stahlrohling 2 dient somit ebenfalls als Schutz für den Kupferrohling. Die Bodenkontaktelektrode ist im gezeigten Fall durch eine Übergangszone von geschmolzenem Eisen zu festem Eisen gekennzeichnet, doch ist auch eine Übergangszone von geschmolzenem Eisen zu Kupfer denkbar, wenn die Kühlung ausreichend intensiv ist. Doch normalerweise will man einen erstarrten Teil des Schmelzeninhalts auf dem Kupferrohling haben. Die Elektrode bildet somit einen Übergang von geschmolzenem Material 4 zu festem Material 1-2, und die Kühlung kann zumindest teilweise durch Luft geschehen. Eine flüssigkeitskühlung kann auch am äußeren Teil der Elektrode vorgesehen sein. Wie bereits erwähnt, bezieht sich die Erfindung auf gleichstromgespeiste Lichtbogenofen mit einer oder mehreren Arbeitselektroden, die als Kathode geschaltet sind, Bei derartigen Öfen bildet sich ein Lichtbogen zwischen der negativen Arbeitselektrode und der Schmelze aus. Ein Lichtbogen zwischen der Schmelze und der positiven Elektrode ist nicht erwünscht, da der Hauptteil der Lichtbogenenergie an der Anode freigesetzt wird und diese dann schnell verbraucht werden würde. Dies ist der Grundjdafür, daß man die als Anode geschaltete Bodenkontaktelektrode gemäß der Erfindung anordnet. Das Problem, welches durch die Erfindung gelöst wird, besteht also darin, Strom auf andere Weise als über einen Lichtbogen zur Schmelze zu leiten. Gemäß der Erfindung wird der Strom durch die Bodenkontaktelektrode geleitet, die also einen Übergang von elektrisch leitendem festem Material zur Schmelze enthält.

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Die Bodenkontaktelektrode befindet sich in einem durch, die Ausfütterung gehenden Öffnungskanal 4. Der Querschnitt dieses Kanals kann kreisförmig sein oder eine andere geeignete Form haben. Der Querschnitt kan konstant sein, abnehmen oder von der Schmelze nach außen hin zunehmen, und der Kanal kann gerade oder gebogen sein. Der Öffnungskanal 4 kann an einer beliebigen Stelle in der Ausfütterung angeordnet sein, wo er in Kontakt mit der Schmelze gelangt.

Die Figuren 2-5 zeigen Beispiele für verschiedene Plazierungen eines Öffnungskanals mit konstantem Querschnitt. Der Öffnungskanal 12 in Fig. 2 erweitert sich etwas an seinem zum Ofeninneren gelegenen Ende. Wie oben erwähnt, ist der Kanal mit einem oder mehreren metallisch leitenden Materialien gefüllt, und die Schmelze dringt eine gewisse Strecke in den inneren Teil des Kanals ein. Daran schließt sich die Übergangszone vom flüssigen zum festen Material an, welches letztere den Rest des Kanals ausfüllt. Wie bereits erwähnt, gibt es für das feste Material drei Alternativen, nämlich 1. nur Eisen oder Stahl von der Schmelzzone bis nach außen bzw. nur ein anderes metallisches Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als Eisen, beispielsweise Kupfer, 2. ein Material mit einer höheren Schmelztemperatur als Eisen oder 3. erstarrtes Eisen unmittelbar an der Schmelze und dahinter Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als Eisen, beispielsweise Kupfer. Selbstverständlich ist die Kühlung hierbei wichtig, um den Kupferteil zu schützen. In Fig. 3 werden zwei Bodenkontaktelektroden 13» 14 gezeigt, die seitlich der Symmetrieachse des Ofens angeordnet sind.

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In Pig. 4 sind diese Öffnungskanäle 15, 16 in der Nähe des Schmelzenspiegels angeordnet, münden aber unterhalb demselben. Figo 5 zeigt eine alternative Ausführungsform mit geraden Öffnungskanälen für die Bodenkontaktelektröden 17, 18, die unter dem Schmelzenspiegel im Ofen münden.

Fig. 15 zeigt eine Seitenansicht eines Ofens, bei dem die Bodenkontaktelektroden 19, 20 unter dem inneren Teil der Gieß schnauze 21 bzw. unter der Schlackenluke 22 angeordnet sind, was sich als günstig erweisen kann. Der Ofen ist ferner mit einem Umrührer 23 ausgerüstet.

Die Figuren 13 und 14 zeigen eine Ausführungsform einer Bodenkontaktelektrode 24, die in einem Anbau des Ofens angeordnet ist, der mit dem Hauptinnenraum des Ofens in Verbindung steht. Der feste Rohling 25 liegt hier in einem gebogenen Öffnungskanal, und die Kühlung besteht zu einem wesentlichen Teil aus einer Wasserkühlung 26, die außerhalb der Gießmasse 27 angeordnet ist. Die Gießschnauze befindet sich an der mit 28 bezeichneten Stelle.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer indirekten Kühlung, bei der die Futtermasse 29 in einer konischen Hülle 30 untergebracht ist. Die Hülle besteht aus einem die Elektrode 31 umgebenden Blech. Die erstarrte Übergangszone zwischen dem festen und dem geschmolzenen Teil der Elektrode ist mit 32 bezeichnet. Die Wärme wird hierbei durch das Futter 29 geleitet, welches gestampft oder gegossen ist und eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit hat. Infolge der Konizität des Bleches nimmt die Kühl-

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intensität zum äußeren Ende der Elektrode Mn kontinuierlich, zu.

Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch die Elektrode gemäß Figo 6, wobei der zentrale Rohling 31 innerhalb der Futtermasse 29

/ⁱⁿ erkennbar ist. Der Querschnitt isx diesem Ausführungsbeispiel kreisförmig, jedoch, sind auch, andere Querschnittsformen möglich.

Fig. 8 zeigt eine direkte Luftkühlung der Elektrode an dem durch die Pfeile 33 gekennzeichneten Bereich. Auf ähnliche Art ist auch, eine direkte Wasserkühlung möglich, wobei man jedoch vorzugsweise die Kombination einer Flüssigkeits-^und Luftkühlung wählen wird. Die Kühlung geschieht am äußeren Teil 34 der Elektrode außerhalb des Ofentiegels oder in direktem Kontakt mit Material, das wiederum Kontakt mit der Elektrode hat.

Fig. 9 zeigt eine zumindest an ihrem äußeren Teil 35 nur aus Kupfer bestehende Elektrode, wobei an der konischen Hülle 36 flüssigkeitsgekühlte Leiter 37 angeordnet sind. Die Elektrode kann auch nur aus Eisen bestehen und im Boden angeordnet sein, und zwar mit direkter und indirekter Wasserkühlung, eventuell auch oder nur mit Luftkühlung.

Die Figuren 10 - 12 zeigen drei Ausführungsformen von Bodenkontaktelektroden mit zugehörigen Temperaturkurven. Die Temperatur T ist auf der Ordinate in Abhängigkeit der axialen Stelle der Bodenkontaktelektrode aufgetragen. Die Temperatur im Bad beträgt T, und die Temperatur im Erstarrungsabschnitt T . Die

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Erstarrungszone liegt in Pig. 10 bei 38,-und der geschmolzene Teil ist mit 39 bezeichnet. In Fig. 11 hat der geschmolzene Teil 40 die Temperatur T, . Der Teil 41 der Elektrode besteht aus einem anderen Material als Eisen. An der Stelle 42 befindet sich, wie bereits erwähnt, eine Übergangszone zwischen geschmolzenem und festem Material. Fig. 12 zeigt eine Elektrode, die aus Kupfer oder einem anderen Nichteisenmaterial 43 besteht, wobei sich an diesen Teil ein aus Eisen oder Stahl bestehender Teil 44 anschließt, der an seinem zum Ofeninneren weisenden Ende in gleicher Weise wie oben beschrieben eine Übergangszone aus erstarrtem Material 45 hat, welches aus Eisen oder Stahl besteht und im wesentlichen dem Schmelzeninhalt entspricht. T, ist die Temperatur der Ofenschmelze, währsnd T die Schmelztemperatur und T die Temperatur im festen Teil der Elektrode ist·

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Übergang vom geschmolzenen zum festen Material aus einer Erstarrungszone besteht, und daß die Lage dieser Zone von der Temperatur der Schmelze und dem Grad der Kühlung abhängt, die, wie erwähnt, eine Wasser- und/oder Luftkühlung sein kann,, Der Querschnitt der Bodenkontaktelektrode kann konstant oder variabel sein,und ihre Plazierung im Tiegel kann beliebig gewählt werden, sofern sie nur unterhalb des Schmelzenspiegels mündet. Wie erwähnt, können diese Elektroden an der Gießschnauze bzw. an der Schlackenluke liegen und sich auch am Tiegel entlang erstrecken. Man kann am Tiegel auch eine separaten Anbau anbringen und die Bodenkontaktelektroden dort plazieren. Die Wasserkühlung kann direkt und/oder indirekt sein. Auch ist ein anderes Kühlmittel als

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Wasser denkbar, wie z.B. Luft, Dampf oder dgl. Die Ausfütterung der Bodenkontakte kann, wie erwähnt, konisch sein, allerdings auch zylindrisch, ebenso wie der Elektrodenrohling.

Bei einem Kupferteil muß an diesem eine Stahlstange festgelötet oder auf andere Weise befestigt v/erden, die auf die Schmelze gerichtet ist oder mit einer Erstarrungszone an der Schmelze versehen ist, die man bei der ersten Inbetriebnahme erhält. Die Erstarrungszone kann natürlich auch aus Kupfer oder dem Rohling bestehen, der zu dem festen Teil gehört.

In den Figuren 16 und 17 werden zwei weitere alternative Ausführungsformen der Bodenkontaktelektrode gezeigt. Die Bodenkontaktelektrode besteht hier aus einem nach innen schmaler werdenden Metallstück 46 aus Kupfer oder einem anderen Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, das mit eingegossenen Kühlrohren 47 und mit einer erstarrten Übergangszone 48 an der Schmelze versehen ist. Pig. 17 zeigt eine schräg nach unten gerichtete Bodenkontaktelektrode, die unterhalb des Schmelzenspiegels mündet und mit Aussparungen 49 für die Wasserzufuhr bei 50 und den Wasserabfluß bei 51 versehen ist. Das Anschlußkontaktstück 52 ist hier seitlich der Bodenkontaktelektrode angeordnet. Eine solche Bodenkontaktelektrode ist durchbruchsicher, da sie mit ihrem äußeren Teil über dem Schmelzenspiegel liegt. ο

oo Figur 18 zeigt eine alternative Ausführungsform mit einer ro

^J horizontalen Platte 53 aus Kupfer oder einem anderen Metall, ver-

^ sehen mit Organen 54 zur Wasser- oder Luftkühlung. Die Boden-

<o kontaktelektrode 55 hat einen festen und einen flüssigen Teil, und das äußere Futter 56 kann wasser- oder luftgekühlt

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sein. Die Stromzufuhr erfolgt bei 57, und der Abstand 58 kann sehr kurz oder sehr lang sein.

Die Erfindung kann im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

- 11 Patentansprüche:

1.7 Schmelzkontaktelektrode für einen mit Gleichstrom gespeisten Lichtbogenofen gemäß Patent ... (Patentanmeldung P 25 25 720.9), bestehend aus mindestens einem Rohling aus Stahl oder Eisen, der in Futtermaterial eingebettet und von einer Hülle umgeben ist, deren Außenseite zumindest teilweise kühlbar ist, und der in einen Kanal für Schmelze reicht, der mit dem Ofenraum in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Schmelzkontaktelektrode ein Rohling aus Kupfer oder Bisen oder ein aus Eisen und Kupfer zusammengesetzter Rohling gehört, wobei das Eisen an dem der Schmelze zugewandten Ende liegt, und daß an diesem festen Rohling ein Übergangsrohling in Richtung zur Schmelze angebracht ist oder bei Anwendung der Elektrode angebracht wird, der aus erstarrtem Material aus Stahl oder Eisen besteht.

2. Schmelzkontaktelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Ofentiegel weisende Teil der Hülle mit Wasserkühlorganen versehen ist, während die übrigen Teile ganz oder teilweise wassergekühlt sind.

3· Schmelzkontaktelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil der Hülle oder der Elektrode luftgekühlt ist.

4. Schmelzkontaktelektrode nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die Futtermasse an der Elektrode innerhalb einer konischen Hülle konisch geformt ist, wobei die

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konische Hülle vorzugsweise mit Rohren zur Flüssigkeitskühlung versehen ist.

5. Schmelzkontaktelektrode nach einem der Ansprüche 1-4» dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkontaktelektrode an der Unterseite des Ofens, im wesentlichen unter dem inneren Teil der Gießschnauze und/oder unter der Schlackenluke oder in einem mit dem Ofen in Verbindung stehenden Anbau angeordnet ist.

6. Schmelzkontaktelektrode nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling in der Elektrode wenigstens an seinen äußeren Teilen mit Aussparungen (51) für Wasserkühlrohre oder mit eingegossenen Kühlrohren versehen ist.

7. Schmelzkontaktelektrode nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling in der Elektrode horizontal (Hg. 16) oder schräg (5Ig. 17) von einem äußeren höheren Niveau zu einem inneren tieferen Niveau angeordnet ist, welches letztere unterhalb des Schmelzspiegeis im Ofen liegt.

8. Schmelzkontaktelektrode nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der metallischen Teile in der Elektrode geschmolzen und/oder fest, in Richtung vom Ofeninneren nach außen über die ganze Länge oder teilweise abnehmen.

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