DE3543278C1

DE3543278C1 - Ofengefaess eines Gleichstrom-Lichtbogenofens mit Bodenelektroden sowie zugehoerige Bodenelektrode

Info

Publication number: DE3543278C1
Application number: DE3543278A
Authority: DE
Inventors: Ewald Feuerstake
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1985-12-05
Filing date: 1985-12-05
Publication date: 1987-07-02
Also published as: SE465893B; SE8605197D0; GB8628875D0; FR2591325A1; US4754464A; GB2184527A; FR2591325B1; SE8605197L; GB2184527B

Description

Die Erfindung betrifft ein Ofengefäß eines Gleichstrom-Lichtbogenofens mit Bodenelektroden sowie eine Bodenelektrode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 11.

Aus der gattungsbildenden EP-OS 00 58 817 ist ein Ofengefäß bekannt, bei dem zur Ableitung des Anodenstromes im Mittenbereich des Gefäßbodens Kontaktvorrichtungen vorgesehen sind. Diese Kontaktvorrichtungen bestehen aus einer Vielzahl parallel zur Gefäßachse verlaufender, im feuerfesten Material gehaltener Metallstifte. Die Feuerfestauskleidung des Ofengefäßes und die Metallstifte werden thermisch extrem hoch belastet und unterliegen daher starkem Verschleiß. Da der Verschleiß örtlich begrenzt im Bereich einer Einzelelektrode auftreten kann, besteht insbesondere die Gefahr eines Durchbruches. Eine Standzeiterhöhung kann erreicht werden durch intensive Kühlung. Bei dieser Kontaktelektroden-Anordnung werden die Elektrodenhälse durch ein Fluid gekühlt. Da aufgrund der hohen Gefahr einer Verpuffung der Kontakt der Schmelze mit dem sonst üblicherweise bei Kühlanlagen eingesetztem Kühlmedium Wasser vermieden werden muß, wird häufig mit Luft gekühlt. Diese Kühlung ist aber bei weitem nicht ausreichend.

Ebenfalls ein Ofengefäß eines Gleichstrom-Lichtbogenofens ist aus der EP-OS 01 24 490 bekannt. Wie bei dem vorstehend genannten Stand der Technik ist auch hier für die Elektroden eine Außenkühlung vorgesehen.

Schließlich sei noch die DE-OS 33 39 514 erwähnt, die Elektroden für einen Gleichstrom-Lichtbogenofen offenbart, die aus mehreren Elementen zusammengesetzt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein zuverlässiges und instandhaltungsgünstiges Ofengefäß gattungsgemäßer Art zu schaffen, das eine hohe Standzeit besitzt und Bauteile aufweist, die nach Einsatz im Verschleißbereich wieder verwendbar sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 und 12 dargelegt.

Erfindungsgemäß ist eine wärmebeständige, den elektrischen Strom leitende Schicht in der Feuerfestauskleidung, vorzugsweise im Boden, vorgesehen, die parallel zum Mantel des Gefäßbodens geführt ist und dabei zum Herdinneren wie zum Mantel beabstandet ist. Diese Schicht, die vorzugsweise aus Graphitstein aufgebaut ist, weist Bohrungen auf, durch die die Bodenelektroden führbar sind, wobei die Wandungen der Bodenelektroden und der Feuerfestauskleidung wärmeübergangsmäßig in innigem Kontakt stehen. Dieser Kontakt wird entweder erreicht durch enges Tolerieren der Bohrungen in der Auskleidung und der Elektroden oder es ist zwischen der Feuerfestauskleidung und den Elektroden eine Kontaktmasse einbringbar. Die Kontaktmasse weist Eigenschaften auf, Wärme und elektrischen Strom zu leiten. Hierdurch wird die Wärme, die zum einen aus dem Schmelzprozeß, zum anderen aus der hohen Stromenergie herrührt, auf eine größere Anzahl von Kühlelementen verteilt. Durch gute Stromleitung mittels des Kühlungselementes wird die Strom wärme verringert und damit tritt weniger Verlust aufgrund geringerer Eigenerwärmung auf. Die bessere Wärmeabfuhr bewirkt dabei durch Ver meidung von Temperaturspitzen eine Vergleichmäßigung und eine Ver minderung des Verschleißes der Feuerfestauskleidung. Es wird aber nicht nur die Standzeit der Feuerfestauskleidung erhöht, sondern gleichzeitig wird ihre Betriebsmittelnutzungsminderung berechenbar. Hierdurch ist eine Beschädigung der die Wärme und den Strom leitenden Schicht vermeidbar, so daß diese Schicht für eine weitere Ofenreise wieder einsetzbar ist.

Die Bodenelektroden des gattungsgemäßen Ofens setzen sich aus minde stens zwei Bauteilen, einem Verschleißelement und einem Kühlungsele ment zusammen. Erfindungsgemäß weist das Verschleißelement eine axiale Sackbohrung auf, in die das Kühlungselement einführbar ist. Im Normalbetrieb wird das Verschleißelement nicht soweit aufgebaut, daß das Kühlungselement zerstört wird. Das buchsenförmige Kühlungsele ment, das fertigungstechnisch deutlich teurer ist, kann unbeschädigt wiederverwendet werden. Hierdurch werden die Kosten zur Instandhal tung des Ofens deutlich gesenkt.

Als Werkstoff der Verschleißelemente ist ein den der Schmelze ver gleichbarer Werkstoff einsetzbar. Hierdurch ist eine Veränderung der Schmelze, beispielsweise ein Auflegieren oder ähnliches, unterbindbar.

Die Bodenelektroden weisen Befestigungselemente auf, die ein leichtes Auswechseln erlauben. Die Sackbohrung im Verschleißelement und die Kühlungsbuchse sind so gestaltet, daß beide Elemente eng aneinander preßbar sind und einen maximalen Wärmeübergang aufweisen.

Die Kühlungsbuchse, die gegenüber dem Ofenmantel isoliert ist, be steht dabei vorzugsweise aus Kupfer. Durch die Duktilität des Kupfers wird die Wiederverwendbarkeit der Kühlungsbuchse beim Einsatz in Verschleißelementen, die innerhalb einer gewissen Toleranz unterein ander unterschiedliche Durchmesser aufweisen, verbessert.

Zum Kühlen der Kühlungsbuchsen bieten sich flüssige Medien an. Als Kühlungsmedium sind auch flüssige Metalle einsetzbar (vgl. EP 00 12 050 A1). Beim Einsatz von metallischem Kühlmedium wird die Kühlungsbuchse mit einer Heiz vorrichtung versehen, die ein Einfrieren des Mediums verhindert.

Erfindungsgemäß werden die Bodenelektroden mit den stromunterbre chenden Schaltelementen aufweisenden Stromzuführungen versehen. Die Schaltelemente sind dabei getrennt ansteuerbar. Durch gezieltes kurzzeitiges Unterbrechen einzelner Stromzuführungen besteht die Mög lichkeit, den Lichtbogen "umlaufen" zu lassen. Hierdurch wird posi tiver Einfluß auf den Verschleiß in einem Größenbereich des Ofens, insbesondere des Ofenbodens, genommen, da insgesamt eine Vergleich mäßigung bei gleichzeitiger spürbarer Minderung der Wärmebelastung eintritt. Bei gezielter Auswahl und längerer Unterbrechungszeit ein zelner Elektroden ist ein schrägbrennender Lichtbogen erzielbar. Die Folge ist eine Verminderung einzelner wärmemäßig hochbelasteter Stellen im Ofen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt. Die Figuren der Zeichnung zeigen

Fig. 1 die Anordnung der Elektroden im Boden, inklusive der Stromzuführung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Bodenelektrode.

Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt des Ofens 10, und zwar einen Teil des Gefäßbodens 11 im Bereich des Ofenherdes 14, mit dem Mantel 12 und der Feuerfestauskleidung 20. Die Feuerfestauskleidung 20 setzt sich dabei zusammen aus der Feuerfestmasse 25, einer parallel zum Mantel angeordneten wärmebeständig und elektrisch leitenden Schicht 21 sowie einer zwischen dem Mantel 12 und der Schicht 21 angeordneten wärme beständigen, aber elektrisch nicht leitenden Schicht 23. In den drei Schichten der Feuerfestauskleidung 20 sind Bohrungen 22 eingebracht, in denen sich die Bodenelektroden 30 befinden. Zwischen den Boden elektroden 30 und dem Ofenmantel 12 sind elektrisch isolierende Elemente 13 vorgesehen. Die Bodenelektroden 30 setzen sich zusammen aus dem Verschleißelement 31 und der Kühlungsbuchse 40. Die Kühlungs buchse 40 weist einen Befestigungsbund 41 auf, mit dem die Buchse über Befestigungselementen 34 am Bund 33 des Verschleißelementes 31 befestigbar ist. Der Bund 33 weist wiederum Befestigungselemente 34 auf, mit denen die gesamte Bodenelektrode am Ofen befestigbar ist. Im Verschleißelement 31 ist eine Sackbohrung 32 vorgesehen, in die ein Teil der Kühlungsbuchse 40 einpreßbar angeordnet ist. Die Verschleiß elemente 31 wiederum sind fest eingepreßt in die wärmebeständig, elektrisch leitende Schicht 21. Zur besseren Wärmeleitung ist zwischen der Schicht 21 und Verschleißelementen 31 die Kontaktmasse 24 vorgesehen. An den Kühlungsbuchsen 40 sind schematisch die Kühl mediumzufuhr und -abfuhr dargestellt. Nach der der Schmelze 60 abge wandten Seite der Kühlungsbuchsen sind die Anschlußelemente 53 der Stromzuführung 50 vorgesehen. Die Stromzuführung 50 weist Schaltele mente 51 auf, die über das Steuergerät 52 ansteuerbar sind.

In der Fig. 2 ist ergänzend zu bereits in der Fig. 1 dargestellten Positionen die Kühlungsbuchse 40 im Schnitt dargestellt. Die Küh lungsbuchse 40 ist mittels der Befestigungselemente 34 möglichst tief in die Sackbohrung 32 des Verschleißelementes 31 eingepreßt, so daß der Kopf 42 in der Kühlungsbuchse 40 den Boden der Sackbohrung be rührt. In der Kühlungsbuchse 40 ist das rohrförmige Element 43, welches zur Führung des Kühlmediums dient, angeordnet. Das rohrför mige Element 43 ist mit einer Heizvorrichtung 44 ausrüstbar. Mit der Heizvorrichtung 44 wird bei Bedarf das Kühlmedium einer vorgegebenen Temperatur gehalten.

Claims

1. Ofengefäß eines Gleichstrom-Lichtbogenofens mit Bodenelektroden, die

- am Mantel des Gefäßbodens befestigt und
- in der Feuerfestauskleidung des Ofens angeordnet sind,
- mit der im Herd befindlichen Schmelze in Berührung stehen, sowie
- im Bodenbereich mit einer Kühlvorrichtung und Anschlußelementen zur Zuführung des elektrischen Stromes versehen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Elektrode aus einem Verschleißelement (31) besteht, das die Feuerfestauskleidung vom Ofengefäß her durchdringt,
- das Verschleißelement (31) auf der dem Ofenherd (14) abgewandten Seite eine axiale Sackbohrung (32) aufweist, in die eine Kühlungsbuchse (40) eingesteckt ist,
- in die Kühlungsbuchse (40) ein rohrförmiges Element (43) zum Leiten des Kühlmediums einführbar ist und
- die Feuerfestauskleidung (20) eine parallel zum Mantel (12) des Gefäßbodens (11) geführte wärmebeständige, den elektrischen Strom leitende Schicht (21) aufweist, die die Verschleißelemente (31) der Bodenelektrode (30) in einem Teilbereich ihrer Längsausdehnung berührend umschließt.

2. Ofengefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (21) aus Graphitstein aufgebaut ist, die senkrecht zur Ausmauerungslage Bohrungen (22) aufweist, durch die die Bodenelektroden (30) führbar sind.

3. Ofengefäß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (21) durch eine den Strom isolierende Schicht Feuerfestmaterials (23) vom Mantel (12) des Ofens (10) getrennt ist.

4. Ofengefäß nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Bodenelektroden (30) und den Graphitsteinen (21) im Bereich der Bohrungen (22) eine Kontaktmasse (24) zur Leitung der Wärme und des elektrischen Stromes vorgesehen ist.

5. Ofengefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißelemente (31) aus einem der Schmelze (60) vergleichbaren Werkstoff bestehen.

6. Ofengefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verschleißelementen (31) an dem die Sackbohrung (32) aufweisenden Ende ein Bund (33) vorgesehen ist, mit dem mittels Befestigungselementen (34) die Verschleißelemente (31) am Mantel (12) des Ofens (10) befestigbar sind.

7. Ofengefäß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mantel (12) und dem Verschleißelement (31) elektrisch isolierende Elemente (13) vorgesehen sind.

8. Ofengefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlungsbuchsen (40) einen Befestigungsbund (41) aufweisen, der zum Kopf (42) der Kühlungsbuchse (40) einen Abstand aufweist, der größer ist als die Tiefe der Sackbohrung (32) des Verschleißelementes (31).

9. Ofengefäß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlungsbuchse (40) aus einem die Wärme und den elektrischen Strom leitenden Werkstoff, z. B. Kupfer, besteht.

10. Ofengefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Element (43) eine Heizvorrichtung (44) zum Erwärmen eines metallischen Kühlmediums, z. B. Zink, aufweist.

11. Bodenelektrode für Schmelzöfen mit

- Verschleißelementen, die am Mantel des Gefäßbodens befestigt sind, in die Feuerfestauskleidung des Ofens hineinragen und mit der im Ofenherd befindlichen Schmelze Kontakt aufweisen und
- mit den Verschleißelementen verbundenen Kühlungsbuchsen, die einen Innenhohlraum zur Führung eines Kühlmediums sowie Anschlußelemente zur Zuführung des elektrischen Stromes aufweisen, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (53) zur Zuführung des elektrischen Stromes Schaltelemente (51) zur Stromunterbrechung aufweisen.

12. Bodenelektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (51) mit einem Steuergerät (52) verbunden sind, durch das sie getrennt ansteuerbar sind.