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Title:
WEAR-RESISTANT ELECTRODE FOR DIRECT CURRENT ARC FURNACES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1989/011774
Kind Code:
A1
Abstract:
A process is disclosed for melting metallic materials in an arc furnace driven by direct current and having a pot-like vessel composed of a metallic envelope and of a fireproof lining, a negative electrode that extends into the vessel and is coaxial to the vertical axis of the vessel, and a positive electrode arranged in the bottom area of the vessel. In order to obtain a direct current arc furnace that has a simple design and reduced wear of the fireproof lining of the furnace and positive electrodes without affecting the melting performance, the fireproof lining (12) is heated up before loading and an arc (23) is formed between the material to be melted (40) and the negative electrode (21) in order to melt the metallic material. The direct current feedback (22) occurs through the fireproof material of the lining located in the area of the positive electrode (22), through the positive electrode (22) and through the metallic envelope (11) of the vessel.

Inventors:
FEUERSTACKE EWALD (DE)
Application Number:
PCT/DE1989/000317
Publication Date:
November 30, 1989
Filing Date:
May 17, 1989
Export Citation:
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Assignee:
MANNESMANN AG (DE)
International Classes:
C21C5/52; F27D11/08; H05B7/06; (IPC1-7): H05B7/06; F27D11/08
Foreign References:
US4766598A1988-08-23
GB2072470A1981-09-30
GB2046560A1980-11-12
EP0151415A21985-08-14
EP0150484A21985-08-07
DE298847C
EP0150483A21985-08-07
EP0124490A11984-11-07
DE3414392A11984-11-22
GB2143110A1985-01-30
FR2280286A11976-02-20
EP0255793A11988-02-10
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Einschmelzen von metallischen Materialien in einem mit Gleichstrom betriebenen Lichtbogenofen, der ein einen metallischen Mantel und eine reuerfestauskleidung aufweisendes topfförmiges Gefäß, eine koaxial zur vertikalen Gefäßachse in das Gefäß hineinragende negative Elektrode und im Bereich des Gefäßbodens positive Elektrode besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfestauskleidung (12) vor der Beschickung aufgeheizt wird und daß zum Einschmelzen des metallischen Materials ein Lichtbogen (23) zwischen dem Schmelzgut. (40) und der negativen Elektrode (21) ausgebildet wird und daß die Rückführung (25) des Gleichstromes über das im Bereich der positiven Elektrode1 (22) angeordnete Feuerfest ater al der Ausk eidung, die positive Llc t udc (22) sowie den metallischen Gefäf.iiiant el { } } ) durchgefühlt wird.
2. Gleichstrornlichtbogenofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem einen metallischen Mantel und eine Feuerfestauskleidung aufweisenden topfförmigen Gefäß, koaxial zur vertikalen Gefäßachse in das Gefäß ragende negative Elektrode und im Bereich des Gefäßbodens positive Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gefäßmantel (11) und Feuerfestauskleidung (12) ein den elektrischen Strom leitendes Feuerfestmaterial (22) vorgesehen ist, das als positive Elektrode dient, und daß zwischen Gefäßmantel (11) und Feuerfestauskleidung (12) außerhalb der positiven Elektrode (22) eine Isolierschicht (30) vorgesehen ist, die den elektrischen Strom nicht leitet.
3. Gleichstrornlichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode (22) ringförmig ausgebildet ist.
4. Gleichstrornlichtbogenofen na^h Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der positiven Elektrode (22) Graphit ist.
5. Gleichstrornlichtbogenofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die positive Elektrode (22) bildende Ring oberhalb des Gefäßbodens angeordnet ist.
6. Gleichstrornli htbogenofen nach Anspruch 5, j dadurch gekennzeichnet , daß der die positive Elektrode (22) bildende Ring unterschiedliche Querschπitte aufweist..
7. Gleichstrornlichtbogenofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Querschnitt des Ringes (22) auf der Seite des Ofens (13) angeordnet ist, auf der der Strom zu und abgeführt (24, 25) wird.
8. Gleichstrornlichtbogenofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (22) Unterbrechungen (26) aufweist, die mit Feuerfestmaterial (12) ausgekleidet und durch die Isolierschicht (30) vom Gefäßmantel (11) getrennt sind.
9. Gleichstrornlichtbogenofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen (26) auf der Seite des Ofens angeordnet sind, die der Stromzu und abführung (24, 25) abgewandt sind.
10. Gleichstrornlichtbogenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolierschicht (30) thermische Leitfähigkeit aufweist.
11. Gleichstrornlichtbogenofen nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch nicht leitende, aber thermisch leitende Isolierschicht (30) Glimmer ist.
12. Gleieti tiOiiilichtbügenofei) nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet , daß die Isolierschicht 00) über den oberen Manteliaml (31) des Ofens geführt i t . 10 .
13. Gleichstrornlichtbogenofen nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß an dem Ofenmantel nach außen weisende Elemente (16) zur Stromabführung vorgesehen sind.
14. Gleichstrornlichtbogenofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese Stromabführungselemente (16) im Bereich des Bodens des Ofengefäßes (13) angeordnet sind.
Description:
Verschleißarme Elektrode in Gleichstromlichtbogenofen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einschmelzen von metallischen Materialien in einem mit Gleichstrom betriebenen Lichtbogenofen nach den überbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Die Stromzuführung zu den Gleichstromlichtbogenöfen wird durch mit der Energiestation in Verbindung stehenden Elektroden bewirkt, die üblicherweise an Tragarmen angeordnet sind. Die Stromrückführung erfolgt zur gleichen Energiestation.

Das aus dem relativ hohen elektrischen Strom resultierende magnetische Feld der Stromzu- und -rückführungen verschiebt das elektromagnetische feld in die entgegengesetzte Richtung. Folge dieses sogenannten elektromagnetischen Windes ist die Ablenkung des Lichtbogens aus dem Zentrum mit dem Nachteil hoher Errosionswirkung des Lichtbogens an den Wanden deε Ofengefäßes.

Die bei Betrieb des Lichtbogenofens auf das Schmelzbad wirkenden Kräfte sind senkrecht zu den elektro agnetischen Feldlinien gerichtet und bewirken eine Badbewegung, die von außen gegen die Achse der in der Bad ragenden Elektrode gerichtet ist. Die Schmelzbadströmung wirkt dabei in negativer Weise unmittelbar auf die EJεktrodenst rnfläche ein.

Aus DE-PS 32 32 551 ist bekannt, der negativen in das Ofengefäß hineinragenden Elektrode zwei symmetrisch zur Kathode angeordnete pof.il ive Elektroden vorzusehen, die mit. der EJektroJytschlacke in Verbindung stehen. Nachteil dieser Anordnung ist der auch bei mehr aJs zwei positiven Elektroden nicht geschlossene Anodenriny, der ein AhJenken den Lichtbogens noch zuläßt. Nachteilig wirkt εjch im;; der hohe Verschleiß der in die Sch at-ke eint.iuchendrn positiven Llekt roc)ι n iu!., wobei das abbrennende Materini die Schmelze verunreinigt.

Aus der EP-OS 01 50483 ist ein elektrischer Ofen bekannt, bei dem eine positive Elektrode vorgesehen ist, die außermittig im Boden des Ofengefäßes angeordnet ist. Die stromführenden Teile der Bohrelektrode haben beim Einschmelzprozeß Kontakt mit dem flüssigen Schmelzgut. Nachteil der aus dieser Schrift bekannten Anordnung der positiven Elektroden ist die hohe Konzentration der elektrischen Energie auf der geringen Oberfläche der positiven Elektrode mit der Folge hoher Aufzehrung der Elektrode.

Aus der EP-OS 01 24 490 ist ein Gleichstromofen mit einer metallischen Bodenelektrode bekannt, die mit einem elektrischen leitenden Granulat bedeckt ist und die zum Gefäßmantel elektrisch isoliert ist. Nachteil der aus dieser Schrift bekannten positiven Elektroden ist, daß ausschließlich Einfluß auf die Wechselbarkeit der Verschleißelemente genommen wird, ohne aktiv die Verschleißrate zu mindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gleichstromlichtbogenofen zu schaffen, der bei einfachem Aufbau und bei unveränderter Schmelzleistung einen minderen Verschleiß der Feuerfestauskleidung des Ofens und der positiven Elektroden aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die in den Anspiüchen 1 und 2 angegebenen kennzeichnenden Merkmale.

Die Erfindung macht sich dabei die Eigenschaft solcher keramischer Isolierstoffe zu Nutze, deren spezifischer elektrischer Widerstand bei huhen Temperaturen sinkt (Hütte, 5. Auflage, l -tfe- ' 110).

Erfindungsgemäß wird die positive Elektrode zwischen dem Gefäßmantel und der Feuerfestauskleidung angeordnet. Damit ist die positive Elektrode nicht mehr der Schmelze und damit nicht mehr der chemischen Aggressivität, der thermisehen wie auch der erosiven Belastung ausgesetzt. Für den Anwender ergibt sich ein relativ großer Freiheitsgrad bei der Auswahl der Materialien der positiven Elektrode.

Bei Betrieb der Pfanne ist die vor der positiven Elektrode angeordnete Feuerfestauskleidung durch den Kontakt der Schmelze hohen Temperaturen ausgesetzt, so daß ein geringer spezifischer elektrischer Widerstand vorliegt. Zum Starten des Schmelzprozesses ist die Feuerfestauskleidung im Bereich der positiven Elektrode zu erwärmen, um den spezifischen elektrischen Widerstand zu mindern. Dieses Vorwärmen des Ofengefäßes kann gleichzeitig zur Minderung der Thermo-Schockwirkuπg bei Einsatz abgekühlter Gefäße benutzt werden.

Erfindungsgemäß steht die positive Elektrode in direktem Kontakt zum Gcfäßmantel . Durch diese Anordnung ergibt sich der Vorteil, daß die Stromrückführung an beliebiger Stelle eines metallischen Teil des Gefäßes angreifen kann. Bei Pfannenöfen bietet sich dabei die Aufhängung oder der Gf-fäßboden an. m letzteren Tall sind in den jeweiligen Behandlungsstationeri entsprechende Kontaktplatten vorzusehen.

Nach der Erfindung ist die positive Elektrode ringförmig ausgestaltet . Zur Zentrierung des Lichtbogens zwischen der negativen Elektrode und dt.r Schmelze sind folgende Maßnahmen vorgesehen: Entgegen der Blaswirkunq des e ektroin.ignptisehen Windes wi d die Elektrode in ihre. Mπ..srnvrι teilumj mi'.ηr-sialt et . Dies wird entwe e durch Änderung cier;

Querschnittes der positiven Elektrode oder durch Unterbrechungen des Elektrodenringes bewirkt. Die größere Elektrodentπasse ist dabei auf der Energieversorgungs- und -Zuführungsseite des Ofens angeordnet. Durch diese Maßnahme wird der Lichtbogen an seiner Auslenkung gehindert. Die Folge des zentrisch brennenden Lichtbogens ist eine gleichmäßige Belastung der Feuerfestauskleidung.

Zwischen dem metallischen Gefäßmantel und der Feuerfestauskleidung ist erfindungsgemäß eine elektrische Isolierschicht vorgesehen. Durch die Isolierschicht wird der über den metallischen Gefäßmantel fließende elektrische 5trom gezwungen, ausschließlich von der positiven Elektrode zu den Kontaktbacken zu fließen. Damit werden Fehlströme verhindert, die zu örtlichen Überhitzungen der Feuerfestauskleidung führen könnten.

Als Isolierung wird ein Material vorgeschlagen, das neben der fehlenden elektrischen Leitfähigkeit eine ausreichende thermische Leitfähigkeit aufweist. Als Werkstoffe kommen Glimmer, Zirkoniumdioxide oder ähnliche Stoffe infrage. Die thermische Leitfähigkeit der Isolierschicht läßt das erforderliche Maß der Wärmeabfuhr zu, ohne den Nachteil der Möglichkeit von rehlströmen zu eröffnen. Die Isolierschicht ist dabei über den Rand des Ofengefäßes geführt, um zu verhindern, daß rehiströme durch über den Gefäßrand fließendes Material auftreten.

Beiεpiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Tig. 1 einen Schnitt durch das Ofengefäß,

Fig. 2 einen positiven Elektrodenring mit veränderlichem Querschnitt und

Fig. 3 einen Elektrodenring mit Unterbrechungen.

Die Figur 1 zeigt den Schnitt durch den Pfannenofen 10 mit der negativen Elektrode 21, die in das mit Schmelze 40 gefüllte topfförmige Gefäß 13 hineinragt. Das Gefäß 13 weist einen metallischen Gefäßmantel 11, eine Feuerfestauskleidung 12 und zwischen dem Gefäßmantel und der Feuerfestkleidung eine Isolierschicht 30 auf. Die Isolierschicht 30 ist elektrisch nicht leitend. Im oberen Bereich der Pfanne wird die Isolierschicht 30 über den oberen Mantelrand 31 des Ofens geführt.

Zwischen der negativen Elektrode 21 und dem Srh elzbad 40 brennt der Lichtbogen 23. Der elektrische Strom wird über die Strorrizuführung 24 der negativen Elektrode 21 zugeführt und über die Stromabfuhr 25 von den positiven Elektroden 22 wieder abgeführt. Die positiven Elektroden 22 werden dabei aus dem elektrischen Stro leitenden Teue festmaterial 22 gebild t, das zwischen Gefäßmantel 11 und reuerfestkleidung 12 angeordnet ist. Die Rückführung des elektrischen Strom., erfolgt von der positiven Elektrode 22 über dem metallischen Gcf ' äßin.intel 1 ] . Am Ofenrnjintel 11 sind naeh außen weisende Elemente 16 zur St runi.il.fύhπinq vorgesehen. In einer Aucfüliriings orm si nd d ese iwich πuf.en weisenden

Elemente 16 als Gefäßfüße 14 ausgebildet. Die positive Elektrode 22 ist ringförmig ausgebildet und oberhalb des Gefäßbodens angeordnet.

Die Figur 2 zeigt einen Schnitt A-A durch das Gefäß. Die Stromzufuhr 24 sowie die Stromabfuhr 25 sind schematisch dargestellt. Zwischen dem Ofengefäßmantel 11 und dem Feuerfestmaterial 12 ist die ringförmige Elektrode 22 dargestellt. Der Ring 22 weist einen unterschiedlichen Querschnitt auf, wobei der größere Querschnitt auf der Seite des Ofens angeordnet ist, auf der der Strom zu- und abgeführt wird. Im Zentrum des Ofens ist die negative Elektrode 21 dargestellt.

Die Figur 3 zeigt die gleichen Elemente wie Figur 2 mit einem Ring 22, der Unterbrechungen 26 aufweist, die mit Feuerfestmaterial 12 ausgekleidet und durch die Isolierschicht 30 vom Gefäßmantel 11 getrennt sind. Außerhalb der Unterbrechungen 26 weist der Ring 22 einen gleichmäßigen Querschnitt auf..