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EP0422406A2 - Anode für einen Gleichstromlichtbogenofen - Google Patents

Anode für einen Gleichstromlichtbogenofen Download PDF

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Publication number
EP0422406A2
EP0422406A2 EP90117707A EP90117707A EP0422406A2 EP 0422406 A2 EP0422406 A2 EP 0422406A2 EP 90117707 A EP90117707 A EP 90117707A EP 90117707 A EP90117707 A EP 90117707A EP 0422406 A2 EP0422406 A2 EP 0422406A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stones
anode according
furnace
copper ring
layer
Prior art date
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Application number
EP90117707A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP0422406B1 (de
EP0422406A3 (en
Inventor
Dane Meredith
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH
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Publication date
Application filed by Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH, Deutsche Voest Alpine Industrieanlagenbau GmbH filed Critical Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
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Publication of EP0422406A3 publication Critical patent/EP0422406A3/de
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/06—Electrodes

Definitions

  • the invention relates to an anode according to the preamble of claim 1.
  • a direct current arc furnace with ground contact is known in which the arc lining of the furnace contains a ramming mass with electrically conductive metal parts or stones with sheet metal inserts on its contact surface with the melt. This is followed by a first layer of electrically conductive stones, a second layer of insulating stones with sheet metal layers or electrically conductive intermediate stones, and finally a third layer of electrically conductive stones connected to connecting contacts.
  • This feed is dome-shaped or flat, and is only in contact with the melt in the bottom area.
  • EP 0 258 101 A1 discloses the use of a steel stick projecting into the melt as the bottom electrode.
  • the effect of the arc pointing only downward occurs even more, so that the arc cone becomes even more pointed and cold zones also occur adjacent to the furnace wall.
  • This electrode also requires water cooling, which is located below the molten metal. This is problematic for security reasons.
  • a DC arc furnace is known from US Pat. No. 4,853,941, in which between a bottom electrode and the melt a uniform layer of refractory, electrically conductive stones is arranged.
  • the stones are made of magnesite-graphite material that has undergone heat treatment to increase its electrical conductivity. Since the electrically conductive lining and the electrode are only arranged in the bottom area, cold zones on the furnace wall cannot be avoided either. In addition, the cooling conditions are unfavorable, so that the electrode is water-cooled.
  • the connection is to create a structure that is simple, ensures a uniform temperature distribution in the melting material and also does not cause uneven wear of the refractory lining. Furthermore, the need for water cooling should be avoided.
  • a copper ring is preferably used as the current conductor, which is fastened to the inside of the steel jacket in the lower wall area of the furnace. This provides a large-area contact between the electrically conductive lining and the current conductor. This training also enables effective air cooling of the conductor.
  • This shows a schematic sectional view of a DC arc furnace.
  • cathode 1 In the middle of the furnace there is a vertically extending and adjustable in this direction cathode 1. Between this and the surface of a molten metal 2, an electric current flows in the form of an arc. This generates enough heat to melt and keep molten metal that has been put into the furnace.
  • the furnace has a steel jacket made of a lower part 3 and a cylindrical upper part 4.
  • Lower part 3 and upper part 4 are mechanically by flanges 5 and 6 via an electrical insulating intermediate layer 7 connected to each other.
  • the lining of the furnace contains a layer of electrically conductive, wear and fire-resistant stones 8, which is in contact with the molten metal 2.
  • the unevenness of the surface of this layer facing the molten metal resulting from the shape of the stones 8 is compensated for by an electrically conductive ramming compound 9.
  • the layer of stones 8 extends over most of the bottom area of the furnace. Electrically conductive, wear-resistant and fire-resistant materials for producing the stones 8 are known, for example carbon-magnesite stones.
  • the outer layer of the lining consists of stones 10 made of electrically insulating, refractory material in the floor area.
  • a layer of stones 11 which have a higher electrical conductivity than the stones 8 but do not have their high wear and fire resistance.
  • Graphite stones are preferably used as stones 11.
  • the thickness of the layer of stones 11 increases towards the outer edge. This layer is shown continuously in the figure; however, it can also be omitted in the middle floor area.
  • the graphite bricks should be arranged so that their pressing direction coincides with the radial direction of the furnace, thereby minimizing the electrical resistance of the layer they form in the radial direction.
  • On the inside of the cylindrical section of the lower part 3 is on the layer a copper ring 12 is plated out of the stones 11 or connected to it in some other way.
  • the copper ring 12 can be continuous or can be divided into several segments in its circumferential direction. Copper conductors 13 are guided through the lower part 3 and connected to the copper ring 12 for current conduction.
  • the lining is formed by a continuous layer of the refractory, electrically insulating stones 10.
  • the bottom and the lower wall area of the furnace are provided with means for guiding a cooling medium, preferably air.
  • the cooling medium is brought under the center of the base and brought radially outwards in a cavity delimited by a base plate 14 under the base and by a deflection to the wall area at the height of the copper ring 12.
  • Cooling fins 15 projecting radially outward from the lower part 3 and projecting into the cavity serve to increase the cooling effect and to guide the cooling medium.
  • the copper ring 12 For a furnace with a capacity of 60 t and a diameter of approx. 5.2 m and a maximum current of 85 000 A, the copper ring 12 has a height of 400-700 mm and a thickness of 20-60 mm, for example.
  • the copper ring can also be attached to the steel skeleton instead of the steel jacket.

Landscapes

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  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
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  • Discharge Heating (AREA)

Abstract

Es wird eine Anode für einen Gleichstromlichtbogenofen beschrieben. Der die Schmelze (2) aufnehmende Bereich des Ofens ist auf der Innenseite mit einer elektrisch leitenden, feuerfesten Ausmauerung (8,9,11) versehen. Diese steht mit einem auf der Außenseite befindlichen Stromleiter (12) in elektrischer Verbindung, der zylinderförmig ausgebildet und um die elektrisch leitende Ausmauerung herumgelegt ist. Die Befestigung des Stromleiters erfolgt vorteilhaft an der Innenseite des Stahlmantels (3) des Ofens.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE-OS 34 13 745 ist ein Gleichstromlicht­bogenofen mit einem Bodenkontakt bekannt, bei dem das Bogenfutter des Ofens an seiner Be­rührungsfläche mit der Schmelze eine Stampf­masse mit elektrische leitenden Metallteilen oder Steinen mit Blecheinlagen enthält. Hieran schließen sich eine erste Schicht aus elektrisch leitenden Steinen, eine zweite Schicht aus Isoliersteinen mit Blechzwischenlagen oder elektrisch leitenden Zwischensteinen und schließ­lich eine dritte, mit Anschlußkontakten ver­bundene Schicht aus elektrisch leitenden Steinen an. Dieses Futter ist kalottenförmig oder eben ausgebildet, wobei es nur im Bodenbereich mit der Schmelze in Berührung steht.
  • Abgesehen davon, daß dieses Bodenfutter sehr aufwendig herzustellen ist, wird hier der von der zentralen Lichtbogenelektrode aus­gehende Strom kegelförmig nach unten abgeleitet. Die Bereiche in der Nähe der Ofenwand werden daher nur unzureichend mit Wärme versorgt, so daß hier kalte Zonen auftreten.
  • Aus der EP 0 258 101 A1 ist die Verwendung eines in die Schmelze hineinragenden Stahlknüppels als Bodenelektrode bekannt. Hier tritt der Effekt des nur nach unten gerichteten Licht­bogens noch stärker auf, so daß der Lichtbogen­kegel noch spitzer wird und ebenfalls kalte Zonen angrenzend an die Ofenwand auftreten. Diese Elektrode erfordert auch eine Wasser­kühlung, die sich unterhalb der flüssigen Metallschmelze befindet. Dies ist aus Sicherheits­gründen problematisch.
  • Bei einem weiteren aus der DE-OS 30 22 566 bekannten Gleichstromlichtbogenofen sind über den ge­samten Boden verteilt punktförmig angeordnete metallische Leiter vorgesehen, die durch die Bodenwand nach innen geführt sind. Hierdurch werden zwar die kalten Zonen in Wandnähe vermieden; andererseits bewirkt diese Ver­teilung jedoch eine punktförmige Abnutzung der feuerfesten Auskleidung. Es entstehen somit im Bodenbereich gefährliche dünne Stellen, die regelmäßig ausgebessert werden müssen.
  • Aus der US-PS 4 853 941 schließlich ist ein Gleichstromlichtbogenofen bekannt, bei dem zwischen einer Bodenelektrode und der Schmelze eine einheitliche Schicht aus feuerfesten, elektrisch leitenden Steinen angeordnet ist. Die Steine bestehen aus Magnesit-Graphit-Material, das eine Wärmebehandlung unterzogen wurde, um dessen elektrische Leitfähigkeit zu er­höhen. Da auch hier die elektrisch leitende Auskleidung und die Elektrode nur im Boden­bereich angeordnet sind, lassen sich kalte Zonen an der Ofenwand ebenfalls nicht vermeiden. Außerdem sind die Kühlungsverhältnisse un­günstig, so daß die Elektrode wassergekühlt wird.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Er­findung, eine Anode für einen Gleichstromlicht­bogenofen, bei dem zumindest ein Teil des die Schmelze aufnehmenden Bereichs des Ofens auf der Innenseite mit einer elektrisch leitenden, feuerfesten Ausmauerung versehen ist, die mit einem auf der Außenseite befindlichen Stromleiter in elektrischer Verbindung steht, zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, eine gleichförmige Temperaturverteilung im Schmelz­gut sicherstellt und außerdem keine ungleich­mäßige Abnutzung der feuerfesten Auskleidung bewirkt. Weiterhin soll das Erfordernis einer Wasserkühlung vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiter­bildungen der erfindungsgemäßen Anode ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Dadurch, daß der Stromleiter zylinderförmig ausgebildet und um die elektrisch leitende Ausmauerung herumgelegt ist, ist eine symmetrische, seitlich nach außen erfolgende Stromableitung sichergestellt, die eine gleich­förmige und optimale Verteilung des Strom­flusses durch die Schmelze gewährleistet.
  • Als Stromleiter wird bevorzugt ein Kupferring verwendet, der an der Innenseite des Stahlmantels im unteren Wandbereich des Ofens befestigt ist. Hierdurch erhält man einen großflächigen Kontakt zwischen der elektrisch leitenden Ausmauerung und dem Stromleiter. Diese Aus­bildung ermöglicht auch eine effektive Luft­kühlung des Stromleiters.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Gleichstromlichtbogen­ofens. In der Mitte des Ofens befindet sich eine sich vertikal erstreckende und in dieser Richtung verstellbare Kathode 1. Zwischen dieser und der Oberfläche einer Metallschmelze 2 fließt ein elektrischer Strom in Form eines Lichtbogens. Dieser erzeugt ausreichend Wärme, um in den Ofen eingegebenes Metall zu schmelzen und im geschmolzenen Zustand zu halten.
  • Der Ofen weist einen Stahlmantel aus einem Unterteil 3 und einem zylindrischen Oberteil 4 auf. Unterteil 3 und Oberteil 4 sind mechanisch durch Flansche 5 und 6 über eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 7 miteinander verbunden.
  • Die Ausmauerung des Ofens enthält eine Schicht aus elektrisch leitenden, verschleiß- und feuerfesten Steinen 8, die mit der Metallschmelze 2 in Berührung steht. Die sich durch die Form der Steine 8 ergebenden Unebenheiten der der Metallschmelze zugewandten Oberfläche dieser Schicht sind mit einer elektrisch leitenden Stampfmasse 9 ausgeglichen. Die Schicht aus den Steinen 8 erstreckt sich über den größten Teil des Boden­bereichs des Ofens. Elektrisch leitende, ver­schleiß- und feuerfeste Materialien zur Herstellung der Steine 8 sind bekannt, z.B. Carbon-Magnesit -Steine. Die äußere Schicht der Ausmauerung besteht im Bodenbereich aus Steinen 10 aus elektrisch isolierendem, feuer­festem Material. Zwischen der isolierenden Schicht aus den Steinen 10 im Bodenbereich und der elektrisch leitenden Schicht aus den Steinen 8 befindet sich eine Schicht aus Steinen 11, die eine höhere elektrische Leit­fähigkeit aufweisen als die Steine 8, nicht jedoch deren hohe Verschleiß- und Feuerfestig­keit besitzen. Als Steine 11 werden vorzugs­weise Graphit-Steine verwendet. Die Stärke der Schicht aus den Steinen 11 nimmt zum Außen­rand hin zu. In der Figur ist diese Schicht durchgehend dargestellt; sie kann im mittleren Bodenbereich jedoch auch entfallen. Die Graphit-Steine sollten so angeordnet sein, daß ihre Preßrichtung mit der Radialrichtung des Ofens übereinstimmt, wodurch der elektrische Widerstand der von ihnen gebildeten Schicht in Radialrichtung mini­miert wird. Auf der Innenseite des zylindrischen Abschnitts des Unterteils 3 ist auf die Schicht aus den Steinen 11 ein Kupferring 12 auf­plattiert oder in anderer Weise mit dieser verbunden. Der Kupferring 12 kann durchgehend sein oder in seiner Umfangsrichtung in mehrere Segmente unterteilt sein. Kupferleiter 13 sind durch das Unterteil 3 geführt und mit dem Kupferring 12 zur Strom­führung verbunden.
  • Oberhalb des Kupferringes 12 wird im Wandbereich des Ofens die Ausmauerung durch eine durch­gehende Schicht aus den feuerfesten, elektrisch isolierenden Steinen 10 gebildet.
  • Durch die großflächige Verbindung zwischen dem Kupferring 12 und der gut leitenden Schicht aus den Steinen 11 einerseits sowie dieser Schicht und der leitenden Schicht aus den Steinen 8 andererseits liegt ein großer Teil der mit der Metallschmelze 2 in Berührung stehende Innenfläche der Ausmauerung weitgehend auf dem gleichen Potential. Dementsprechend erhält man eine Verteilung des Stromflusses nahezu über die gesamte Fläche der Metallschmelze 2. Hier­durch wird das Auftreten kalter Zonen insbesondere in der Nähe der Ofenwand minimiert.
  • Der Boden und der untere Wandbereich des Ofens sind mit Mitteln zur Führung eines Kühlmediums, vorzugsweise Luft, versehen. Das Kühlmedium wird unter der Mitte des Bodens herangeführt und in einem durch ein Bodenblech 14 begrenzten Hohl­raum unter dem Boden radial nach außen und durch eine Umlenkung zum Wandbereich in der Höhe des Kupfer­ringes 12 gebracht.
  • Vom Unterteil 3 radial nach außen abstehende, in den Hohlraum hineinragende Kühlrippen 15 dienen zur Erhöhung der Kühlwirkung sowie zur Führung des Kühlmediums.
  • Für einen Ofen mit einer Kapazität von 60 t und einem Durchmesser von ca. 5,2 m sowie einer maximalen Stromstärke von 85 000 A besitzt der Kupferring 12 beispielsweise eine Höhe von 400 - 700 mm und eine Stärke von 20 - 60 mm.
  • Abhängig von der Ausbildung des Gleichstromlicht­bogenofens kann, wenn die Statik des Ofens nicht durch einen Stahlmantel, sondern durch ein Stahlskelett gewährleistet wird, der Kupferring auch am Stahlskelett statt am Stahl­mantel befestigt sein.

Claims (14)

1. Anode für einen Gleichstromlichtbogenofen, bei dem zumindest ein Teil des die Schmelze aufnehmenden Bereichs des Ofens auf der Innenseite mit einer elektrisch leitenden, feuerfesten Ausmauerung versehen ist, die mit einem auf der Außenseite befindlichen Stromleiter in elektrischer Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stromleiter (12) zylinderförmig ausgebildet und um die elektrisch leitende Ausmauerung (8,9,11) herumgelegt ist.
2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiter ein Kupferring (12) ist, der an der Innenseite des Stahlmantels (3) im unteren Wandbereich des Ofens befestigt ist.
3. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Stromleiter ein Kupfer­ring (12) ist, der an einem den Ofen stützenden Stahlskelett befestigt ist.
4. Anode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferring (12) durchgehend ausgebildet ist.
5. Anode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Kupferring (12) in Umfangsrichtung in mindestens zwei Segmente unterteilt ist.
6. Anode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Kupferring (12) mit einem oder mehreren über seinen Außen­umfang verteilt angeschlossenen Kupfer­leitern (13) verbunden ist.
7. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Ausmauerung auf der Innenseite eine Schicht aus elektrisch leitenden, verschleiß- und feuerfesten Steinen (8) und zwischen dieser und dem Stromleiter (12) eine Schicht aus Steinen (11) mit höherer elektrischer Leitfähigkeit und geringerer Verschleiß- und Feuerfestigkeit enthält.
8. Anode nach Anspruch 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Steine (11) mit höherer elektrischer Leitfähigkeit Graphit-Steine sind.
9. Anode nach Anspruch 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Dicke der Schicht aus Steinen (11) mit höherer Leitfähigkeit in radialer Richtung zum Stromleiter (12) hin zunimmt.
10. Anode nach Anspruch 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Dicke der Schicht aus Steinen (11) mit höherer Leit­fähigkeit am Übergang zum zylinder­förmigen Stromleiter (12) dessen Höhe entspricht.
11. Anode nach Anspruch 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Ausmauerung unterhalb der Schichten aus elektrisch leitenden Steinen (8,11) eine Schicht aus feuer­festen, elektrisch isolierenden Steinen (10) enthält.
12. Anode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (14,15) zur Zuführung eines Kühlmediums zur Außenseite des Kupferringes (12) hin vorgesehen ist.
13. Anode nach Anspruch 12, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Einrichtung am unteren Teil des Ofens angebrachte Mittel (14) zur Führung des Kühlmediums aufweist.
14. Anode nach Anspruch 12, dadurch gekenn­zeichnet, daß mit dem Kupferring (12) wärmeleitend verbundene, nach außen vor­stehende Rippen (15) zur Kühlung und zur Führung des Kühlmediums vorgesehen sind.
EP90117707A 1989-10-12 1990-09-14 Anode für einen Gleichstromlichtbogenofen Expired - Lifetime EP0422406B1 (de)

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US07/420,290 US5052018A (en) 1989-10-12 1989-10-12 Anode for a direct current arc furnace
US420290 1989-10-12

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EP0422406A2 true EP0422406A2 (de) 1991-04-17
EP0422406A3 EP0422406A3 (en) 1991-06-26
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