DE2731198C2 - Gleitstromkontakt für Elektroschlacke-Umschmelzanlagen - Google Patents

Description

den Gleitschuhen zu Stromableitungsplatten, über io Stromkreis erhebliche Wärmemengen, die Wasserküh-

welche der Strom den Verbrauchsstellen der Anlage zuführbar ist, gekennzeichnet durch Bauelemente für die Halterung der stromabnehmenden Gleitschuhe aus nicht magnetisierbaren Werkstoffen, durch Abdeckplatten und Distanzstücke mit den zugehörigen Verschraubungen aus Messing, Aluminium, einem nicht magnetisierbaren Stahl od. dgl.

2. G!e^;tstromkontakt nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bauelemente aus metallischem Werkstoff.

3. Gleitstromkontakt nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens eine Schicht aus mittels Kraftspeichern (7) an das Gleitrohr (1) angepreßten, radial angeordneten Gleitschuhen (2) und aus diese voneinander trennenden Distanzstücken (5). welche durch Schrauben (6) mit mindestens teilweise als Stromableitungsplatten (4) aus Kupfer dienenden sowie normal zur Gleitrohrachse angeordneten, ringförmigen Abdeckplatten (3) verschraubt sind, denen der Strom von den Gleitschuhcn mittels Kupferbitungen (U) und miteinander verschweißten Kupferleisten (U, 13) zuführbar ist.

4. Gleitstromkontakt nacl. einem der Ansprüche 1

15

20 lungen der stromführenden Teile erforderlich machen. Je größer diese Wärmemengen sind, um so größer sind die Energiemengen, die zur Abdeckung dieser Wirkverluste je Tonne Erzeugung aufgebracht werden müssen und um so höher sind daher die Umschmelzkosten.

In Anlagen, die mit Wechselstrom arbeiten, z. B. in modernen Eiektroschlacke-Umschmelzanlagen, treten außerdem Blindverluste auf, die nur durch eine ausreichend hohe Bauleistung des Transformators abgedeckt werden können. Blindverluste entstehen als Folge von Induktionserscheinungen, z. B. in den magnetisierbaren Anlagenteilen, aber auch in den Hochstromzuleitungen zur Abschmelzelektrode und zur Bodenplatte.

Je kleiner die von diesen Hochstromzuleitungen eingeschlossenen Rächen sind, um so kleiner sind die Blindverluste beim Betrieb der Anlage. Eine Verkürzung der Stromzuleitungen hat darüber hinaus zudem eine Verminderung der Wirkverluste zur Folge, so daß hierfür geeignete Maßnahmen von erheblichem Interesse sind.

Nach einem älteren — bisher nicht veröffentlichten — Vorschlag sind extrem kurze Leitungen bei Elektroschlacke-Umschmelzanlagen entsprechender Konzeption durch die Verwendung von Gleitstromkontakten

JO

bis 3, gekennzeichnet durch als Federn (7) aus Messing ausgebildete Kraftspeicher, mittels deren die 35 möglich, die auf wassergekühlten und durch Strom-Gleitschuhe (2) an das Gleitrohr (1) angepreßt sind, schienen mit dem Anlagentransformator verbundenen 5. Gleitstromkontakt nach einem der Ansprüche 1 Gleitrohren verschiebbar sind. Solche Gleitstromkonbis 3, gekennzeichnet durch als Federn (7) aus Feder- takte sind vorher bereits bei mit Gleichstrom arbeitenstahl ausgebildete Kraftspeicher, die von einem Ge- den Anlagen verwendet worden, beispielsweise in Vahäuse aus zwei ineinander verschiebbaren Zylindern 40 kuumlichtbogenöfen. und bestehen im wesentlichen aus (17, 18) aus unmagnetisierbarem metallischem radial zum Gleitrohr angeordneten Stromabnehmern Werkstoff umgeben sind, von denen der eine Zylin- aus Werkstoffen aus Graphitbasis, für welche auch Beder (17) an die jene Federn abstützenden Platten (8) zeichnungen wie Schuh oder Bürste gebräuchlich sind, und der andere Zylinder (18) an eine zwischen Feder ferner aus Bauelementen, die der Halterung dieser und Gleitschuh (2) angeordnete Isolierplatte (19) zur 45 Stromabnehmer dienen und aus Kupferteilen zur Verwendung von Stromübergängen auf das Gehäu- Stromableitung von den Stromabnehmern zu den

Stromableitungaplatten, über welche der Strom den Verbrauchsstellen der Anlage zugeführt wird.

Die querschnittlich, gegebenenfalls rechteckigen oder

nicht magnetisierbaren, metallischen Werkstoffen, ω quadratischen Stromabnehmer des Gleitstromkontakderen durchschnittliches Raumgewichi etwa 4 g/ tes werden mit ihren stromabnehmenden Stirnflächen,

die der Krümmung des Gleitrohres angepaßt sind, federnd an dieses in radialer Richtung angepreßt. Diese Gleitschuhe sollen relativ weich sein und eine gewisse

durch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (3, 5) 55 Schmierfähigkeit haben, ohne das aus Kupfer bestehenaus einem Stahl mit etwa 0,3 bis 0,4% C, 18% Mn, 1 de Gleitrohr zu verschmutzen, das zur Erzielung einer

glatten Oberfläche und damit einer guten Gleitfähigkeit hartverchromt sein kann.

Als Werkstoff für diese Gleitschuhe werden Kupfer-Graphit-Sinterkörper aus metallisiertem Graphit mit bis 90% Metallgehalt verwendet. Der Metallgehalt wird

se durch Federkraft angepreßt ist.

6. Gleitstromkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Distanzstücke (5) aus

cm¹. z.B. durch Anbringen von Kühlbohrungen, nicht übersteigt.
7. Gleitstromkontakt nach Anspruch I oder 2. da-

bis 4% Cr und 0,1 % N bestehen.

Die Erfindung betrifft einen Gleitstromkontakl zur Abnahme hoher Stromstärken von einem Gleilrohr für mit Wechselstrom betriebene Elektroschlackc Umschmelzanlagen mit Glcitschuhen aus einem Werkstoff auf Graphitbasis, zu deren Halterung dienenden Bauelementen sowie Kupfcrtcilen zur Stromablciuing von den Gleitschuhen zu Stromablcitungsplaltcn. über welche um so höher gewählt, je höher die Stromdichte ist. die bewältigt werden muß. Sie kann zwischen 12 und 50 A je cm² Siromabnahmefläche liegen. Für Stromdichten unter 12 A genügen Sinterkörper aus Graphit, dessen Qualität den Anforderungen für Stromlcitzwecke entsprechen muß.

Zu den Bauelementen für die Halterung der Stromab-

iehmer gehören ringförmige, normal zur Gleitrohrach- ;e angeordnete Abdeckplatten und mit diesen verschraubte Distanzstücke, welche die Gleitschuhe vonsinander trennen, mit denen sie gemeinsam eine Schicht des ein- oder mehrschichtig aufgebauten Gleitstromkontaktes bilden, sowie die Federn zum radialen Anpressen der Stromabnehmer an das Gleitrohr, die sich gegen Federabstützplatten abstützen, die mit den Distanzstücken verschraubt sind.

Das Material für diese Federn ist selbstverständlich üblicher Federstahl, während die übrigen, der Halterung der Stromabnehmer dienenden Bauelemente aus einem unlegierten oder niedrig legierten, leicht bearbeitbaren Stahl hergestellt werden können. Die Abdeckplatten können zur Gänze oder teilweise als Stromableitungsplatten Verwendung finden, sind in diesem Falle aber aus Kupfer.

Die Stromableitung von den Gleitschuhen zu den StromabSeitungsplatten, über welche der Strom den Verbrauchsstellen der Anlage zugeführt wird., erfolgt z. B. mit Hilfe von Bändern, die einerseits an den Stromabnehmern und andererseits an Leisten befestigt sind, die an die Stromableitungsplatten angeschraubt werden können. Als Werkstoff für diese stromführenden Teile wird ausschließlich Kupfer verwendet.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Gleitstromkontakten, die vor allem für mit Wechselstrom betriebene Elektrolschlacke-Umschmelzanlagen geeignet sein sollen. Die Stromstärken, die bei solchen Anlagen gebraucht werden, liegen z. B. für die Erzeugung von Stahlblöcken mit Durchmessern zwischen 800 und 1500 mm zwischen etwa 20 000 bis 40 000 A und sind daher nur mit sehr leistungsfähigen Gleichstromkontakten beherrschbar.

Bei Verwendung der beschriebenen Gleitstromkontakte in solchen Anlagen treten in den der Halterung dienenden Bauelementen, die üblicherweise aus unlegiertem odt>- niedrig legiertem und daher magnetisierbarem Stahl bestehen, durch das Feld des Wechselstromes verursachte Induktionserscheinungen auf, die vor allem zu ungleichmäßigen Erwärmungen und dadurch zu Betriebsstörungen führen können. Besonders störend ist es, wenn einige Gleitschuhe wegen Kontaktmangels für die Stromabnahme aut'allen und dadurch eine unzulässige Überlastung der übrigen Gleitschuhe verursachen. Es ist erfahrungsgemäß nicht möglich, diese offensichtlich durch Erwärmung entstehenden Schwierigkeiten durch eine Wasserkühlung, für deren Anordnung sich die Distanzstücke anbieten, zu vermeiden.

Diese Störanfälligkeit kann gemäß der Erfindung durch die Verwendung von Gleitstromkontakten weitestgehend beseitigt werden, in denen die Bauelemente für die Halterung der stromabnehmenden Gleitschuhe aus nicht magnetisierbaren — metallischen — Werkstoffen, die Abdeckplatten und Distanzstücke mit den zugehörigen Verschraubungen aus Messing, Aluminium, einem nicht magnetisierbarem Stahl od. dgl. bestehen.

Ein geeigneter Stahl hierfür enthält z. B. etwa 0,3 bis 0,4% C, 18% Mn, 1 bis 4% Cr und 0,1% N.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Schicht aus mittels Kraftspeichern an das Gleitrohr angepreßten, radial angeordneten Gleitschuhen und u-is diese voneinander trennenden Distanzstücke vorgesehen, die durch Schrauben mit normal zur Gleitrohrachse angeordneten, ringförmigen AhdeckDlatten versclu^ubt sind, und die mindestens »eilweise als Stromableitungsplatten aus Kupfer dienen, denen der Strom von den Gleitschuhen mit Hilfe von Kupferleitungen sowie miteinander verschweißten Kupferleisten zugeführt wird.

]ede Kraftspeicher sollen vorteiihafterweise als Federn aus Messing, durch welche die Gleitschuhe an das Gleitrohr angepreßt werden, ausgebildet sein — oder aber als Federn aus Federstahl, die von einem Gehäuse aus zwei ineinander verschiebbaren Zylindern aus unmagnetisierbarem metallischem Werkstoff umgeben sind; der eine dieser Zylinder ist erfindungsgemäß an die jene Federn abstützenden Platten, der andere an eine zwischen Feder und Gleitschuh angeordnete Isolierplatte — zur Verwendung von Stromübergängen auf das Gehäuse durch Federkraft — angepreßt. Bei erfindungsgemäßen Gleitstromkontakten ist es im. allgemeinen nicht notwendig, eine Kühlung der Distanzstücke vorzusehen. Letztere können — nach einer weiteren Ausgestaltung — ihrerseits aus nicht r,-.:gnetisierbarem.

metallischem Werkstoff bestehen und uank angebrachter Kühlbohrungen ein durchschnittliches Raumgewicht von i. w. nicht mehr als 4 g je cm³ aufweisen.

Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sien aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführangsbeispielen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt

Fig. 1 den Aufriß eines zweischichtig aufgebauten Gleitstromkontaktes;

F i g. 2 die Draufsicht auf den Gleiistromkontakt bei dessen Anordnung auf einem senkrecht stehenden Glekrohr:

F i g. 3 den Schnitt durch F i g. 1 gemäß deren Linie HI-HI;

F i g. 4 den Schnitt durch F i g. 1 nach deren Linie IV-IV;

F i g. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform — entsprechend Linie 1I1-II1 in F i g. 1 geschnitten. Wie aus den Fi g. 1 und 2 zu ersehen, erfolgt di-ΐ Halterung von den Strom einem Gleitrohr 1 abnehmenden Gleitschuhen 2 mittels ringförmiger, normal zur Gleitrohrachse ungeordneter Abdeckplatten 3 sowie mit HiI-Te einer Stromableitungsplatte 4, durch welche die beiden Schichten des dargestellten Gleitstromkontaktes voneinander getrennt sind. )ede Schicht besteht aus zwölf Gleitschuhen 2 und aus zwölf Distanzstücken 5.

Die Abdeckplatten 3, die Stromableitungsplatte 4 und die Distanzstücke 5 werden durch Schrauben 6 zusammengehalten.

Das Anpressen der Gleitschuhe 2 an das Gleitrohr 1 erfolgt durch Fede>n 7 (Fig.3), die sich gegen kleine Abstützplatten 8 abstützen, die mit Schrauben 9 an den Distanzstücken 5 befestigt sind. An den Abstützplatten t siticr. mit einer Schraube festgelegte Führungsstücke 10 für die Federn 7. Jene Führungsstücke 10 können so ausgebildet sein, daß mit Hilfe der zugehörigen Schrauben die Federn 7 verstellbar bzw. nachstellbar sind.

Der vom Gleitrohr 1 auf die Gleitschuhe 2 übergehende Strom w'iH über Kupferbänder 11 (Fig.4) und über einen Steg 12 einer Kupferleiste 13 der Stromableitungsplatte 4 zugeführt, über welche die Weiterleitung des Stromes zur Verbrauchsstelle der Anlage erfolgt.

Die Kupferbänder 11 sind einerseits mit Schrauben 14 an den Gleitschuh' n 2 und andererseits mit Schrauben 15 an den radial angeordneten Kupferstegen 12 befestigt, die an die tangentialen Kupferleisten 13 angeschweißt sind. Diese Kupfer- oder Querleisten 13 sind mit Schrauben 16 an die Stromableitungsplatte 4 angeschraubt. Die Feder 7 (F i g. 3) zum Arvpressen der Gleit-

schuhe 2 an das Gleitrohr 1 können ebenlalls aus einem nicht magnetisierbarer metallischen Werkstoff — zweckmäßig aus Messing — sein.

Die Lebensdauer solcher Federn 7 ist vergleichsweise gering, weshalb es im allgemeinen vorteilhafter ist, Fedem 7 aus üblichem Federstahl zu verwenden und entweder die unvermeidbare Erwärmung derselben in Kauf zu nehmen oder — bei Gleichstromkontakten für sehr hohe Stromstärken — die Federn 7 durch Gehäuse aus nicht magnetisierbarem Material vor der Wirkung in des Wechseistromfeldes zu schützen.

Wie F i g. 5 zeigt, kann ein solches Gehäuse aus zwei ineinander verschiebbaren Zylindern 17 bzw. 18 — z. B. aus Messing, Aluminium oder aus unmagnetisierbarcm Stahl — bestehen, wobei der Zylinder 17 an jene die n Federn 7 abstützenden Abstützplatten 8 und der Zylinder 18 an eine zwischen Feder 7 und Gleitschuh 2 angeordnete Isolierplatte 19 durch die Federkraft angepreßt wird. Durch die Isolierungen 19 werden Stromübergiinge auf die beiden Zylinder 17,18 vermieden.

Da die Größe der stromabnehmenden Kontaktfläche der Gleitschuhe 2 begrenzt ist und zweckmäßig nicht mehr als 50 cm² beträgt, ist für den Zusammenbau von Gleitstromkontakten für hohe Stromstärken eine erhebliche Anzahl solcher Gleitschuhe 2 notwendig. Hieraus ergibt sich aber auch eine hohe Anzahl von Distanzstücken 5 und damit ein hohes Gewicht der Vorrichtung, insbesondere bei der Verwendung von Distanzstücken 5 aus Stahl.

Große Gleitstromkontakte sind störungsanfälliger als jo kleine Kontakte, insbesondere hinsichtlich der Ausfälle von Gleitschuhen für die Stromabnahme wegen Kontaktmangels. Daß bei dieser Erscheinung das Gewicht der Vorrichtung zumindest beteiligt ist. beweisen die erheblichen Verbesserungen, die vergleichsweise durch die erfindungsgemäße Verwendung von Üistanzstücken 5 aus Aluminium erzielt werden. Untersuchungen haben ergeben, daß das durchschnittliche Raumgewicht der Distanzstücke etwa 4 g je cm^J nicht übersteigen soll. Bei Verwendung von Distanzstücken 5 aus z. B. Messing oder aus nicht magnetisierbarem Stahl kann diese Forderung mit hohlen Distanzstücken 5 verwirklicht werden. Distanzstücke 5, die etwa zur Hälfte Kühlbohrungen aufweisen, erfüllen diese Anforderung.

Da bei sehr großen Gleitstromkontakten auf eine Kühlung kaum verzichtet werden kann, sind Distanzstücke 5 mit Kühlbohrungen nicht nur wegen der erhöhten Betriebssicherheit, sondern auch wegen der ohnehin nicht vermeidharen erhöhten Herstellungskosten ohne weiteres vertretbar.

Der in Fig. I. 2 dargestellte Gleitstromkontakt besteht aus insgesamt vierungzwanzig Gleitschuhen 2, die in zwei Schichten angeordnet sind. Wenn die Stromabnahmefläche je Gleitschuh 50 cm² beträgt, stehen für die Stromabnahme 1200 cm² ingesamt zur Verfügung. Bei einem Stromübergang je cm² von 25 A können daher mit dem dargestellten Gleitstromkontakt 30 000 A abgenommen werden, die beispielsweise für Elektroschlacke-Umschmelzanlagen zur Herstellung von Stahlblöcken mit etwa 1100 mm Durchmesser notwendig m> sind.

Derartige Gleitstromkontakte mit Distanzstücken 5 aus Aluminium haben ohne Wasserkühlung und ohne Schutzgehäuse für die Federn 7 aus Federstahl zu guten Ergebnissen geführt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Gleichstromkontakt zur Abnahme hoher Stromstärken von einem Gleitrohr für mit Wechselstrom betriebene Elektroschlacke-Umschmelzanlagen mit Gleitschuhen aus einem Werkstoff auf Graphitbasis, zu deren Halterung dienenden Bauelementen sowie Kupferteilen zur Stromableitung von der Strom den Verbrauchsstellen der Anlage zuführbar ist.

Ein Problem bei Umschmelzanlagen, in denen mit selbstverzehrenden Elektroden gearbeitet wird, ist die Notwendigkeit, hohe Stromstärken bei niedrigen Spannungen zur Erzeugung der erforderlichen Umschmelzwärme übertragen zu müssen. Bei diesem Ene rgietransport vom Anlagentransformator zur Schmelzstelle entstehen durch den Ohm'schen Widerstand im Hoch-