DE3116050A1 - "elektrodendichtungsaufbau fuer einen schmelzofen" - Google Patents

Description

Dipl -Ing Dipl.-Chem. /. Dipl -Ing

E. Prinz - Dr. G. Hauser ' - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

22. April 1981

QIT-FER ET TITANE INC.

P.O. Box 560

Sorel, Quebec / Kanada

Unser Zeichen; Q 202

Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen.

Diese Erfindung bezieht sich auf einen verbesserten Dichtungsaufbau für einen elektrischen Iiichtbogenschmelzofen der Bauart, bei der sich eine Elektrode mit einem großen Durchmesser durch eine öffnung in dem Schmelzofen erstreckt, um den Inhalt des Schmelzofens zu schmelzen.

Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf einen schwebenden auseinanderziehbaren, flussigkeitsgekühlten Elektrodendichtungssatz für einen elektrischen Schmelzofen der Bauart, bei der die Elektrode während des Betriebes angehoben und gesenkt wird, um die Elektrode auf einem vorbestimmten Niveau relativ zu der Schmelze im Schmelzofen zu halten.

Elektrische Schmelzofen werden umfassend benutzt für vielerlei Metallschmelz- und Veredelungsvorgänge. Der typische Schmelzofen enthält eine Vielzahl von Kohle- oder Graphitelektroden, die sich durch eine öffnung am Dach des Schmelz-

ofens bis zu einer Stelle in der Nähe des Schmelzbadspiegels im Schmelzofen erstrecken, üblicherweise enthält der Schmelzofen mehrere Elektroden mit einem Durchmesser von 60 cm (2 Fuß) oder größer.

Wenn geschmolzenes Material aus dem Schmelzofen abgezapft wird, senkt sich die Oberfläche im Schmelzofen, und es ist notwendig die Elektroden zu senken, um der Oberfläche der Schmelze in dem Schmelzofen zu folgen. Immer dann, wenn eine zusätzliche Befüllung in den Schmelzofen dazugegeben wird, müssen die Elektroden eingezogen werden, um sie in einem geeigneten Abstand von der Schmelze im Schmelzofen zu halten. Wenn der Lichtbogen von den Elektroden die Schmelzofenfüllung schmelzt, werden die Elektrodenenden zerfressen. Darüberhinaus werden die massiven Elektroden ständig durch geeignet gesteuerte Winden oder andere Antriebsmittel gesenkt und gehoben, um geeignete Betriebsbedingungen zu erhalten. Um das Entweichen von heißen staubhaltigen und häufig schädlichen Gasen mit den diesbezüglichen Umweltgefährdungen und den Verlust von Hitze und Effizienz des Schmelzofens zu vermeiden, ist es notwendig eine gute Dichtung zwischen jeder Elektrode und dem Schmelzofen vorzusehen. Wenn keine angemessen gasdichte Abdichtung aufrecht erhalten wird, entsteht entlang der Länge der Elektrode, die sich durch die Elektrodenöffnung in dem Schmelzofendach erstreckt, eine schnelle Erosion und/oder Oxidation, die ein Einschnüren der Elektrode mitumfaßt. Eine solche Erosion schwächt nicht nur die Elektrode, verbunden mit der Gefahr, daß das untere Ende der Elektrode abbrechen kann, sondern reduziert auch den Durchmesser der Elektrode, mit der Folge, daß die Stromleitfähigkeit der Elektrode wesentlich gesenkt wird. Darüber hinaus wächst die Größe der öffnung zwischen der Elektrode und dem Schmelzofen, wenn die Elektrode erodiert, wodurch mehr Gas entweichen kann. Tests haben gezeigt, daß übliche Gastemperaturen bei 1.650 °c (3.000°F) liegen, wenn

die Gase durch den Ringraum zwischen der öffnung im Schmelzofen und der Elektrode aus dem Schmelzofen strömen, und daher können die Elektroden ebenso wie die umgebenden Gebilde und die Ausrüstung durch die entweichenden heißen Gase beschädigt werden.

Wegen dem großen Stromfluß durch die Elektrode, der Hitze des Schmelzofens und der Vibration, die durch den Lichtbogen zwischen dem Ende der Elektrode und der Schmelze verursacht ist, ist es praktisch unmöglich eine zuverlässige eng angepaßte Dichtung ohne Gefahr der Beschädigung für die Elektrode oder das Schmelzofendach vorzusehen, durch das sich die Elektrode erstreckt. Darüber hinaus kann als Folge der Verhältnisse in dem Schmelzofen die Achse der Elektrode leicht gekippt werden, wodurch sich weitere Probleme bei einem engen Sitz der Elektrode in der öffnung des Schmelzofens ergeben. Darüber hinaus gibt es kein bekanntes Dichtungsmaterial, das den hohen Temperaturen an der Elektrodenoberfläche widerstehen kann.

Wie vorstehend ausgeführt, werden die Elektroden während des Betriebes des Schmelzofens häufig gehoben und gesenkt. Wenn die Elektrode gesenkt wird, ist sie auch der vom Schmelzofen spritzenden Schlacke ausgesetzt. Wenn eine eng angepaßte Öffnung oder Dichtung am Schmelzofen vorgesehen ist, kann, wenn die Elektrode angehoben wird, Schlacke an der äußeren Oberfläche der Elektrode die Dichtung beschädigen.

Während in vielen Fällen der Druck in dem Schmelzofen größer als der Atmospharendruck ist, gibt es Zeiten, in denen der Druck im Schmelzofen unter Atmospharendruck liegt. Solche Bedingungen können entstehen, wenn beim Betrieb des Schmelzofens insbesondere schädliche Gase ausgestossen werden und diese durch Vakuieren aus dem Schmelzofen entfernt werden müssen,

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um eine Gefährdung des Bedienungspersonals zu vermeiden.

Es ist auch wünschenswert, den Bereich auf der Außenseite des Schmelzofens in der Nähe der Elektrode so kühl wie möglich zu halten, um eine Beschädigung der Elektrodensteuerung und der Handhabungseinrichtung zu vermeiden und eine Gefährdung der Arbeiter zu reduzieren.

Folglich existiert eine Notwendigkeit für eine zuverlässige Elektrodendichtung eines Lichtbogenschmelzofens, die unter der Bedingung sowohl eines positiven wie negativen Druckes im Schmelzofen dichtet, die in keinem Fall die Justierung oder Handhabung der Elektrode stört, und die eine minimale Instandhaltung erfordert. In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird eine solche Elektrodendichtung vorgesehen.

Die verbesserte elektrische Schmelzofendichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt einen unteren Dichtring, der sich von der öffnung des Schmelzofens radial nach außen erstreckt und an der Innenseite einen Durchmesser hat, der nur wenig größer als der Durchmesser der Elektrode ist. Ein auseinanderziehbarer Dichtungsaufbau setzt sich aus einer Vielzahl von flüssigkeitsgekühlten zylindrischen Stopfbuchsen zusammen, die sich um die Elektrode herum erstrecken und bei der zwischen den jeweiligen Stopfbüchsen geeignete Pakkungen angeordnet sind, um eine Axialbewegung relativ zueinander zu erlauben. Die Packung ist flexibel und durch eine Feder vorgespannt, um eine axiale Bewegung der Elektrode durch die Abschnitte des teleskopartigen Dichtungsaufbaues zu erlauben und um die Abnutzung der Packung- auszugleichen. Der teleskopartige Dichtungsaufbau ist so bezüglich des unteren Dichtringes angeordnet, daß der Teleskopaufbau frei auf dem Dichtring radial gleiten kann und deshalb der Teleskopaufbau der normalen seitlichen Bewegung oder Querbewegung der Elektrode folgen kann. Der untere Dichtungs-

ring und der obere Teleskopaufbau der vorzugsweise drei Stopfbüchsen ist aus einem Material wie vorzugsweise nicht magnetischem korrosionsfestem Stahl gebildet, um der Verschlechterung bei der hohen anzutreffenden Temperatur zu widerstehen.

Vorzugsweise werden sowohl der untere Dichtungsring als auch der obere Teleskopaufbau der drei Stopfbüchsen wassergekühlt, um eine Verschlechterung bei den hohen anzutreffenden Temperaturen zu verhindern. Zusätzlich kann der Dichtungsring auf einem weiteren wassergekühlten und stationären Dichtungsring sitzen. Der obere Dichtungsaufbau sitzt auf einer Dichtungsoberfläche des unteren Dichtungsringes, der seinerseits auf der Dichtungsoberflache des nächst niedrigeren Dichtungsringes sitzt, der elektrisch von dem Schmelzofen isoliert ist. Der obere Dichtungsaufbau ist auf dem Dichtungsring für eine Querbewegung und gegen eine Aufwärtsbewegung montiert.

Wie bereits erwähnt, umfaßt der obere Dichtungsaufbau vorzugsweise drei konzentrische und teleskopartig auseinanderziehbare Stopfbüchsenglieder. Die Stopfbüchse mit dem größeren Durchmesser ist mit dem unteren oder ersten Dichtungsring verbunden, während die -Stopfbüchse mit einem Zwischendurchmesser zwischen die Stopfbüchse mit dem größeren Durchmesser und die obere Stopfbüchse mit kleinerem Durchmesser dazwischen eingefügt ist, die wiederum an dem Elektrodenhalter ist. Jede Stopfbüchse ist doppelt gewandet und umfaßt eine eigenartige Anordnung von Umlenkblechen mit der Funktion, Kühlwasser durch die Stopfbüchsen zu leiten, um eine gleichmäßige Kühlung zu erzielen. Jede Stopfbüchse hat einen unabhängigen Zufluß und Ausfluß für das Kühlungswasser, wobei diese Zuflüsse und Ausflüsse zumindest im Hinblick auf die beiden oberen Stopfbüchsen am oberen Abschnitt der Stopfbüchsen angeordnet sind.

Am oberen Ende von jeder der beiden unteren Stopfbüchsen des Teleskopaufbaus ist ein Ringspalt vorgesehen, der jeweils eine Asbestkordeldichtung aufnimmt. Die Dichtung hat die Form eines Ringes und sitzt so in dem Ringspalt, daß sie die Außenfläche der benachbarten wassergekühlten Stopfbüchse umgibt. Die Dichtung oder Packung dichtet deshalb gegen einen kalten Wassermantel und ist selbst am oberen Ende einer Wasserstopfbüchse montiert und ist deshalb nicht der Strahlung des Schmelzofens ausgesetzt. Um den Dichtungsgrad der vorgesehenen Dichtungen zu erhöhen, ist um die Peripherie dieser Dichtungen eine Feder angeordnet, die die Dichtungen radial nach innen zu drücken sucht, während sie eine radial nach außen gehende Expansion erlaubt.

Der dieAsbestdichtungen aufnehmende Ringspalt in den Stopfbüchsen ist radial so groß, daß sich jede Dichtung und ihre Feder radial in dem Spalt bewegen können. Kraft dieser Anordnung kann jede solche Dichtung in ihrem Spalt bis zu einem begrenzten Grade gleiten, wodurch eine beschränkte radiale Bewegung zwischen den verschiedenen Stopfbüchsen des Teleskopaufbaus möglich ist. Vorzugsweise befindet sich jeder solche Spalt am Ende einer Stopfbüchse, und er ist durch eine Endplatte verschlossen, die aus zwei diametral geteilten Abschnitten besteht, so daß die Dichtung für die Instandhaltung schnell freigelegt werden kann, indem diese End - oder Deckplatten entfernt werden.

Jede Stopfbüchse hat einen größeren Durchmesser als der Durchmesser der Elektrode, so daß selbst bei der kleinsten Stopfbüchse die Innenfläche im Abstand von der Außenfläche der Elektrode liegt. In der bevorzugten Ausführungsform, in der die obere Stopfbüchse jene mit dem kleinsten Durchmesser ist, ist der Abstand zwischen der Außenfläche der Elektrode und der Innenfläche der Stopfbüchse vorzugsweise größer als etwa 2,5 cm

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(1 Inch), so daß die Stopfbüchse die Elektrode nicht direkt berührt, jedoch aufgrund der Tatsache, daß sie selbst wassergekühlt ist, zur Kühlung des oberen Abschnitts der Elektrode beiträgt.

In vorteilhafter Weise wird die obere Stopfbüchse durch den Elektrodenhalter über die Elektrodenschuhklammer und eine Klammeranordnung gehalten, an der so die obere Stopfbüchse hängt. Um die obere Stopfbüchse bezüglich der Elektrode zu dichten, ist eine axial zusammenpressbare Dichtung zwischen dem oberen Ende der oberen Stopfbüchse und der unteren Oberfläche des Elektrodenschuhs vorgesehen. Kraft dieser Anordnung und der Halteklammer kann die Dichtung leicht axial im erforderlichen Ausmaß zusammengedrückt werden, indem einfach die Schraubenmuttern der Hängeklammern angezogen werden, um die Stopfbüchse aufwärts zu dem Schuh zu heben.

Die verschiedenen Stopfbüchsen sind jeweils durchgehende Zylinder, die dadurch zusammengebaut werden, daß sie jeweils in die nächste benachbarte Stopfbüchse geschoben werden. Damit die obere Stopfbuchse die untere Stopfbüchse beim teleskopartigen Auseinanderziehen der Stopfbüchsen anhebt, ist es jedoch notwendig, für diesen Zweck zusammenwirkende Anschläge zwischen dem Boden der oberen Stopfbüchse und der Oberseite der Zwischenstopfbüchse vorzusehen. Diese Anschläge sind so angeordnet, daß die beiden Stopfbuchsen bis zu einer Position drehen können, in der die Anschläge einander freigeben, und nachdem eine Stopfbüchse in die andere eingeschoben ist, wird sie wieder in eine Position gedreht, in der sich die Anschläge überlappen, so daß eine axiale Trennung der Stopfbüchsen verhindert wird und die obere Stopfbüchse die untere Stopfbüchse anhebt, wenn die jeweiligen Anschläge miteinander in Eingriff kommen. Um zu verhindern, daß die Stopfbüchsen erneut in eine Position drehen, in der sie axial getrennt werden, sind Maßnahmen vorgesehen, um eine Drehung der

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Stopfbüchsen relativ zueinander zu verhindern.

Folglich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung eines elektrischen Lichtbogenofens vorzuschlagen, in dem sich eine Elektrode mit großem Durchmesser durch eine öffnung in dem Schmelzofen erstreckt, wobei die Verbesserung ein einzigartiger Teleskopelektrodendichtungsaufbau ist.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine einzigartige Dichtung für die Elektrode eines elektrischen Schmelzofens, indem ein Teleskopaufbau vorgesehen ist, der zumindst zwei und vorzugsweise drei konzentrisch angeordnete Stopfbüchsenglieder umfaßt, wobei auch mehr verwendet werden können, und jede Stopfbuchse wassergekühlt ist und eine Reihe von Umfangsumlenkblechen enthält, um den Durchflußweg von Kühlwasser zu vergrößern.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ringdichtung für jeden der ineinanderschiebbaren Stopfbüchsen des Dichtungsaufbaus vorzusehen, wobei die Ringdichtung eine vorgespannte Druckfeder umfaßt,die die Ringdichtung radial nach innen drückt, die es jedoch, falls notwendig, erlaubt, daß sich die Ringdichtung nach außen ausdehnt.

Ein anderes Ziel ist es, einen wassergekühlten Sitz für die Dichtung vorzusehen, wobei die Dichtung mit der gekühlten äußeren Oberfläche der benachbarten Stopfbüchse im Eingriff steht, wodurch die Dichtung auch von der Schmelzofenstrahlung abgeschirmt wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, in einer Teleskopdichtung für einen elektrischen Schmelzofen eine Reihe von Anschlägen in jeder Stopfbüchse des Teleskopaufbaus vorzusehen, die verhindern, daß die drei oder mehr

Stopfbüchsen des Aufbaus von der Elektrode, die sie umgeben, axial auseinandergezogen werden.

Noch ein anderes Ziel und eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist es, daß der ineinanderschiebbare Stopfbüchsenaufbau zumindest einen Verschlußriegel umfaßt, der zwischen den oberen Enden der beiden unteren Stopfbüchsen und der ZWischenstopfbüchse angebracht ist, um eine Drehung der Zwischenstopfbüchse relativ zu den benachbarten Stopfbüchsen zu verhindern.

Ein zusätzliches Ziel ist ein ineinanderschiebbarer Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen,in dem die ineinanderschiebbaren Stopfbüchsen auch seitlich relativ zueinander bewegt werden können, um die Vibration der Elektrode auszugleichen.

Diese und andere Besonderheiten, Vorteile und Ziele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen und einer eingehenden nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1:eine dreidimensionale Ansicht mit weggeschnittenen Abschnitten einer Elektrode mit der Teleskopdichtung nach der Erfindung;

Fig. 2:eine Frontansicht im Aufriß und teilweise im Schnitt des auf der einen Seite ausgezogenen und auf der anderen Seite zusammengezogenen Dichtungsaufbaues, und einen Abschnitt des Schmelzofendaches, durch das . sich die Elektrode erstreckt;

Fig.3: einen Grundriß der Zwischenstopfbüchse mit der Anordnung der Anschläge, die ein axiales Loskuppeln der Stopfbüchsen verhindern; '

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Fig. 4: eine Teilansicht eines Axialschnittes durch die obere Stopfbüchse des Aufbaus mit einem Aufnahmebereich des Dichtungsringes;

Fig. 5: eine vergrößerte Ansicht eines Axialschnittes der Zwischenstopfbüchse; und

Fig. 6: die Abwicklung der Kühlwegeanordnung der Stopfbüchsen mittels Umlenkblechen.

In Fig. .1 und 2 ist eine Elektrode gezeigt, die durch einen Teleskopstopfbüchsenaufbau umgeben ist.

In bezug auf Fig. 2 ist ein Schmelzofendach" 1 gezeigt, das ein feuerfestes Material enthält und ein Ziegelmauerwerk 2 umfaßt, wodurch eine Kreisöffnung 3 festgelegt ist, durch die sich eine Elektrode 4 von außen in den Schmelzofen erstreckt. Ein Dichtungsaufbau 5 ist am oberen Ende der Öffnung 3 gelagert und sitzt auf dem Ziegelmauerwerk 2 in der Nähe der öffnung 3, wobei sich der Dichtungsaufbau 5 konzentrisch zur Achse der öffnung 3 um die Elektrode 4 herum erstreckt. Auf dem feststehenden Dichtungsaufbau 5 sitzt ein ineinanderschiebbarer und seitlich bewegbarer Dichtungsaufbau 6. Der Dichtungsaufbau 5 umfaßt einen seitlich bewegbaren flüssigkeitsgekühlten Dichtungsring 7, der auf einem feststehenden wassergekühlten Dichtring gleitet, der auf einem Isolationsträgerring 8 sitzt, der wiederum auf einem anderen wassergekühlten Ring sitzen kann.

Die Verbesserung der vorliegenden Erfindung liegt in dem bewegbaren Dichtungsaufbau 6 und der Abdichtung der Elektrode gegenüber dem Schmelzofen. Der Dichtungsaufbau 6 umfaßt mehrere, vorzugsweise drei ineinanderschiebbare Stopfbüchsen 9 bis 11, von denen jede eine innere Wand 12 und eine

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äußere Wand 13 aufweist. Jede der Stopfbüchsen 9 bis 11 weist eine zylindrische Form auf und ist hohl, um um die Elektrode 4. herum angeordnet zu werden, und diese Stopfbüchsen 9 bis 11 sind so ineinander eingepaßt, daß sich eine Teleskopform ergibt. Die obere Stopfbüchse 9 weist den kleinsten Durchmesser auf und ist in die Stopfbüchse

10 einschiebbar, die einen mittleren Durchmesser aufweist. Die untere Stopfbüchse 11 weist einen größeren Durchmesser als die Zwischenstopfbüchse 10 auf, die in die Stopfbüchse

11 einschiebbar ist.

Ein Elektrodenschuh 14 ist am oberen Ende der Elektrode festgeklammert und umfaßt eine Elektrodenklemme 15, die an der oberen Stopfbüchse mit Hilfe von Auslegern 16 befestigt ist. Es ist offensichtlich, daß sich die Stopfbüchsen 9 bis 11, wenn die Elektrode aufwärts bewegt wird, mit ihr axial von ihrer Position, wie sie auf der rechten Seite von Fig. 2 zu sehen ist, zu ihrer ausgezogenen Position, wie sie auf der linken Seite von Fig. 2 zu sehen ist, ausdehnen. Wird die Elektrode 4 gesenkt, werden die Stopfbüchsen 9 bis 11 wieder ineinander eingepaßt und ineinander geschoben. Aufgrund der Bewegung der Elektrode, der Vibration und des magnetischen Feldes neigt die Zwischenstopfbüchse 10 dazu, sich um die Achse der Elektrode 4 zu drehen. Um dies zu verhindern und das Teleskopdichtungssystem mit dem Stopfbüchsen 9 bis 11 zu stabilisieren, ist ein Sperrstab 17 vorgesehen, der am oberen Ende der Stopfbüchse 10 befestigt ist und nach unten zwischen parallel auseinandergelegten Führungsstangen 17' ragt, durch die der Sperrstab gleiten kann.

Wie aus Fig. 5 zu ersehen ist, umfaßt jeder der Stopfbüchsen 10 und 11 an ihrem oberen Ende ein Packungs- oder Dichtelement 18, das eine Asbestkordel enthält, die durch ein flaches Band 18' und eine Feder 19 umschlossen ist.Die Wirkung der Feder 19 liegt darin, das Dichtelement 18 nach innen zu drücken, um eine gute Dichtung gegen die äußere Oberfläche der benachbarten inneren Stopfbüchse zu erhalten, und trotz-

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dem eine Ausdehnung des Dichtelements nach außen zu erlauben. Aus Fig.2 und 5 ist zu erkennen, daß das Dichtelement am oberen Ende der Stopfbüchse 10 eingebaut ist und die äußere Oberfläche der Stopfbüchse 9 berührt. Dagegen sitzt die Dichtung 18A am oberen Ende der Stopfbüchse 11,und sie umringt und berührt die äußere Oberfläche der Stopfbüchse 10. In jedem Fall drückt die Feder 19 die Dichtung 18 und 18A nach innen, um ein Leck zwischen den Stopfbüchsen 9 bis 11 zu verhindern.

Wie wieder aus Fig. 5 zu ersehen ist, bilden Platten 20 und

21 einen Sitz für die Aufnahme sowohl des Dichtelements wie auch des Unterstützungsbandes und der Feder 19. Ein diametral geschlitzter Ring 22 begrenzt einen Ringspalt, in dem die Dichtung angeordnet ist. Der Ring

22 kann leicht entfernt werden, um das Dichtelement 18 oder die Feder 19 zu überholen. Ein Flansch 24 ist auf der Platte

20 vorgesehen, um die Hälften des Ringes 22 an der Stopfbüchse festzumachen. Das Band 18¹, das sich um die äußere Peripherie der Dichtung erstreckt, verteilt die radial nach innen gerichteten Kräfte der Feder 19 entlang der Außenfläche der Dichtung. Das Dichtelement 18 weist eine solche Höhe auf, daß es im engen Gleitsitz zwischen den Platten

21 und 22 sitzt. Es wird weiterhin bemerkt, daß der Ringspalt 23 radial größer ist als die Feder und die Dichtung, so daß sich die Dichtung in einem' begrenzten Ausmaß radial bewegen kann, um eine begrenzte radiale Bewegung zwischen den benachbarten Stopfbüchsen zu erlauben.

Fig. 4 zeigt das obere Ende der oberen Stopfbüchse 9 und ihren Dichtungsträger. In Abständen von 40° sind auf der Platte 21' angeordnete Anschläge 20' in Form von kurzen aufrechten Platten verteilt.. Die Dichtung 18C sitzt auf der flachen oberen Fläche 23' der oberen Platte 21'. Von der inneren Kante der Platte 21' erstreckt sich radial

nach außen ein Ring 25, der eine kurze axiale Ausdehnung im Vergleich zur Stopfbüchse aufweist und die Dichtung 18C im Abstand von der Innenfläche der Stopfbüchse hält.

Nach Fig. 2 ist es augenscheinlich, daß durch das Festdrehen der Bolzen 35 der Aufhängung 15 die Stopfbüchse 9 angehoben wird, so daß die Dichtung 18C axial zwischen der Oberseite 23' der Platte 21' und der Unterseite des Schuhaufbaues 14 zusammengepreßt wird. Es wird weiter bemerkt, daß die Gewindestifte 36 schwenkbar angebracht sind, um ein Zentrieren der Stopfbüchse 9 bezüglich der Schuhanordnung zu erlauben. Die Anschläge 20' weisen auf beiden gegenüberliegenden Seiten eine etwas größere Ausdehnung als die Schuhanordnung auf, um sicherzustellen, daß die Stopfbüchse im Hinblick auf den Schuh und übereinstimmend damit hinsichtlich der Elektrode zentriert werden kann.

Es wird mit Bezug auf die Fig. 2 bemerkt, daß die innere Oberfläche der Stopfbüchse 9 von der äußeren Oberfläche der Elektrode im Abstand liegt, wenn die Stopfbüchse auf die Elektrode mittels der Aufhängung 15 montiert ist. Diese Anordnung vermeidet jeden direkten Kontakt zwischen der heißen Außenseite der Elektrode und der Innenseite der Stopfbüchse und infolge der Flüssigkeitskühlung der Stopfbüchsen, vorzugsweise mit kaltem Wasser, ist der von der Stopfbüchse 9 umgebene Abschnitt der Elektrode bis zu einem gewissen Grade gekühlt.

Jede der Stopfbüchsen 9 bis 11 wird z.B. durch Schweißen hergestellt, um eine hohle kreisförmige Hülse zu bilden. Die Außenseite der Stopfbüchsen 9 und 10 zeigen eine glatte Oberfläche für eine gute Abdichtung der jeweiligen Dichtungen 18 und 18A. Die Stopfbüchsen werden zuerst getrennt

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voneinander hergestellt und dann in der Teleskopform, wie in Fig. 2 gezeigt/ zusammengebaut. Wird die Stopfbüchse 9 nach oben gezogen, so erscheint es augenfällig, daß eine Reihe von Anschlägen 26 an der äußeren Oberfläche und in der Nähe des unteren Endes mit einer Reihe von Anschlägen 27 an der inneren Oberfläche der Stopfbüchse 10 in der Nähe ihres oberen Endes zum Eingriff kommen. Wenn diese Anschläge aneinander angreifen,wird die Stopfbüchse 10 durch die Stopfbüchse 9 aufwärts gehoben, und es gibt dann eine relative Bewegung zwischen der Stopfbüchse 10 und 11. Die Anschläge 26 und 27 sind an den jeweiligen Stopfbüchsen 9 und 10 in der in Fig. 3 gezeigten Anordnung angebracht. Die Umfangsausdehnung der verschiedenen Abschnitte 27A und 27B dieser Anschläge ist kleiner als 180°, um den Einbau der Stopfbüchse 9 in die Stopfbüchse 10 zu erlauben, wobei zunächst die Stopfbüchse 9 um 90° von ihrer Arbeitsstellung gedreht wird, das untere Ende der Stopfbüchse 9 in die Stopfbüchse 10 eingesetzt wird, bis die Anschläge 26 der Stopfbüchse 9 unter den Anschlägen 27 der Stopfbüchse 10 sind, und dann die Stopfbüchse 9 um 90° so gedreht wird, daß entsprechende Segmente der Anschläge in Axialrichtung einander gegenüberliegen. Dieser Zusammenbau wird durch die räumliche Anordnung der Anschläge in Ümfangsrichtung entsprechend Fig. 3 erlaubt .

Eine ähnliche Anordnung von Anschlägen ist zwischen den Stopfbüchsen 10 und 11 vorgesehen, um eine axiale Trennung dieser Stopfbüchsen zu verhindern. Es wird hervorgehoben, daß die Stopfbüchse 10 durch andere geeignete Träger hochgehoben werden kann, wenn die Stopfbüchse 9 zu einer Position dicht über dem oberen Ende der Stopfbüchse 10 zurückgezogen ist.

Nachdem die Stopfbüchsen eine in der anderen zusammengebaut

sind, werden die Führungsstangen 17' angeschweißt, wobei sich der Stab 17 durch diese Führungsanordnung hindurch erstreckt, um eine Drehung der Zwischenstopfbüchse 10 zu verhindern.

Wie in den Fig. 1 und 6 gezeigt ist, ist jede Stopfbüchse wassergekühlt, wobei Kühlwasser durch ihre Zuflußleitung 28 zufließt und aus der Stopfbüchse durch eine Ausflußleitung 29 austritt. Geeignete flexible nicht näher gezeigte Schläuche sind mit den Einlaß- und Auslaßleitungen 28, 29 verbunden, um einen Zwangsumlauf der Kühlflüssigkeit vorzusehen.

Um eine noch wirksamere und gleichmäßigere Kühlung einzurichten, weist jede Stopfbüchse zwischen ihrer inneren und äußeren Wänden 12 und 13 eine Anordnung von Umlenkblechen 30 auf, die den Kühlwasserstrom zwischen der Einlaßleitung 28 und der Auslaßleitung 29 entlang führen. Ein Paar von vertikalen Umlenkblechen 31 leiten das Wasser vom Einlaß 28 zu dem Boden der Stopfbüchse, und gestaffelte, in Umfangsrichtung angeordnete Umlenkbleche 32 veranlassen das Wasser in Umfangsrichtung und dann aufwärts zu fließen, und dann in Umfangsrichtung in der entgegengesetzten Richtung, bis das Wasser zu guter Letzt den Auslaß 29 erreicht. Dadurch ist eine hervorragende und wirksame Kühlung in jeder Stopfbüchse vorgesehen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist ein mit einer öffnung darin versehener Halteansatz 50 in Form eines Ohres an der Außenseite der Stopfbüchse 11 befestigt. Es gibt vier solcher Ansätze auf der Außenseite der Stopfbüchse 11, die in gleichen Abständen voneinander versetzt angeordnet und in der Umfangsrichtung von dem Sperrstab 17 und der Einlaß- und Auslaßleitung jeder Stopfbüchse abgesetzt sind. Darüber hinaus sind umgekehrte U-förmige Bügel 58 an auf dem Umfang verteilten Orten am Dichtring 7 befestigt, wobei die öffnungen

in den Bügeln Arme 60 aufnehmen, die von der Stopfbüchse 11 in der Nähe ihres Bodens hervorragen und an ihr befestigt sind. Die Arme 60 und die öffnungen in den Bügeln 58 erlauben eine gewisse Bewegung der Stopfbüchse 11 hinsichtlich des Dichtungsringes 7 in seitlicher Richtung und in der Umf angsrichtung.

Hinsichtlich Fig. 2 ist zu betonen, daß die öffnung 62 im Dichtungsring 7 nur wenig größer als der Durchmesser der Elektrode 4 ist und dementsprechend einen wassergekühlten Schutzschild bildet, um etwas Strahlung von der Innenseite des Schmelzofens abzuhalten. Die untere Oberfläche 64 des Ringes 7 ist vorzugsweise gleitbar auf der oberen Oberfläche des wassergekühlten Ringes 66. Dies erlaubt eine weitere seitliche Bewegung des ineinanderschiebbaren Dichtungsaufbaues und der Elektrode. Wenn die Elektrode bis zu dem Punkt gesenkt wird/ bei dem die ineinanderschiebbaren Stopfbüchsenabschnitte, die auf der rechten Seite von Fig. 2 gezeigte Stellung einnehmen, ist in Verbindung mit Fig. 2 weiter zu erkennen,daß eine weitere Abdichtung zwischen der unteren Oberfläche der Stopfbüchse 9 und 10 und der oberen Oberfläche des Dichtungsrings 7 erzielt wird. Noch wichtiger ist es, daß die Stopfbüchsen 9 und 10, wenn sie in die Stopfbüchse 11 hineingeschoben sind, die innere Oberfläche der Stopfbüchse 11 schützen, wodurch eine Kühlung dieser Stopfbüchse erleichtert wird, die üblicherweise diejenige ist, die die meiste Hitze von dem Schmelzofen und der Elektrode aufnimmt.

Während des Betriebes des Schmelzofens ist es notwendig, die Elektrode vertikal ständig nachzujustieren, um geeignete Arbeitsbedingungen in dem Schmelzofen zu erhalten, indem entsprechend die Länge des Lichtbogens zwischen dem Elektrodenende und der Schmelze im Schmelzofen nachgeregelt wird. Darüber hinaus wird das untere Ende der Elektrode weggefressen, wodurch eine Abwärtsbewegung der Elektrode erforderlich wird,

um die erforderliche Lichtbogenlänge zu erhalten. Der Teleskopdichtungsaufbau 6 erlaubt alle solche Bewegungen ebenso wie eine seitliche Bewegung der Elektrode, wenn dies erforderlich ist, wobei dennoch eine wirksame Dichtung zwischen der Innenseite und der Außenseite des Schmelzofens erhalten bleibt. Darüber hinaus neigt die Packung oder Dichtung 18 und 18A dazu, etwas von der Elektrodenvibration zu absorbieren.

Wenn jede der in Fig. 1 und 2 gezeigten Stopfbüchsen ungefähr 60cm (2 Fuß) hoch ist, dann erlaubt die gezeigte Anordnung eine vertikale Bewegung der Elektrode über eine Distanz von über 90 cm (3 Fuß), ohne daß die Elektrode relativ zu dem Schuh 14 neu eingeregelt werden muß. Es wurde herausgefunden, daß dies eine ausreichende vertikale Bewegung während eines üblichen Betriebsablaufs ist.

Die gezeigte und beschriebene Dichtungsanordnung kann Drücken widerstehen, die wesentlich größer als jene sind, die gewöhnlich während eines Betriebes des Schmelzofens angetroffen werden. Darüber hinaus ist eine gute Dichtung sogar dann erzielbar, wenn der Druck in dem Schmelzofen auf Unteratmosphärendruck verringert wird, so daß ein negativer Druck im Schmelzofen erhalten werden kann, falls dies gewünscht ist.

Kraft der gezeigten und beschriebenen Konstruktion sind die verschiedenen Stopfbüchsen leicht einzubauen und zu ersetzen, und der Aufbau selbst hält zuverlässig und lang, wodurch die erforderlichen Unterhaltungskosten für die Dichtungsanordnung auf ein Minimum reduziert werden.

Claims (14)

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser Ernsbergerstrasse 19 8 München 60 QIT-FER ET TITANE INC. 22. April 1981 P.O. Box 560 Sorel, Quebec / Kanada Unser Zeichen: Q 202 Patentansprüche

1. Elektrodendichtungsaufbau für einen elektrischen Schmelzofen, bei dem sich eine Elektrode durch eine öffnung im Schmelzofen erstreckt und durch den Elektrodendichtungsaufbau in bezug auf den Schmelzofen abgedichtet wird/ dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode von mehreren Stopfbuchsen mit unterschiedlichen Durchmessern umgeben ist, die in Axialrichtung telcskopartig ineinander gleitbar und flüssigkeitsgekühlt sind, daß zu den Stopfbüchsen eine untere und eine obere Stopfbüchse gehören, daß gleitbare mechanische Dichtungsmittel zwischen der oberen und der unteren Stopfbüchse vorgesehen sind, um zwischen den Stopfbüchsen während einer relativen Axialbewegung abzudichten, und daß die Dichtungsmittel eine Ringdichtung umfassen, die durch eine äußere Stopfbüchse·getragen wird und gegen eine Außenfläche einer benachbarten inneren Stopfbüchse abdichtet, sowie Mittel, die die obere Stopfbüchse mit der Elektrode verbinden, um eine Bewegung dieser Stopfbüchse mit der Elektrode zu ermöglichen, Dichtungsmittel, um die obere Stopfbüchse hinsichtlich der Elektrode abzudichten, und Mittel, die die untere Stopfbüchse bezüglich der Schmelzofenöffnung abdichten und eine seitliche Bewegung bezüglich der öffnung ermöglichen.

2. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Stopfbüchsen zumindest eine Zwischenstopfbüchse zwischen der oberen und der unteren Stopfbüchse gehört, die eine äußere Dichtwand aufweist, die mit einer Dichtung einer benachbarten äußeren Stopfbüchse in Eingriff steht, und eine Ringdichtung, die mit einer äußeren Dichtwand einer benachbarten inneren Stopfbüchse in Eingriff steht.

3. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Stopfbüchsen einen hohlen Ringkörper umfaßt, und daß Zu- und Abflußleitungen für Kühlflüssigkeit mit jeder Stopfbüchse verbunden sind.

4. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stopfbüchse ümlenkmittel zum Durchleiten von Kühlflüssigkeit entlang einer verschlungenen Bahn in der Stopfbüchse zwischen der Zu- und der Abflußleitung enthält.

5. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ringdichtung einen Dichtungsring aus gegenüber relativ hohen Temperaturen widerstandsfähigem Material enthält, und daß Mittel vorgesehen sind, die die Ringe in einem festen Dichtungseingriff mit den Außenflächen der Stopfbüchsen halten.

6. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtungen für eine begrenzte Radialbewegung montiert sind.

so daß die Stopfbüchsen während des Hebens und Senkens der Elektrode sich relativ zueinander seitlich bewegen können.

7. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Mittel vorgesehen sind, um eine Drehung der Zwischenstopfbüchse in bezug auf die obere und die untere Stopfbüchse zu verhindern.

8. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Elektrodenschuh um die Elektrode an einer Stelle über der oberen Stopfbüchse herum erstreckt, daß die Verbindungsmittel zwischen der oberen Stopfbuchse und der Elektrode weitere Mittel enthalten, durch die die obere Stopfbüchse an einer Klemme des Elektrodenschuhs aufgehängt ist, und daß die Dichtungsmittel zum Abdichten der oberen Stopfbuchse in bezug auf die Elektrode einen Dichtungsring zwischen der oberen Stopfbüchse und dem Elektrodenschuh enthalten.

9. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring zwischen dem Schuh und einer Querfläche der oberen Stopfbüchse in Axialrichtung zusammengepreßt ist.

10. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Heben der Zwischenstopfbüchsewährend einer Aufwärtsbewegung der Elektrode Anschläge enthalten, die benachbart zu dem unteren Ende der oberen Stopfbüchse und benachbart zu dem oberen Ende der Zwischenstopfbüchse angebracht sind, wobei die Anschläge aneinander anliegen, um die Zwischenstopfbüchse anzuheben, bevor sich die obe-

-A-re Stopfbüchse von der Zwischenstopfbüchse axial trennt.

11. Elektrodendichtungsaufbau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anschläge über weniger als 180° auf gegenüberliegenden Oberflächen der oberen und der Zwischenstopfbüchse erstrecken, und daß die Anschläge in ümfangsrichtung verteilt angeordnet sind, um ein teleskopartiges Zusammenfügen der Stopfbüchsen durch Einsetzen der einen Stopfbüchse in die andere zu ermöglichen und um die Stopfbüchsen gegen ein Herausziehen durch eine relative Drehung zwischen ihnen zu verbinden.

12. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, die die untere Stopfbüchse relativ zu der Schmelzofenöffnung bezüglich einer Querbewegung abdichten, eine untere Fläche der unteren Stopfbüchse enthalten, die auf der oberen Fläche eines Ringes, der die Schmelzofenöffnung umgibt, sitzt, und daß Mittel diese Stopfbüchse mit dem Ring verbinden, um eine begrenzte Quergleitbewegung der unteren Fläche der Stopfbüchse auf dem Ring zu ermöglichen.

13. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring einen flüssigkeitsgekühlten Ring,.der bezüglich der Schmelzofenöffnung abdichtet, und Isolationsmaterial zwischen dem Ring und dem Schmelzofen enthält.

14. Elektrodendichtungsaufbau für einen Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfbüchsen von der oberen Stopfbüchse zu der unteren Stopfbüchse aufeinanderfolgend einen zunehmenden Durchmesser aufweisen, so daß, wenn die Elektrode gesenkt

wird, innere Oberflächen der Zwischenstopfbüchse und der oberen Stopfbüchse das Innere der unteren Stopfbüchse abschirmen.