NO820908L - Elektrode for lysbueovner og anvendelse derav. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en elektrode for lysbueovner, med

et øvre avsnitt av metall og et forbrukbart nedre avsnitt av carbonmateriale, idet avsnittene har i det vesentlige sylindrisk form og er forbundet med hverandre ved hjelp av en skruenippel eller lignende innretning eller også direkte med hverandre, og idet det øvre avsnitt oppviser en væske-kjøleinnretning med en forløpskanal og en tilbakeløpskanal og det øvre avsnitt fortrinnsvis innen dets nedre> område kan være beskyttet med et høytemperaturfast skikt, og dessuten en anvendelse av en slik elektrode.

Lysbueovner for fremsstiling av elektrostål, kobber, korund, kobolt eller silicium etc. er hittil blitt drevet med grafittelektroder som strømtilførende elementer. Vanligvis er en elektrodestreng satt sammen av flere grafitten-heter som er forbundet med hverandre ved hjelp av skruefor-bindelser eller lignende forbindelser. Tre elektrodestrenger blir ofte anvendt som strømtilførende elementer pr. ovn for disse elektrotermiske høytemperatursmeltepro-sesser.

Det er også allerede kjent å anvende kombinasjonselektroder av et metallskaft på hvilket en spiss av carbonmateriale er blitt tilføyet ved hjelp av en skrueforbind-else, som en nippel etc, for anvendelse for lysbueovner.

Således er i vest-tysk publisert patentsøknad 1565751 elektroder for elektriske lysbueovner beskrevet som består av et øvre metallisk hodestykke, et nedre metallisk hodestykke/av elektriske ledere som forbinder begge med hverandre, av en keramisk masse som omslutter disse ledere og det nedre hovedstykke, og av et nedre hodestykke med en utskiftbart fastgjort elektrodespiss.

En væskeavkjølt elektrode er kjent fra vest-tysk publisert patentsøknad 2845367, som oppviser en sylindrisk innspenningsdel som er festet til elektrodebærearmen, et metallisk kjølesystem som fører elektrodestrømmen og som er festet til elektroden og som på den frie ende bærer en gjengedel for påskruing av elektrodespissen, og en rør-formig varmeskjerm som inneholder kjølesystemet innen det område som er utsatt for ovnsatmosfæren,i avstand og i en

fast rommessig anordning i forhold til denne.

Fra den publiserte europeiske patentsøknad 12573 er

en kombinasjonselektrodé kjent hvor metallskaf tets i side-retningen anordnet og utenpåliggende metalliske kontakt er isolerende'qpplagret overfor det innenforliggende metalliske kjølesystem. I den nedre del av det metalliske kjøleskaft er et keramisk skikt som er sikret med haker anordnet og som strekker seg tilnærmet til samme nivå som skruenippel-forbindelsen som en carbondel er tilføyet til.

Slike kombinasjonselektroder er i prinsippet kjent i lang tid, f.eks. fra vest-tysk patentskrift 268660 som ble bevilget i 1912.

For de elektrodestrenger som idag er vanlig anvendt, opptrer betydelige tap av carbonmateriale, blant annet på grunn av sideoxydasjon. For fullstrengelektroder av carbonmateriale er derfor forsøk blitt utført for ved impregnering eller påføring av beskyttelsesskikt, som keramiske og/eller metalliske belegg, å motvirke denne uønskede effekt. Disse forholdsregler har på den ene side bare begrenset virkning og fører på den annen side også til at elektrodene blir dyrere.

For de ovenfor beskrevne kombinasjonselektroder av metallskaft med påskrudd carbondel kan en reduksjon av sideoxydasjonen fås i avhengighet av konstruksjonen og lengden av metallskaftet som er ført inn i ovnen. Imidlertid trenger også disse elektroder ytterligere forbedring for å redusere tap på grunn av side- og spissoxydasjon. Dessuten trenger metallskaft og carbonmateriale som er forbundet med disse, stadig forbedring for å oppnå optimale driftsbe-tingelser og en mer forstyrrelsesfri drift med minimalt bruddtap for elektrodene.

Det tas derfor ved oppfinnelsen sikte på å tilveie-bringe en elektrode for lysbueovner av den ovennevnte type, hvor metallskaftet og carbonmaterialet er slik avstemt i forhold til hverandre at en mest mulig forstyrrelsesfri drift av elektroden er mulig. Det skal spesielt være mulig å senke forbruket av carbonmaterialer på grunn av side oxydasjon og høye bruddhyppigheter, spesielt ved ekstrem strømbelastning av elektrodene. Samtidig skal derved en nedsettelse av driftstanstidene for elektrodene og en forenkling av fremstillingsprosessen for carbondelene som danner elektrodens nedre avsnitt, kunne oppnås.

Denne oppgave er ifølge oppfinnelsen løst ved til-veiebringelsen av en elektrode av den ovennevnte type som er særpreget ved at det nedre avsnitt består av finkornig, høyfast, høygrafittisk carbonmateriale med en rådensitet av minst 1,70 g/cm 3.

Det nedre avsnitt er vanligvis ved hjelp av en nippel forbundet med det øvre avsnitt av metall, og nippelen består av metall, som støpejern eller kobber, men fortrinnsvis av grafitt. Istedenfor nippelen kan imidlertid eventuelt også en annen metode anvendes for befestigelsen 'med det.

øvre avsnitt av metall. Dette er forsynt med en væskekjøle-innretning som vanligvis utgjøres av minst én forløpskanal og en tilbakeløpskanal. Kjøleinnretningen når sammen med dens tilløpskanal fortrinnsvis også til det øvre ytre område av nippelen, og dette er spesielt foretrukket. Det er imidlertid også mulig at nippelen som sådan gjennom-strømmes, eventuelt med kjølesystemet.

Det er ifølge oppfinnelsen gunstig at det øvre avsnitt strekker seg over 40-80%, fortrinnsvis 60-80%, av elektrodens samlede lengde.

Selv om fordelene ved den foreliggende oppfinnelse oppnås allerede når det nedre avsnitt utgjøres av finkornig, høyfast, høygrafittisk carbonmateriale med en rådensitet av minst 1,70 g/cm 3, oppnås spesielt fordelaktige resultater med rådensiteter av 1,75-1,9 2 g/cm 3. En anvendelse av de sistnevnte carbonmaterialer er derfor spesielt gunstig.

Carbonmaterialet som danner det nedre avsnitt av elektroden ifølge oppfinnelsen, kan ifølge en foretrukken ut-førelsesform a.v oppfinnelsen oppvise en spesifikk elektrisk motstand av under 6 j\. mm<2>/m.

Det er også gunstig at carbonmaterialet oppviser en varmeledningsevne av over 200 W/mK. Endelig kan det fin-kornige, høyfaste, høygrafittiske carbonmateriale som danner det nedre avsnitt, med fordel velges slik at det oppviser bøyefastheter på over 15 N/mm 2,

Således er en elektrode av den ovennevnte type spesielt fordelaktig når det nedre avsnitt består av finkornig, høy-graf ittisk carbonmateriale med en rådensitet av 1,75-1,92 g/cm 3 , en spesifikk elektrisk motstand av ^ 6A mm 2/m, en varmeledningsevne av > 200 W/mK og en bøyefasthet av over 15 N/mm<2>.

Ved fremstillingen av det nedre avsnitt anvendes spesielt fordelaktig et carbonmateriale som har en maksimal kornstørrelse av 1-3 mm. Carbonmaterialet som anvendes for det nedre avsnitt av elektroden ifølge oppfinnelsen, kan spesielt gunstig, fremstilles av høyverdig premiumkoks under anvendelse av binde- og impregneringsmidler. Når.de nevnte eller eventuelt også andre utgangsmaterialer anvendes, fås spesielt gode nedre avsnitt ved en grafitteringstemperatur over 2900°C.

Ifølge en foretrukken utførelsesform av den foreliggende elektrode er det nedre avsnitts diameter mindre enn diameteren for det øvre avsnitt av metall og også mindre enn diameteren for helgrafittelektroder ved en på forhånd gitt belastning. Det nedre avsnitts diameter er fortrinnsvis 150-500 mm.

Ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen har det nedre avsnitt på den ene frontside en gjengebeholder og på den annen frontside en gjengetapp. Det er derved mulig å for-binde det øvre avsnitt av metall direkte med.det nedre avsnitt uten en mellomkoblet nippel og dessuten å skru rest-stykket av det på forhånd anvendte nedre avsnitt fast til undersiden av det nye nedre avsnitt.

Ved de utførelsesformer av elektroden ifølge oppfinnelsen hvor det ikke benyttes en mellomkobling ved hjelp av en nippel, fås ytterligere fordeler da overgangsområdet mellom det nedre og det øvre avsnitt på grunn av den der fore-kommende temperaturforskjell og de forskjellige temperatur-utvidelseskoeffisienter for de angjeldende materialer for de tidligere kombinasjonselektroder er spesielt utsatt for forstyrrelser.

Det kan forøvrig også være sørget for at det nedre avsnitt oppviser en på lignende måte som for hulelektroder gjennomgående, men ennu bedre ikke gjennomgående, sentral boring med en diameter av 20-50 mm. Det nedre avsnitts mantelflate kan også med fordel være ubearbeidet.

Ved de foreliggende elektroder oppnås en rekke fordeler. Elektrodene kan for en på forhånd gitt belastning ha mindre dimensjoner enn vanlige elektroder. Det har forøvrig vist seg at elektrodene har en høy sjokkfasthet og større bestandighet overfor sideavbrann. På grunn av at carbondelen er utformet med mindre dimensjoner kan carbon-elektrodedelene presses, glødes, impregneres og grafitteres på enklere måte - enn hva tilfellet er for større dimensjonerte elektroder.

Den foreliggende elektrode kan med fordel anvendes ved fremstilling av farvede metaller, som kobber og kobolt, men også for fremstilling av korund eller av silicium, etc.

Elektroden anvendes imidlertid fortrinnsvis for fremstilling av elektrostål. Den foreliggende elektrode er spesielt egnet for fremstilling av elektrostål innen det såkalte "High Power"- eller "Ultra High Power"-område ved strømstyrke av 40-80 kA, idet det nedre avsnitts diameter da finner anvendelse innen området fra 400 til 600 mm. En spesielt foretrukken strømbelastning for elektroden ifølge oppfinnelsen ligger innen området fra 50 til 75 kA ved de ovennevnte diametre for carbondelen.

En utførelsesform av en elektrode ifølge oppfinnelsen er i form av et lengdesnitt vist på tegningen.

For den viste elektrode blir kjølemidlet, som regel vann, innført gjennom en forløpskanal 2 og tilbakeført gjennom en tilbakeløpskanal 3. Kjølemidlet kommer da også inn i et kammer i en skruenippel 1 som f.eks. er laget av støpejern. Et øvre avsnitt 5 av metall består her av et øvre område med større diameter og et nedenforliggende område med mindre diameter som er trukket inn i skruenippelen 1 som danner forbindelsen med et nedre avsnitt 6 av carbonmateriale som består av finkornig, høyfast, høygrafittisk carbonmateriale med en rådensitet av minst 1,70 g/cm . Et høytemperaturfast skikt 4 er dannet av en rekke enkeltform-deler som kan være understøttet på et lager 7. Et elektrisk ledende mellomskikt 11 står i forbindelse med den høytem-peraturfaste isolasjon 4 og er innad begrenset av det frem-trukne, innenforliggende metallskaft hhv. metallskaftets avsnitt med mindre diameter 12. Foruten kjølekanaler 15 kan ytterligere kanaler være anordnet gjennom hvilke innførte stifter via en fjær sørger for et godt sete for de høytem-peraturfaste formdeler.

Elektroden ifølge oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til den konstruksjon som er vist på tegningen. Således kan ifølge oppfinnelsen f.eks. konstruksjoner av elektroden være.spesielt fordelaktige som oppviser avvikelser i forhold til den elektrodetype som er vist på tegningen.

For slike elektroder som ifølge oppfinnelsen er foretrukne, har metallskaftet en i det vesentlige konstant diameter.

På dette kan ringer av høytemperaturfast materiale, fortrinnsvis ringer av grafitt, være påskrudd. Kjølesystemet kan da med fordel være slik utformet at nippelen innen dens øvre ytre område blir omstrømmet av kjølemidlet som imidlertid ikke kommer inn i nippelen som sådan. Et elektrisk ledende mellomskikt anvendes imidlertid ikke alltid for slike konstruksjoner. Slike og andre utførelsesformer av elektroden omfattes av oppfinnelsen forutsatt at carbonmaterialet for det forbrukbare, nedre avsnitt er dannet av finkornig, høy-fast, høygrafittisk carbonmateriale med en rådensitet av minst 1,7 g/cm 3.

Anvendelsen av elektroden ifølge oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det nedenstående eksempel.

Eksempel

En elektrode ble anvendt med et øvre avsnitt av kobber som ble avkjølt med vann ved hjelp av et system av for- og tilba.keløpskanaler. Kobberskaftet som befant seg i ovns-atmosfæren, var beskyttet med et høytemperaturfast skikt. Det nedre avsnitt var via en grafittnippel skrudd fast til metallskaf tet. Det nedre avsnitt hadde i forhold til det øvre avsnitt en mindre diameter som var ca. 350 mm. Den spesifikke elektriske motstand var 5,1 A mm 2/m. Elektroden hadde en senterkanal med en diameter av 30 mm.

Tre elektroder ble ført inn i en ovn med en kapasitet på 50 tonn som inneholdt stykkformig skrap som charge. Ovnen ble drevet med 3 faser med en maksimal fasestrøm av 50 kA ved en spenning av 490 V.

Den foreliggende elektrode kunne anvendes for kon-tinuerlig drift, og grafittforbruket var 3,1 kg/t flytende stål.

Claims (16)

1. Elektrode for lysbueovner, med et øvre avsnitt av metall og et forbrukbart nedre avsnitt av carbonmateriale, idet avsnittene har i det vesentlige sylindrisk form og er forbundet med hverandre ved hjelp av en skruenippel eller en lignende innretning eller også direkte med hverandre og idet det øvre avsnitt oppviser en væskekjøleinnretning med en forløpskanal og en tilbakeløpskanal og det øvre avsnitt fortrinnsvis innen dets nedre område kan være beskyttet med et høytemperaturfast skikt, karakterisert ved at det nedre avsnitt er dannet av finkornig, høyfast, høygrafittisk-carbonmateriale med en rådensitet av minst 1,70 g/cm"^.

2. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at rådensiteten ligger innen området 1,75-1,92 g/cm 3.

3. Elektrode ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at dens spesifikke elektriske motstand er mindre enn 6 mm 2.

4. Elektrode ifølge krav 1-3, karakterisert ved at den varmeledningsevne er større enn 200 W/mK.

5. Elektrode ifølge krav 1-4, karakterisert ved at dens bøyefasthet er over 15 N/mm 2.

6. Elektrode ifølge krav 1-5, karakterisert ved at dens rådensitet er 1,75-1,92 g/cm 3 , dens spesifikke elektriske motstand ^ 6/1 mm 2/m, dens varmeledningsevne £ 200 W/mK og dens bø yefasthet over 15 N/mm 2.

7. Elektrode, ifølge krav 1-6, karakterisert ved at det nedre avsnitt av carbonmateriale har en maksimal kornstørrelse av 1-3 mm.

8. Elektrode ifølge krav 1-7, karakterisert ved at carbonmaterialet er fremstilt fra høyverdig premiumkoks under anvendelse av binde- og impregneringsmidler.

9. Elektrode ifølge krav 1-8, karakterisert ved at grafitteringen er blitt utført ved en temperatur over 2900°C.

10. Elektrode ifølge krav 1-9, karakterisert ved at diameteren for dens nedre avsnitt er mindre enn diameteren for dens øvre avsnitt av metall og også mindre enn diameteren for helgrafittelektroder ved en på forhånd gitt belastning.

11. Elektrode ifølge krav 1-10, karakterisert ved at dens diameter er 150-500 mm.

12. Elektrode ifølge krav 1-11, karakterisert ved at dens nedre avsnitt på den ene frontside oppviser en gjengebeholder og dens andre frontside en gjengetapp.

13. Elektrode ifølge krav 1-12, karakterisert ved at dens nedre avsnitt oppviser en gjennomgående senterkanal med en diameter av 20-50 mm.

14. Elektrode ifølge krav 1-13, karakterisert ved at mantelflaten for dens nedre a,vsnitt er ubearbeidet.

15. Anvendelse av elektrodene ifølge krav 1-14 for fremstilling av elektrostål.

16. Anvendelse ifølge krav 15 innen HP- eller UHP-området ved strømstyrker av 4 0-80 kA og diametre for det nedre avsnitt av 400-600 mm.