专利名称：特别用于电弧炉的强电流导线以及形成强电流导线的方法
特别用于电弧炉的强电流导线以及形成强电流导线的方法
技术领域：
本发明涉及 一 种特别是用于电弧炉的强电流导线，以及 一 种形成这种强电流导线的方法。
在一种所谓的电弧炉也叫做电炉中，不同质量的废钢被熔化。为此借助电极点燃电极和废钢之间的电弧，并且按照此方式产生用于熔化废钢所需的热能。由于所提供的热能在所谓的炉缸中一该炉缸中装有废
钢一形成液态的钢以及液态的炉渣。例如从DE 38 14 261 Al可得知这种类型的电弧炉。
为了能提供熔化所必需的热能需要有强电能。典型地由三相的电炉变压器给三个电极提供电压直到2000伏的直到IOOKA的电流。该电能由炉用变压器经过强电系统输送到电极。强电流系统通常为三个相中的每个相包括强电流管或者强电流轨、强电流索缆以及引导电流的电极支承臂，所述支承臂在端部侧具有接触夹，在这些接触夹中分别支承着电极。由于是高电能和强电流所以使强电流系统变热，并且因此要对其进行冷却。
这些电极支承臂除了具有电的特性以外还必须具有支承电极并且使电极能够移动的足够的机械支承能力。此外，由于电极臂要到达炉缸的上面，并且通过这些电极臂使单个的电极逐渐地伸入到炉缸中，因此存在由于炉缸的热辐射增加热载荷的危险。
本发明的任务是提供一种质量高质的，且能成本有利地制造的强电流导线。
根据本发明，这个任务通过用于电弧炉的强电流导线，特别是强电流管或者强电流轨或者电极支承臂完成，其包括有承载件，在该承载件上喷涂有导电的导电层。
因此，强电流导线特别是由具有机械支承功能的承载件和在该承栽件上涂覆的导电层构成，这个导电层具有用于导电所要求的电特性。因此通过导电层将电能输送到相应的电极。在这种情况中根据电的要求选择喷涂的导电层的材料和厚度。
在此，所谓的强电流导线应理解这种导线，即它适合输送在至少为两位数的KA范围内的强电流，特别是直至超过100KA的强电流。在此，所谓的喷涂的导电层应理解的这种层，即这个层特別是借助
微粒喷涂法涂覆上的，在该喷涂方法中，10-100 |um的微米范围内的微粒或者颗粒优选借助合适的颗粒喷涂装置进行喷涂。其中可采用本身已公开的热喷涂方法，例如火焰喷涂。在这些方法中，在涂覆之前将这些微粒至少部分地熔化。
然而优选用 一种所谓的冷气喷涂方法，也叫做Cold-Spray方法涂覆导电层u在冷气喷涂时，用于待涂覆的导电层的涂层材料以粉末形式以很高的速度喷涂到承栽件上。为此通常借助拉瓦尔喷管将过程气体加速到超音速。紧接着将粉末颗粒注入到过程气体的气体射流中，并且加速到足够高的速度，这样由于能量很高，当这些颗碰撞到承载件时它们至少部分地熔化，并且形成致密的和牢固附着的层。在这个过程中，与其它的热喷涂方法，例如火焰喷涂的不同之处是，在此无需实现熔化单个颗粒。
喷涂方法，特别是冷气喷涂的特别优点是，这个方法可比较简单，并且成本有利地执行，并且例如通过在待涂层的表面上多次掠过便可产生足够的层厚。特别是这种冷气喷涂方法具有下述特点，即该方法可在低温和环境压力下进行。这样就可毫无问题地喷涂各种各样的材料。
和其它的涂覆方法相比，例如借助炸开的所谓^镀法 一 在该方法中通常是将薄的金属片炸到基质上一这个方法在类似的或者改进的热电特性的情况下明显地成本上更为有利。
根据有效的改进方案，规定铜或者铜合金例如铜银合金用作导电层的材料。特别是由于铜或者铜合金具有良好的导电能力而特别适合于此。
优选本发明进一步规定，导电层包括在其中填充有硬质材料颗粒的基体，并且特别由此而形成。其中特别是铜或者铜合金用于基体。通过填充硬质材料颗粒改进了导电层的表面特性，这样，这个导电层相对于机械载荷和/或由于侵蚀的介质的载荷总体讲耐抗性更高。因为电极支承臂设置在炉缸的上部，并且由此经受更高的载荷，所以通过此措施达到附加的特别有效的保护，并且提高了耐磨损性。
这样一些颗粒可以理解为所迷硬质材料颗粒，即它们和基体材料相比具有至少高2倍的韧性和表面硬度。例如用于这样的硬质材料的颗粒是金刚石-碳化硼或者其它颗粒。
4其中，合适地将所谓的CNT颗粒(CNT: Carbon Nano Tubes-碳纳米管)用作硬质材料颗粒。Carbon-Nano-Tubes就是碳納米管。它们的直径典型地小于100nm,直到几个nm。这些管状物的壁是由碳构成。CNT颗粒是由大量的这种类型的碳納米管构成u使用CNT颗粒用作硬质材料颗粒的特别优点是它们具有非常良好的导电能力、高的热传导力以及它们的机械耐抗性。由于具有良好的导电能力，结合具有良好的导热能力，所以它们具有非常高的电流负荷能力。
相对于导电层而言，硬质材料颗粒所占比例优选在10%到40%之间的体积百分比u
硬质材料颗粒合适地具有特别是从几个)Lim到例如50 pm范围内的大小。
为了保证在已计划的用于电弧炉的电极支承臂的应用领域中，对强电流具有足够的导电能力，根据合适的方案，导电层具有大约3到10mm，特別是在大约5mm范围内的厚度。在这种情况中，用喷涂方法，特别是用冷气喷涂方法可毫无问题，且成本有利质量良好且均匀地涂覆这样的层厚。
此外，根据本发明这个任务通过一种用于形成用于电弧炉的强电流导线，特别是形成强电流管/强电流轨和/或电极支承臂的方法得以完成，在所述方法中将导电层喷涂到承栽件上。关于强电流导线方面所列出的优点和优选的方案原则上也适用于本方法。优选将冷气喷涂法用作喷涂法。
在这种情况中，根椐优选的方案也规定将导电层涂覆到已经存在的强电导线上。当例如要提高电弧炉的生产能力时，这种喷涂方法也特别适用于修理或者加强的目的。在这种情况中，不需要全部地更换整个强电系统。而是只需要借助喷涂导电层提高强电流导线、特别是强电流管和电极支承臂的导电能力就足够了 。
下面借助附图对本发明的实施例进行更加详细的说明，这些附图分别为简化图u
图1:电弧炉的部分侧视图。
图2:图1的电弧炉的电极臂的部分视图。
图3:电极支承臂的横截面图。
在这些图中，相同的部件用相同的附图标记表示。图1中简化示出的电弧炉具有炉缸2。通常可用在此未详细示出的盖子关闭这个炉缸。石墨电极4可穿过这个盖子垂直地沿所示的双箭头方向进出炉缸。将废钢作为熔炼炉料3送入炉缸2进行熔化。为了进行熔化，将电极4移到靠近废钢的表面，并且点燃电弧。为了保证电弧的稳定燃烧，分别对电极4的高度进行调节u
通过所谓的电炉变压器6来提供保持电弧所需的电能。通常设置三个电极4，它们分别以一个相连接在电炉变压器6的次级绕组侧上。在这种情况中，这些电极4通过强电流系统和电炉变压器6的次级绕组侧连接,，在次级绕组侧的夹子8上，通过柔性的连接器7连接的强电流管或者强电流轨9延伸到柔性的、特别是水冷却的强电索缆10。这些强电索缆分别在电极支承臂12的一个端部和电极支承臂12电连接。这些电极支承臂12借助设计为升降柱的电极杆14可沿双箭头方向垂直地移动 电极支承臂12伸到炉缸2的上面，并且借助夹子式的电极支架具分别载有一个电极4。在这种情况中，电极4大约设置在等边三角形的顶点中，这尤其是可从图2中看到。
电极4所必需的电流通过强电流管或者强电流轨9、优选水冷却的强电索缆10以及也优选水冷却的电极支承臂12输送到电极4
在实施例中，电极支承臂12设计成空心型材式的承栽件18。在这个承载件上，部分地或者在整个周边上喷涂有导电层20。其中在图4中，将矩形空心型材规定为所述空心型材用于承载件18。特别是将合适的钢用作承栽件18的材料。
优选除了电极支承臂12的空心型材式的部分区段以外，强电流系统的其它部件也设置导电层20，这样从电炉变压器6直到相应的电极4的整个输电线路都设置有导电层20。
这个导电层20特别是由铜合金或者铜构成，特别是在其中填充有CNT颗粒22。代替使用在其中填充有CNT颗粒22的铜基体，导电层20由铜或者铜合金，例如铜银合金构成。在实施例中，导电层的厚度d叶尤选大约为5 mm。
导电层20借助冷气喷涂方法喷涂的。在这种喷涂方法中借助拉瓦尔喷管将载气加速到超音速。然后将待涂覆的颗粒注入到栽气中，并且强烈地加速。由于高的动能，这些颗粒在承栽件18上碰撞时至少部分地熔化，并且因此形成均匀的致密的层。在这种情况中，无论是用于基
6体的颗粒，即铜颗粒或者铜合金颗粒，还是硬质材料颗粒或者CNT颗粒22都可作为颗粒注入。通过冷气喷涂可以简单和成本有利的方式将足够致密的和因此具有良好导电能力的层毫无问题地涂覆到承栽件18上，而不需要繁瑣的涂覆方法。
通过在铜基体中填充CNT颗粒，无论是导电层20的电、热还是机械特性相对于要求都有改进。特别是CNT颗粒具有很高的热传导能力以及良好的导电能力的特点。同时这些颗粒还有利于改进机械表面特性。特别是由于具有良好的电特性和热特性，通过选择的导电层20,与常规的强电流管/强电流轨和/或电极支承臂相比达到减少加热升温。同时可用较少花费和成本有利地产生导电层20。
此外，借助冷气喷涂方法还可事后地将导电层20涂覆到现有的电极支承臂12上，以改进电特性。在要将电弧炉设备改装成具有更高生产能力的电弧炉时，这种做法是特别有利的。
权利要求
1. 特别是用于电弧炉的强电流导线(9、10、12)，包括承载件(18)，在该承载件上喷涂有引导电流的导电层(20)。
2. 按照权利要求1所迷的强电流导线(9、 10、2),其中，设置 铜或者铜合金用作导电层(20)的材料。
3. 按照权利要求1或2所述的强电流导线(9、 10、 12)，其中， 导电层(20)包括在其中填充有硬质材料颗粒(22)的基体。
4. 按照权利要求3所述的强电流导线(9、 10、 12),其中，设置 碳纳米管颗粒(22)用作硬质材料颗粒。
5. 按照权利要求3或4所述的强电流导线(9、 10、 12)，其中， 硬质材料颗粒(22)相对于导电层(20)而言所占比例大约在10%-40% 的体积百分比的范围内。
6. 按照前迷权利要求中任一项所迷的强电流导线(9、 10、 12), 其中，导电层(20)具有大约3-10mm,特别是大约5mm的厚度(d )。
7. 形成特别是用于电弧炉的强电流导线(9、 10、 12)的方法，其 中，在承栽件(18)上喷涂导电层(20)。
8. 按照权利要求7所述的方法，其中，通过冷气喷涂来涂覆导电层 (20)。
9. 按照权利要求7或者8所述的方法，其中，将导电层(20)涂覆 到已有的强电流导线(9、 10、 12)上。
全文摘要
为了成本有利地给电弧炉制造具有良好电特性的强电系统，本发明提出，由承载件(18)和特别是借助于冷气喷涂方法喷涂到承载件上的导电层(20)来形成强电流管/强电流轨和/或电极支承臂。
文档编号H05B7/00GK101491158SQ200780026612
公开日2009年7月22日 申请日期2007年6月21日 优先权日2006年7月13日
发明者A·多贝勒, T·桑特根 申请人:西门子公司