CN1056718C - 自焙碳电极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自焙的电极，这种电极直接在耗用它的熔炼炉中制取。电极的外套由导电材料制成，外套中有多个辐射状的竖向肋条。未经焙烧的碳糊加入外套中，用加到电极上的电流焙烧成固体电极。辐射状的竖向内肋条固定在外套内侧，由固体碳板制成。固体碳板径向长度/厚度比大于5∶1。
Description
技术领域
本发明涉及电热熔炼炉用的一种自焙电极。
背景技术
一般自焙电极通常有一个竖向配置的电极外套穿过炉顶或炉盖上的孔口延伸。电极外套的上端敞开着，以便可以往其中加入未经焙烧的碳质电极糊，电极糊被加热时软化、熔融，然后借助于电极加有工作电流部位的电极糊中产生的热量焙烧成固体的碳电极。电极随着自身在熔炉中的消耗而下降，于是在电极柱的顶上装上新的外套节，再另行加入未经焙烧的电极糊。
这种一般的电极配备有多条竖向的金属内肋条，固定在电极外套的内表面，这些肋条呈辐射状地朝电极中心延伸。新电极外套节装到电极柱顶上时，将肋条与下一节外套的肋条焊接起来，以获得在竖向连续延伸的肋条。肋条对焙烧过的电极起增强作用，并在焙烧的过程中将电流和热量径向引入电极糊中。为补充消耗掉的电极，借助于电极夹持滑送装置将电极往下送。
使用这种传统的电极时，电极外套和内肋条在电极在炉中消耗掉时熔化，于是外套和肋条中的金属含量转移到在熔炼出的产品中。由于电极外套和内肋条通常是钢制成的，因而这种传统的自焙电极不能用于制造硅或制造含硅量高的硅铁的电热熔炼炉，由于如此制取的成品中的铁含量高到不能容许的程度。
早在二十世纪二十年代就有人建议通过在未经焙烧的电极糊中插入预焙烧过的碳插入体往自焙电极中输热。因此例如，挪威专利45408中就公开了一种制造自焙电极的方法，该方法将预焙烧过的碳体放入电极的周边，用未经焙烧的碳糊保持就位。碳插入体不固定在电极外套上，而只用未经焙烧的电极糊保持就位，在电极是焙烧过时则用焙烧过的电极糊保持就位。为使碳插入体在焙烧电极糊之前，过程中和之后保持就位，需要在新一节外套装到电极柱顶上时用热液态电极糊灌满各外套，因为只有电极糊才能使碳插入体靠在外套内壁上保持就位。这种加入电极糊的方法是要不得的，因为电极糊中焦油/沥青粘结剂产生的有害健康的气体会从电极柱顶蒸发出去，危害操作人员的健康达到不能容许的程度。上述挪威专利中所述的碳插入体，其径向长度/厚度比小于1∶2，因而碳插入体往电极糊中良好传热的距离很短，难以使电极的中心部分完全焙烧。由于挪威专利45408的碳插入体不固定在外套上或在竖向上彼此加以固定，再加上径向长度/厚度比小于1∶2，这些碳插入体就不能以一般自焙电极中使用的内肋条同样的方式发挥作用。正是这些原因使挪威专利45408没有实用价值。
然而，过去几年来有人提出了一系列修改一般带内肋条的自焙电极的修改方案，以求避免炉中炼出的硅为外套和肋条中的铁所污染。
因而，挪威专利149451公开了一种自焙电极，电极糊装在无内肋条的外套中，在熔炼炉工作电流加到电极上的位置上方焙烧，在电极焙烧完之后但下送到工作电流加到电极上的位置之前将电极外套卸除。这样就制成了没有外套也没有内肋条的电极。这种电极已用在制造硅的熔炼炉中，但比起一般预焙电极来具有这样的缺点：必须装设昂贵的电极焙烧装置和从电极卸除外套的装置。
美国专利4,692,929公开了一种与生产硅的电炉配用的自焙电极。电极的永久金属外套不带内肋条，电极的支撑构件由碳纤维组成，电极糊在支撑构件周围焙烧，焙烧过的电极由支撑构件支撑着。这种电极有这样的缺点：为用碳纤维组成的支撑构件支撑电极，必须在电极顶部上方装设特殊的夹持装置。此外，要将电极随着其消耗下送滑入永久外套中有困难。
美国专利4,575,856中介绍了一种具有不带内肋条的永久外套的自焙电极，电极糊在中心的石墨核心体周围焙烧，由石墨核心体将电极固定住。这种电极具有美国专利4,692,929的电极同样的缺点，而且石墨核心体在电极受到径向力的作用时会断裂。
上述制造无内肋条的自焙电极的方法都有这样的缺点，即这些方法用来制造直径1.2米以上的电极时电极断裂的可能性大幅度增加。相反，一般使用的自焙电极，其直径高达2.0米。
发明内容
尽管有了上述生产自焙电极防止铁污染熔炼炉中熔炼出的产品的方法和设备，仍然还需要有一种能克服公知电极的缺点、简单而可靠的自焙碳电极。因此，本发明的目的是提供一种没有内钢肋条但克服了挪威专利45488中公开的那种电极的缺点的自焙电极。
因此，本发明涉及一种直接在自身消耗掉的熔炼炉中制造的自焙碳电极，该电极的外套由导电材料制成，具有多个呈辐射状的竖向内肋条，未经焙烧的碳糊加入外套中，碳糊借助于加到电极上的电流焙烧成固体电极，所述电极的特征在于，呈辐射状的竖向内肋条都由固定在外套内侧的碳板构成，碳板的径向长度/厚度比大于5∶1。
碳板可以由石墨或预焙烧过的碳材料制成，并可用碳纤维或其它不会污染熔炼炉中熔炼出的产品的材料的纤维补强。碳板的径向长度/厚度比根据所使用的碳材料的类型和强度确定。
若碳板由焙烧过的碳材料制成，碳肋条的径向长度/厚度比最好大于8∶1。若碳板由石墨制成，碳肋条的径向长度/厚度比最好大于15∶1。
按照本发明的一个最佳实施例，碳肋条用螺栓和/或通过粘结固定在外套上。
具有碳肋条的外套与具钢肋条的自焙电极的外套，两者的制造方法大致相同。因此，外套节总数等于碳肋条的数目时，每段外套可以由各外套节制成。各外套环节的至少一个竖向配备有一个向内延伸的凸缘，当装配炉架长度的外套时，碳肋条用螺栓和螺母和/或通过粘结固定在毗邻各节的竖向凸缘之间。不然各段外套由焊接成筒形、里面焊接有固定碳肋条用的竖向凸缘的板材制成。
碳肋条竖向延伸，其长度起码等于各段外套的长度。碳肋条最好比外套长直至50厘米。这样新一段外套装在电极顶部时其中的碳肋条就重叠在下一段外套的碳肋条上，从而使碳肋条在电极糊在两节外套之间的部位焙烧时以一般自焙电极中的钢肋条同样的形式与另一条碳肋条竖向接触。
在本发明的电极中，碳板制成的肋条，导电性能良好，加到电极上的电流向内引入未经焙烧的电极糊中。这一点非常重要，为的是在例如电极断裂之后确保电极的快速烧焙。
电极的直径大时，需要加肋条，其目的在于稳定电极周边的电流和热量情况。肋条除促进电流和热量的输送过程外，还必须承受电极的重量。一般自焙电极中的金属肋条在大约1000℃以上的温度下熔化消散，本发明电极中的碳肋条则起补强的作用，这个作用一直往下遍及电极的尖端。因此本发明的电极可用作直径比目前硅生成炉中使用的电极还大的电极。
采用径向长度/厚度比大于5∶1的固定碳板制成的肋条可以避免肋条的铁污染炉中熔炼出的产品，同时电极保持至少与具有钢肋条的电极同样的机械强度。这使本发明可制造出直径与一般具有钢肋条的电极一样大的电极。本发明的电极可采用一般的夹持滑送装置。因此，本发明的电极可用于目前采用具有钢肋条的自焙电极的熔炼炉中而无需昂贵地改装电极夹持滑送装置。
本发明的电极外套可以配备多个金属或碳质的竖向外肋条，因而电极可用挪威专利147168和149485中所述的电极夹持滑送装置夹持和滑送。这样就可以避免电极在其焙烧区上方受到径向力的作用。此外，采用这种电极夹持滑送装置，外套就可以用极薄的金属板制成，从而进一步减少铁对熔炼炉中成品的污染。外套还可以采用象铝和铝合金之类的其它金属。此外还可以制造非圆形截面的电极，例如矩形或基本上矩形截面的电极。
附图简介
图1是本发明电极的纵向剖视图。
图2是沿图1的I-I线截取的横向剖视图。
图3是图2标有A的部位的放大视图，示出了碳肋条固定在外套上的第一实施例。
图4示出了碳肋条固定在外套上的第二实施例。
图5示出了配备有辐射状外肋条的矩形截面电极的横向剖视图。
图6示出了图5标有B的部位的放大视图。
最佳实施例的详细说明
图1中可以看到一个自焙电极，电极下方就是熔炼炉(图中未示出)，电极即在熔炼炉中消耗掉。电极的外套1由导电材料制成。外套1穿过电极悬挂架2，并穿过悬挂在建筑物结构4调节电极用的液压缸3。一般的电极夹持滑送装置5用来夹持电极并将电极在炉中消耗的过程中向下滑送。电极的下部分设有接触夹具6，由一般的压环7将其压在电极表面上。接触夹具6与电气管线(图中未示)连接，以便将工作电流供到电极上。碳质电极糊在其加有电流的部位因其中产生的热量而被加热，从而焙烧成固体电极8。电极糊以固体圆柱体9的形式加到电极外套1顶部，因受热而软化，充满电极外套的整个横截面，形成电极糊的液层10。
图2中所示的外套1配备有多个内肋条11，内肋条11由径向长度/厚度比为20∶1的石墨板制成。采用碳质肋条11避免了钢肋条中的铁污染熔炼炉中熔炼出的产品，而且还可以避免一般不带辐射状内肋条的公知自焙电极和挪威专利45408中公开的使用碳插入体时遇到的那些缺点。碳肋条的强度能承受经焙烧电极的重量，而且其导电性能良好，使电流可以通过接触夹具6向内引入电极糊10中，从而使电极快速焙烧。此外，一般的电极夹持滑送装置无需改装也可以用在本发明的电极上。这样可以简单而经济地应用本发明的电极。
图3和图4中示出了辐射状碳板固定在电极外套上的两个实施例。
图3所示的实施例中，电极外套1各节都配备有向内延伸的凸缘12。碳肋条11用螺栓13和螺母14固定在毗邻的各节电极外套上的两个凸缘12之间。这样，碳肋条11就以简单的方式固定到外套上。另外，接触表面上还可以涂加粘结剂。
图4实施例的外套中配血有向内延伸凸缘16，其数目与碳肋条11的数目相等，碳肋条11用适当的粘结剂粘结到凸缘16上。必要时可以用螺栓和螺母将该连接部分加固。
图5和图6中示出了本发明电极的横截面为基本上矩形的一个实施例。这种电极不能使用图1所示的那种电极夹持滑送装置。为夹持电极并给电极供电，除辐射状碳内肋条11外，电极外套还配备有辐射状的外肋条17，外肋条17由诸如钢、铝或碳之类的导电材料制成。为将工作电流加到电极上，采用了供电器件18，以挪威专利147168中所述的方式固定在外肋条17上。为夹持滑送电极，采用挪威专利147985中所述的那种电极夹持滑送装置。电极外套1没有受到供电器件和夹持滑送装置的任何径向力，因而可用较薄的材料制成，从而进一步减少铁对熔炼炉中熔炼出的产品的污染。挪威专利147168和147985中所述的那种供电器件和夹持滑送装置还可用于其它非矩形截面的电极。
Claims (10)
1.一种自焙的碳电极，直接在耗用它的熔炼炉中制造，该电极的外套(1)由导电材料制成，里面有辐射状的竖向内肋条(11)，未经焙烧的碳糊(9)加入外套(1)中，碳糊(9)用输送到电极的电流焙烧成固体电极(8)，其特征在于，辐射状的竖向内肋条(11)由固体碳板(11)构成，固定在外套(1)内侧，所述碳板的径向长度/厚度比大于5∶1。
2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，碳板(11)由石墨或预焙烧过的碳材料制成。
3.如权利要求2所述的电极，其特征在于，由石墨制成的碳板(11)径向长度/厚度比大于15∶1。
4.如权利要求2所述的电极，其特征在于，由预焙烧过的碳材料制成的碳板(11)径向长度/厚度比大于8∶1.
5.如权利要求1所述的电极，其特征在于，碳板(11)采用碳纤维或不污染熔炼炉中熔炼出的产品的其它材料的纤维进行补强。
6.如权利要求1所述的电极，其特征在于，碳板(11)用螺栓(13)并/或用粘结剂固定在外套(1)上。
7.如权利要求6所述的电极，其特征在于，外套(1)由多个节组成，各外套节的至少一个竖面配备有内向延伸的凸缘(12)，碳肋条(11)固定在各毗邻环节的竖向凸缘(12)之间。
8.如权利要求1所述的电极，其特征在于，碳板(11)竖向延伸，延伸的长度至少等于各段外套的长度。
9.如权利要求8所述的电极，其特征在于，碳肋条(11)的长度超过外套的长度达50厘米之多，这样，新一段外套装在电极顶部时，新一段外套中的碳肋条就重叠在新一段外套下面的那段外套的碳肋条上。
10.如权利要求1-9其中之一所述的电极，其特征在于，电极外套(1)配备有竖向外肋条(17)，用以夹持滑送电极并将工作电流供到电极上。
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