DE3853773T2

DE3853773T2 - Self-baking electrode.

Info

Publication number: DE3853773T2
Application number: DE19883853773
Authority: DE
Inventors: Earl K. Frederick Stanley, Md.
Original assignee: Individual
Current assignee: Globe Metallurgical Inc
Priority date: 1988-02-10
Filing date: 1988-02-10
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2008-02-11
Also published as: DE3853773D1; ATE122527T1

Description

Diese Erfindung betrifft das technische Gebiet der selbsthärtenden (selbstbackenden) Elektroden.This invention relates to the technical field of self-curing (self-baking) electrodes.

Technical background

Bei der Erzeugung von Metallen ist es üblich, Hitze für das läutern oder Raffinieren dadurch zu erzeugen, daß elektrischer Strom durch eine Charge Erz (Möller) geleitet wird, um das Stattfinden einer chemischen Raffinierungs-Reaktion zu ermöglichen. Der elektrische Strom wird durch eine Elektrode, die mit der Charge in Verbindung steht, in diese eingebracht.In the manufacture of metals, it is common to generate heat for purification or refining by passing an electric current through a charge of ore (bullion) to enable a chemical refining reaction to take place. The electric current is introduced into the charge through an electrode connected to the charge.

Die Elektrode enthält typischerweise Kohlenstoff und wird im Bereich des Kontakts mit der Charge langsam zersetzt, was erfordert, daß sie langsam vorwärts bewegt wird, während das Raffinieren fortschreitet. Es sind viele Elektrodenkonstruktionen vorgeschlagen worden, um eine Elektrode passender Größe, die in das Einsatzgut vorrücken kann, zur Verfügung zu stellen. Eine solche Konstruktion ist als selbstbackende (selbsthärtende, selbstfestwerdende) Elektrode bekannt. Bei dieser Art Elektrode wird eine im wesentlichen kontinuierliche Elektrode dadurch gebildet, daß eine Elektrodenpaste erhitzt werden kann, um die Paste zu einer harten Elektrode zu verbacken, die Elektrizität in das Füllgut weiterleitet.The electrode typically contains carbon and is slowly decomposed in the area of contact with the charge, requiring it to be slowly advanced as refining proceeds. Many electrode designs have been proposed to provide an appropriately sized electrode that can advance into the charge. One such design is known as a self-baking (self-hardening, self-solidifying) electrode. In this type of electrode, a substantially continuous electrode is formed by allowing an electrode paste to be heated to bake the paste into a hard electrode that conducts electricity into the charge.

Eine solche bekannte selbstbackende Elektrode ist in Figur 1 dargestellt. Ein röhrenförmiges Stahlgehäuse 2 enthält Elektrodenpaste in einem oberen Teil. Stege oder Rippen 4 erstrecken sich radial einwärts vom Gehäuse 2, um einen zusätzlichen Bereich für das Eingreifen und Halten der Elektrodenpaste zu schaffen. Das Gehäuse wird an seinem oberen Ende durch Gleitplatten oder -ringe 6 gestützt, die ihrerseits von einer hydraulischen Hebeeinrichtung 8 gehalten werden, die auf Trägern 10 ruhen. Elektrischer Strom wird durch einen leitenden Ring oder eine solche Platte/Band 12 eingeführt, die der Strom durch einen Leiter 14 erhält. Die Platte oder der Ring 12 wird durch den Druckring 16 gegen die äußere Oberfläche des Gehäuses 2 gedrückt, wobei dieser durch Arme 18 gehalten wird. Die Paste wird in der Verfestigungs- oder Verbackungszone 20 durch die durch das Durchtreten von Strom erzeugte Hitze verbacken, so daß bei 22 eine gebackene Elektrode gebildet ist. Der Strom fließt von der leitenden Platte bzw. dem Ring 12 in die Gicht, wobei er diese erhitzt. Gleitstücke oder -bänder 6 treten in Aktion, um das Gehäuse und die Elektrode während des Läuterns oder Raffinierens abzusenken, wenn die verbackene Elektrode 22 verbraucht wird.One such known self-baking electrode is shown in Figure 1. A tubular steel casing 2 contains electrode paste in an upper portion. Ridges or ribs 4 extend radially inward from the casing 2 to provide additional area for engaging and holding the electrode paste. The casing is supported at its upper end by sliding plates or rings 6 which in turn are supported by a hydraulic jack 8 resting on supports 10. Electric current is introduced through a conductive ring or plate/band 12 which receives the current through a conductor 14. The plate or Ring 12 is pressed against the outer surface of the casing 2 by the pressure ring 16 which is held by arms 18. The paste is baked in the solidification or caking zone 20 by the heat generated by the passage of current so that a baked electrode is formed at 22. The current flows from the conductive plate or ring 12 into the furnace heating it. Slides or bands 6 come into action to lower the casing and electrode during refining as the baked electrode 22 is consumed.

Während die Elektrode der Figur 1 vorwärts bewegt wird, schmelzen das Stahlgehäuse und die Stahlstege und -rippen und kontaminieren das zu raffinierende oder zu läuternde Erz. Wenn das Erz Eisen ist, beispielsweise bei der Stahlherstellung, ist das nicht unannehmbar. Auf der anderen Seite müssen gegen die Zugabe von Eisen bei der Herstellung anderer Metalle wie beispielsweise Silicium in hohem Maße Einwendungen gemacht werden, und diese Zugabe beschränkt die Verwendung, für welche die Elektrode der Figur 1 bei der Herstellung von Silicium und anderen Nichteisen-Metallen eingesetzt werden kann, in gravierender Weise.As the Figure 1 electrode is advanced, the steel casing and the steel webs and fins melt and contaminate the ore being refined or purified. If the ore is iron, as in steelmaking, this is not unacceptable. On the other hand, the addition of iron in the manufacture of other metals such as silicon is highly objectionable and this addition severely limits the use to which the Figure 1 electrode can be put in the manufacture of silicon and other non-ferrous metals.

Figur 2 zeigt eine andere selbstbackende Elektrode des Standes der Technik. Ein Gehäuse 24 ist röhrenförmig und schließt Paste 26 ein. Vertikale Unterstützung wird durch ein Stahlseil 28 mit einer Vielzahl von Stahlgliedern 30 verliehen, die sich quer durch das Seil erstrecken, so daß sie in die unverbackene Paste hineinragen und diese stützen. Gleitschuhe 32 greifen an der äußeren Oberfläche des Gehäuses 24 an, um die Elektrode in das Füllgut vorzubewegen. Strom wird durch den leitenden Ring 34 aufgebracht, und eine verbackene Elektrode 36 wird am unteren Ende erzeugt.Figure 2 shows another prior art self-caking electrode. A housing 24 is tubular and encloses paste 26. Vertical support is provided by a steel cable 28 having a plurality of steel links 30 extending across the cable to extend into and support the uncaked paste. Skid shoes 32 engage the outer surface of the housing 24 to advance the electrode into the material. Current is applied through the conductive ring 34 and a caked electrode 36 is created at the lower end.

Das beil 28 wird durch einen Mechanismus (nicht gezeigt) gehalten, der ermöglicht, daß der zentrale Teil der Elektrode mit einer höheren Geschwindigkeit vorgeschoben wird als der Vorschub des äußeren Gehäuses. In einer typischen Ausgestaltung wird die innere Elektrode mit einer Geschwindigkeit vorgeschoben, die sogar 12 mal größer als die des äußeren Gehauses ist.The axe 28 is held by a mechanism (not shown) which allows the central part of the electrode to be advanced at a higher speed than the advance of the outer casing. In a typical embodiment the inner electrode is advanced at a speed that is 12 times higher than that of the outer housing.

Die Elektrode der Figur 2 weist viele Nachteile auf, beispielsweise die instabile Kontrolle der Elektrode infolge der Spannung bzw. Dehnung des Stahlseils und die Kontamination des der Läuterung unterworfenen Metalls durch das Schmelzen des Stahlseils und der Stahlglieder.The electrode of Figure 2 has many disadvantages, such as unstable control of the electrode due to the tension or stretching of the steel cable and contamination of the metal being refined by melting of the steel cable and the steel links.

Figur 3 ist ein weiteres Beispiel für eine selbstbackende Elektrode nach dem Stand der Technik. Ein äußeres Gehäuse 38 umschließt unverbackene Paste 40, und eine Graphit-Trägerelektrode 42 erstreckt sich entlang der Länge der Elektrode, um die zentrale Elektrode zu halten. Auf eine Weise, die der in bezug auf Figur 2 beschriebenen vergleichbar ist, wird die zentrale Elektrode mit einer Geschwindigkeit bis zum 12-fachen der Geschwindigkeit des Vorschubs des äußeren Gehäuses vorgeschoben. Das äußere Gehäuse wird durch Schuhe 44 gehalten und vorgeschoben. Elektrizität wird bei einem leitenden Ring 46 aufgebracht, und eine gebackene Elektrode 48 wird gebildet.Figure 3 is another example of a prior art self-baking electrode. An outer casing 38 encloses unbaked paste 40 and a graphite support electrode 42 extends along the length of the electrode to support the central electrode. In a manner similar to that described with respect to Figure 2, the central electrode is advanced at a rate up to 12 times the rate of advance of the outer casing. The outer casing is held and advanced by shoes 44. Electricity is applied to a conductive ring 46 and a baked electrode 48 is formed.

Obwohl die Elektrode der Figur 3 nicht die bezüglich der Elektroden der Figuren 1 und 2 diskutierten Kontaminationsprobleme aufweist, ist es nicht praktikabel, die Elektrode der Figur 3 in einer für viele heute verwendeten Öfen ausreichenden Größe herzustellen. Die Graphit-Trägerelektroden werden typischerweise aus festem Graphit gearbeitet, und Elektroden mit einem Durchmesser, der der Herstellung einer selbstbackenden Elektrode in einer Größe angemessen ist, die für das Unterhalten einer kommerziellen Produktion von Metall ausreicht, sind extrem teuer.Although the Figure 3 electrode does not have the contamination problems discussed with respect to the Figures 1 and 2 electrodes, it is not practical to manufacture the Figure 3 electrode in a size sufficient for many furnaces in use today. The graphite support electrodes are typically machined from solid graphite, and electrodes of a diameter adequate to manufacture a self-baking electrode of a size sufficient to sustain commercial production of metal are extremely expensive.

Die US-A-1,422,031 (Soderberg) zeigt noch eine andere selbstbackende Elektrode. In dieser Anordnung wird ein zusammengebackener Teil der Elektrode von einem Stützelement gehalten, und ein Gehäuse, das sich oberhalb des verbackenen Anteils erstreckt, hält unverbackene Paste. Die ungebackene Paste wird durch Kontakt mit sitze aus dem Ofen verbacken. In einer in Figur 2 des Soderberg-Patentes dargestellten Ausführungsform wird Elektrizität durch einen zentral angeordneten Leiter in den gebackenen Teil der Elektrode eingeführt. Diese Elektrode hatte niemals kommerziellen Erfolg und würde an verschiedenen Problemem leiden. Beispielsweise stammt die einzige Energie für das Verbacken aus dem Ofen, was zu einem nicht ausreichenden Verbacken führen würde und einen gebackenen Teil von beträchtlicher Länge erfordern würde.US-A-1,422,031 (Soderberg) shows yet another self-baking electrode. In this arrangement, a baked portion of the electrode is supported by a support member and a housing extending above the baked portion holds unbaked paste. The unbaked Paste is baked by contact with paste from the oven. In one embodiment shown in Figure 2 of the Soderberg patent, electricity is introduced into the baked portion of the electrode through a centrally located conductor. This electrode never had commercial success and would suffer from several problems. For example, the only energy for baking would come from the oven, which would result in insufficient baking and would require a baked portion of considerable length.

Andere selbstbackende Elektroden des Standes der Technik sind in der US-A-3 524 004 (Van Nostran et al.) und in der US-A-1 640 735 (Soderberg) gezeigt.Other prior art self-baking electrodes are shown in US-A-3,524,004 (Van Nostran et al.) and in US-A-1,640,735 (Soderberg).

Summary of the invention

Erfindungsgemäß wird eine selbstbackende Elektrode zur Verfügung gestellt, die den Nachteil des Standes der Technik bezüglich der Kontamination beseitigt und die Elektrodenpaste durch Hitze zusammenbäckt, die aus dem Durchfließen des Ofenstroms durch die Paste erzeugt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Elektrode mit den im charakterisierenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen bereitgestellt wird.According to the invention, a self-baking electrode is provided which eliminates the disadvantage of the prior art with regard to contamination and bakes the electrode paste together by heat generated from the passage of the furnace current through the paste. This is achieved by providing an electrode having the features set out in the characterizing part of claim 1.

Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt. So umfaßt die Elektrode in einer Ausführungsform ein äußeres Gehäuse oder eine solche Hülle, das/die vorzugsweise aus gerollter Pappe oder einem anderen nicht kontaminierenden Material hergestellt ist, welches nach dem Kontakt mit der hohen Temperatur des Ofens im wesentlichen einfach wegbrennt, das jedoch das zu erzeugende Metall auch dann nicht kontaminiert, wenn es mit dem zu läuternden oder zu raffinierenden Metall in Kontakt kommt. Ein inneres Gehäuse oder eine solche Hülle der Elektrode umfaßt bevorzugt ein metallisches Element mit ausreichender Festigkeit, um den durch das Gewicht der Paste erzeugten radialen Kräften standzuhalten, und eine dünne Metallfolie, damit die Elektrodenpaste leicht gleiten kann. Die dünne Folie bewegt sich mit der Paste und wird schließlich im Ofen geschmolzen. Dünnes Aluminium oder Stahl ist annehmbar, da die Kontamination gering ist.Preferred features of the invention are set out in the subclaims. Thus, in one embodiment, the electrode comprises an outer casing or such a cover, which is preferably made of rolled cardboard or other non-contaminating material which essentially simply burns away after contact with the high temperature of the furnace, but which does not contaminate the metal to be produced even when it comes into contact with the metal to be refined or purified. An inner casing or such a cover of the electrode preferably comprises a metallic element with sufficient strength to withstand the radial forces generated by the weight of the paste and a thin metallic foil to allow the electrode paste to slide easily. The thin foil moves with the paste and is finally Furnace melted. Thin aluminum or steel is acceptable as contamination is minimal.

In einer anderen Ausführungsform wird die Paste durch kontinuierliches Bewegen der Paste bezüglich der Gehäuse am Hängenbleiben gehindert.In another embodiment, the paste is prevented from sticking by continuously moving the paste relative to the housings.

Die zentrale Öffnung im verbackenen Teil der Elektrode, die eine Folge des Vorhandenseins des inneren Gehäuses ist, wird vorzugsweise mit Koks, einem anderen reduzierenden Material oder mit Sand gefüllt, wobei diese Materialien durch ein durch das innere Gehäuse reichendes Rohr eingeführt werden können.The central opening in the baked part of the electrode, which is a consequence of the presence of the inner casing, is preferably filled with coke, another reducing material or with sand, which materials can be introduced through a tube passing through the inner casing.

Short description of the drawings.

Die Figuren 1 bis 3 sind schematische Schaubilder von Elektroden gemäß dem Stand der Technik.Figures 1 to 3 are schematic diagrams of electrodes according to the state of the art.

Figur 4 ist ein Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode.Figure 4 is a longitudinal section of a first embodiment of an electrode according to the invention.

Figur 5 ist ein Längs schnitt einer zweiten Ausfühurngsgform einer erfindungsgemäßen Elektrode.Figure 5 is a longitudinal section of a second embodiment of an electrode according to the invention.

Figuren 6a uud 6b sind Querschnitte von zwei Ausführungsformen von Gleitbändern, -stücken oder -schuhen, worin Temperaturprofile dargestellt sind.Figures 6a and 6b are cross sections of two embodiments of sliding bands, pieces or shoes, in which temperature profiles are shown.

Figuren 7a bis 7e sind schematische Darstellungen, die die Arbeitsweise der Gleitbänder, -stücke oder -schuhe zeigen, wenn sie die Elektrode der Figuren 4 oder 5 vorwärtsbewegen.Figures 7a to 7e are schematic representations showing the operation of the sliding bands, pieces or shoes when they advance the electrode of Figures 4 or 5.

Detailed description of the invention

Figur 4 zeigt einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen selbstbackenden Elektrode. Ein äußeres Gehäuse 50 und zwei innere Gehäuse oder Hüllen 54 und 55 umschließen die selbstbackende Paste 52. Das äußere Gehäuse 50 besteht vorzugsweise aus Karton/Pappe oder einem anderen nichtleitenden, nicht kontaminierenden Material. Das innere Gehäuse 54 besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl und besitzt eine Dicke, die die von der unverbackenen Paste erzeugten Kräfte aushalten kann. Vorzugsweise beträgt die Höhe der ungebackenen Paste mindestens etwa 100 inches (2,54 m), um den erforderlichen Gegendruck für die Ofengase bereitzustellen. Damit sich die Paste 52 bezüglich des inneren Gehäuses 54 leichter bewegen kann, wird um das Gehäuse 54 herum eine dünne Folie 55 aus Aluminium oder Stahl angeordnet. Diese Folie bewegt sich mit der Paste und wird schließlich in den Ofen eingetragen und zerstört. Durch den Schlauch 53 wird Tnertgas eingeleitet, um zwischen der Folie 55 und dem Gehäuse 54 ein Gaskissen bereitzustellen, um die relative Bewegung weiter zu erleichtern. Aus der nachfolgenden Beschreibung wird klar sein, daß diese Materialien wegen der einzigartigen Konstruktion der Elektrode verwendet werden können, worin die Gehäuse nicht das gesamte Gewicht der Elektrode halten.Figure 4 shows a longitudinal section of a first embodiment of a self-baking electrode according to the invention. An outer housing 50 and two inner housings or casings 54 and 55 enclose the self-baking paste 52. The outer housing 50 is preferably made of cardboard or other non-conductive, non-contaminating material. The inner housing 54 is preferably made of stainless steel and has a thickness that can withstand the forces generated by the unbaked paste. Preferably, the height of the unbaked paste is at least about 100 inches (2.54 m) to provide the necessary back pressure for the furnace gases. To facilitate the movement of the paste 52 relative to the inner housing 54, a thin foil 55 of aluminum or steel is placed around the housing 54. This foil moves with the paste and is eventually carried into the furnace and destroyed. Toner gas is introduced through the tube 53 to provide a gas cushion between the foil 55 and the housing 54 to further facilitate relative movement. It will be apparent from the following description that these materials can be used because of the unique construction of the electrode wherein the housings do not support the entire weight of the electrode.

Ein leitender Dorn 58 ist am Boden des inneren Gehäuses 54 befestigt, beispielsweise durch Schweißen. Elektrischer Strom wird dem Dorn 58 beispielsweise durch den Leiter 60 zugeführt und durchläuft die Folie 55 und die Paste 52, um den Ofen mit elektrischem Strom zu versorgen und um mindestens teilweise die Paste 52 zu verbacken, um eine verbackene oder gesinterte Elektrode 62 zur Verfügung zustellen.A conductive mandrel 58 is secured to the bottom of the inner housing 54, such as by welding. Electrical current is supplied to the mandrel 58, such as through the conductor 60, and passes through the foil 55 and the paste 52 to supply electrical current to the furnace and to at least partially bake the paste 52 to provide a baked or sintered electrode 62.

Unverbackene Paste 52 wird in den Zonen 64 und 66 durch das Durchleiten von Strom vom leitenden Dorn 58 durch sie hindurch gebacken. Unverbackene Paste besitzt typischerweise einen elektrischen Widerstand, der höher ist als derjenige von teilweise gebackener oder gebackener Paste. Demzufolge ist der Widerstand in einer Zone wie 64 höher als der in der Zone 66, da der Verbackungsgrad geringer ist. In dem Maße, in dem die Paste 52 unter Bildung der Elektrode 62 vollständiger verbäckt, sinkt der elektrische Widerstand, so daß die gebackene oder gesinterte Elektrode 62 in der Lage ist, eine sehr große Strommenge unter einer geringen Hitzeerzeugung zu transportieren.Unbaked paste 52 is baked in zones 64 and 66 by passing current therethrough from conductive mandrel 58. Unbaked paste typically has an electrical resistance that is higher than that of partially baked or baked paste. Accordingly, the resistance in a zone such as 64 is higher than that in zone 66 because the degree of baking is less. As the paste 52 more completely bakes to form electrode 62, the electrical resistance decreases so that the baked or sintered electrode 62 is capable of carrying a very large amount of current with little heat generation.

Der beträchtliche Strom, der die Backzonen 64 und 66 durchläuft, erzeugt bei den höheren elektrischen Widerständen dieser Zonen beträchtliche Hitze, die erforderlich ist, um die Paste 52 zu backen. Während normalen Betriebs müssen Temperaturen im Bereich von 400º C in diesen Zonen erwartet werden.The substantial current passing through the baking zones 64 and 66, at the higher electrical resistances of these zones, generates considerable heat required to bake the paste 52. During normal operation, temperatures in the range of 400º C must be expected in these zones.

Strom fließt vom leitenden Dorn 58 durch die Zonen 64 und 66 aufgrund eines Phänomens nach außen, das als "Hauteffekt" oder "Skineffekt" bekannt ist. Dieses Phänomen bewirkt, daß der größere Teil des Stroms, der die im wesentlichen verbackene Elektrode 62 durchläuft, zu deren äußerer Oberfläche transportiert wird. Deshalb fließt der Strom vom leitenden Dorn 58 natürlicherweise radial nach außen zu den äußeren Teilen der Elektrode und bildet Backzonen 64 und 66.Current flows outward from conductive mandrel 58 through zones 64 and 66 due to a phenomenon known as the "skin effect". This phenomenon causes the greater part of the current passing through the substantially baked electrode 62 to be transported to the outer surface thereof. Therefore, current from conductive mandrel 58 naturally flows radially outward to the outer portions of the electrode, forming baked zones 64 and 66.

Die Elektrode wird von einem ersten Satz 68 von Gleitschuhen und einem zweiten Satz 70 von Gleitschuhen gehalten. Wie weiter unten bezüglich Figur 7 beschrieben wird, sind die Gleitschuhe beweglich, um die Abwärtsbewegung der gebackenen Elektrode 62 zu ermöglichen. Die Sätze von Schuhen 68 und 70 werden vom Mantel oder Tragkranz 72 abgefangen, der in einem Ring oder Band 74 endet. Die Schuhe 68 sind durch hydraulische Elemente 76 am Ring oder Band 74 befestigt, und die Schuhe 70 sind durch hydraulische Elemente 78 am Ring oder Band 74 befestigt. Die Schuhe 68 und 70 sind durch hydraulische Betätigungsorgane 79 aneinander befestigt, um das Gleiten der gebackenen Elektrode 62 zu ermöglichen, wie nachfolgend beschrieben wird.The electrode is supported by a first set 68 of sliding shoes and a second set 70 of sliding shoes. As will be described below with respect to Figure 7, the sliding shoes are movable to allow the downward movement of the baked electrode 62. The sets of shoes 68 and 70 are intercepted by the shell or support ring 72 which terminates in a ring or band 74. The shoes 68 are secured to the ring or band 74 by hydraulic elements 76 and the shoes 70 are secured to the ring or band 74 by hydraulic elements 78. The shoes 68 and 70 are secured to one another by hydraulic actuators 79 to allow the sliding of the baked electrode 62 as will be described below.

Es sollte klar sein, daß die Sätze von Schuhen 68 und 70 in der verbackenen Elektrodenzone 62 an der Elektrode angreifen. Diese gebackene Elektrode ist im wesentlichen steif und ist in der Lage, die radial einwärts gerichteten Kräfte auszuhalten, die von den hydraulischen Elementen 76 und 78 erzeugt werden, welche notwendig sind, um die Elektrode ausreichend fest zu greifen, um das Gewicht der gebackenen Elektrode 62, der Gehäuse 50 und 54 und der ungebackenen Paste 52 zu halten. Da das Verbacken erst vollständig sein kann, nachdem die Elektrode im Ofen gewesen ist, kann die Elektrode 62 technisch nicht vollständig verbacken sein. Die Elektrode 62 ist jedoch ausreichend verbacken, um ein starres oder steifes Element zum Greifen zu liefern und um eine hohe Leitfähigkeit zu besitzen.It should be understood that the sets of shoes 68 and 70 engage the electrode in the baked electrode zone 62. This baked electrode is substantially rigid and is capable of withstanding the radially inward forces generated by the hydraulic elements 76 and 78 which are necessary to grip the electrode sufficiently tightly to support the weight of the baked electrode 62, the housings 50 and 54 and the unbaked paste 52. Since the baking does not occur until can be completely baked after the electrode has been in the oven, the electrode 62 may not technically be completely baked. However, the electrode 62 is sufficiently baked to provide a rigid or stiff element for gripping and to have high conductivity.

Ein wassergekühlter Zuführkasten 80 erstreckt sich entlang der Achse der Elektrode bis an eine Stelle nahe dem Ort des leitenden Dorns 58. In der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich der Zuführkasten bis zu einem Punkt gerade über den leitenden Dorn hinaus. Der Zuführkasten erlaubt das Einbringen von Koks 81 oder einem vergleichbaren Material, um das Loch im Zentrum der verbackenen Elektrode 62, das durch das Vorhandensein des Dorns 58 gebildet wird, zu füllen. Dies verhindert das Durchtreten von Ofengasen über dem Dorn, was übermäßiges Aufheizen verursachen würde. Koks ist bevorzugt, da er nicht kontaminierend ist, und äquivalente Materialien werden den Fachleuten klar erkennbar sein. Wenn der Zuführkasten leitend ist, kann er anstelle des Leiters 60 verwendet werden, um den Dorn 58 mit Strom zu versorgen. Auch kann auf Wunsch das Gehäuse 54 verwendet werden.A water cooled feed box 80 extends along the axis of the electrode to a point near the location of the conductive mandrel 58. In the embodiment shown in Figure 4, the feed box extends to a point just beyond the conductive mandrel. The feed box allows the introduction of coke 81 or a similar material to fill the hole in the center of the baked electrode 62 formed by the presence of the mandrel 58. This prevents the passage of furnace gases above the mandrel, which would cause excessive heating. Coke is preferred because it is non-contaminating, and equivalent materials will be apparent to those skilled in the art. If the feed box is conductive, it can be used in place of the conductor 60 to supply power to the mandrel 58. Also, the housing 54 can be used if desired.

Der Mantel oder Tragkranz 72 wird durch Stahlträger 82 gehalten, und Halter oder Ständer 84 dienen als Zwischenelemente zwischen dem Mantel oder Tragkranz 72 und den Stahlträgern. Diese Halter können vertikal verstellbar sein.The shell or support ring 72 is supported by steel beams 82, and brackets or stands 84 serve as intermediate elements between the shell or support ring 72 and the steel beams. These brackets may be vertically adjustable.

Ein erster Gasfang oder Gichtverschluß 86 erstreckt sich zwischen dem Mantel oder Tragkranz 72 und dem äußeren Gehäuse 50. Inertgas (beispielsweise Stickstoff) wird durch den Schlauch 88 eingeleitet, um die Zone zwischen Tragkranz 72 und Gehäuse 50 unter leichtem Druck mit dem in Inertgas zu füllen. Die Abdichtung 86 hindert das Gas daran, nach oben zu entweichen, und dies bewirkt, daß eine kleine Menge des Gases aus dem schmalen Raum zwischen dem Boden des Mantels 72 und der äußeren Oberfläche der gebackenen Elektrode 62 entweicht. Dies verhindert, daß die Ofengase mit den Schuhen 68, 70 und der mit ihnen verbundenen Stütz- oder Trägerkonstruktion in Kontakt kommen. Vorzugsweise erstreckt sich ein faseriger Gasverschluß 90 rund um den Boden des Mantels oder Tragkranzes 72, um dazu beizutragen, daß die Ofengase am Aufwärtsströmen in die Elektroden-Trägerstruktur gehindert werdenA first gas trap or throat seal 86 extends between the shell or support ring 72 and the outer casing 50. Inert gas (e.g. nitrogen) is introduced through the hose 88 to fill the zone between the support ring 72 and the casing 50 with the inert gas under slight pressure. The seal 86 prevents the gas from escaping upward and this causes a small amount of the gas to escape from the narrow space between the bottom of the shell 72 and the outer surface of the baked electrode 62. This prevents the furnace gases from contacting the shoes 68, 70 and the support or carrier structure connected to them. Preferably, a fibrous gas seal 90 extends around the bottom of the shell or support ring 72 to help prevent furnace gases from flowing upward into the electrode support structure

Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode. Vergleichbare Elemente sind mit den Bezugsziffern der Figur 4 gekennzeichnet.Figure 5 shows a second embodiment of an electrode according to the invention. Comparable elements are identified by the reference numerals of Figure 4.

Die Elektrode der Figur 5 nutzt eine einzigartige Schwingtechnik (Technik des Hin- und Herbewegens), um das Anhaften der Paste am inneren und äußeren Gehäuse zu verhindern. In dieser Ausführungsform endet das Gehäuse 50 oberhalb der Schuhe 68, und isdie beiden Sätze von Schuhen 68,70 greifen direkt an der äußeren Oberfläche der mindestens teilweise verbackenen Elektrode 62 an. Da das Gehäuse 50 nicht im Eingriff mit dem Ofen steht und weder schmilzt noch verbrennt, kann es aus rostfreiem Stahl oder dgl. hergestellt sein. Eine Antriebswalze oder ein solcher Zylinder 92 ist durch den Träger 94 am Tragkranz 72 und durch den Träger 96 am äußeren Gehäuse 50 befestigt. Die Antriebswalze 92 bringt auf das Gehäuse 50 durch den Träger 96 eine Kraft in zum Gehäuse 50 tangentialer Richtung auf, um das Gehäuse 50 bezüglich des Tragkranzes 72 in Drehung zu versetzen. Das innere Gehäuse 54 und der Dorn 58 sind körperlich mit dem Gehäuse 50 verbunden, sind jedoch elektrisch dagegen isoliert. Das äußere Gehäuse 50 und das innere Gehäuse 54 schwingen vorzugsweise kontinuierlich, und diese Schwingung hindert die Paste 52 daran, am inneren Gehäuse 54 oder am äußeren Gehäuse 50 zu verkleben. Damit wird das Gleiten in großem Maße erleichtert.The electrode of Figure 5 uses a unique oscillating technique to prevent the paste from sticking to the inner and outer casings. In this embodiment, the casing 50 terminates above the shoes 68 and the two sets of shoes 68, 70 directly engage the outer surface of the at least partially baked electrode 62. Since the casing 50 does not engage the furnace and does not melt or burn, it may be made of stainless steel or the like. A drive roller or cylinder 92 is attached to the support ring 72 by the support 94 and to the outer casing 50 by the support 96. The drive roller 92 applies a force to the housing 50 through the carrier 96 in a direction tangential to the housing 50 to cause the housing 50 to rotate relative to the support ring 72. The inner housing 54 and the mandrel 58 are physically connected to the housing 50 but are electrically isolated therefrom. The outer housing 50 and the inner housing 54 preferably vibrate continuously and this vibration prevents the paste 52 from sticking to the inner housing 54 or the outer housing 50. This greatly facilitates sliding.

Die Antriebswalze 92 kann eine hydraulische Walze oder ein solcher Zylinder oder ein anderes bekanntes Antriebsmittel sein. Vorzugsweise ist der Bewegungsgrad so, daß sich das äußere Gehäuse 50 3 bis 4 Inches (7,62 bis 10,16 cm) bezüglich des Umfangs dreht, während sich der innere Zylinder 54 etwa 1 Inch (2,54 cm) seines Umfangs bewegt. Auch kann eine beliebige Anzahl von Antriebswalzen oder -zylindern verwendet werden.The drive roller 92 may be a hydraulic roller or cylinder or other known drive means. Preferably, the degree of movement is such that the outer housing 50 rotates 3 to 4 inches (7.62 to 10.16 cm) circumferentially while the inner cylinder 54 moves about 1 inch (2.54 cm) circumferentially. Also, any number of drive rollers or cylinders may be used.

Vorzugsweise werden mindestens drei eingesetzt, um die Kräfte zu verteilen.Preferably at least three are used to distribute the forces.

Die für die Elektrode der Figur 5 vorgesehene Schwingung reduziert die Haftung zwischen der Paste und den Gehäusen in einem solchen Ausmaß, daß die Folie 55 und der Schlauch 53 der Elektrode der Figur 4 weggelassen werden können.The vibration provided for the electrode of Figure 5 reduces the adhesion between the paste and the housings to such an extent that the foil 55 and the tube 53 of the electrode of Figure 4 can be omitted.

Die Figuren 6a und 6b zeigen Temperaturprofile der Schuhe 68 oder 70.Figures 6a and 6b show temperature profiles of shoes 68 or 70.

Wie in Figur 6a gezeigt, können die Schuhe einen ersten Bereich 98 aus einem Material umfassen, das gegenüber hohen Temperaturen beständig ist. Beispielsweise wäre ein Material wie Cermet annehmbar. Ein zweiter Bereich 100 ist wassergekühlt, um die Temperatur zu senken, der die Stützkonstruktion, z.B. die Elemente 76 und 78, unterworfen sind. Die Temperatur an der die Elektrode angreifenden Oberfläche des Teils 98 beträgt etwa 800ºC, und diese verringert sich an der Grenzfläche zum wassergekühlten Bereich 100 auf etwa 30 bis 40ºC.As shown in Figure 6a, the shoes may include a first region 98 made of a material resistant to high temperatures. For example, a material such as cermet would be acceptable. A second region 100 is water cooled to reduce the temperature to which the support structure, e.g., members 76 and 78, are subjected. The temperature at the electrode engaging surface of member 98 is about 800°C, and this reduces to about 30 to 40°C at the interface with the water cooled region 100.

Die Figur 6b zeigt einen dreiteiligen Schuh, worin ein Bereich 102 aus einem Material wie beispielsweise Cermet mit einem Bereich 104 aus beispielsweise rostfreiem Stahl verbunden ist. Der Teil 104 aus rostfreiem Stahl ist seinerseits wiederum mit dem wassergekühlten Abschnitt 106 verbunden. Die Temperatur fällt im Bereich 102 schnell auf ein Niveau, das den rostfreien Bereich 104 nicht angreift, und die Temperatur wird dann an der Grenzfläche zum wassergekühlten Bereich 106 weiter auf die Temperatur von 30 bis 40ºC gesenkt.Figure 6b shows a three-part shoe in which a region 102 made of a material such as cermet is connected to a region 104 made of, for example, stainless steel. The stainless steel part 104 is in turn connected to the water-cooled section 106. The temperature in the region 102 drops quickly to a level that does not attack the stainless region 104 and the temperature is then further reduced to the temperature of 30 to 40°C at the interface with the water-cooled region 106.

Die Figuren 7a bis 7e zeigen, wie die Schuhe 68 und 70 betrieben werden, damit die gebackene Elektrode in den Ofen vorgeschoben wird. In einer ersten Stellung, die in Figur 7a dargestellt ist, greifen die Schuhe 68 und 70 an der Elektrode 62 an. Dann, wie in Figur 7b dargestellt, wird der Schuh 68 nach außen in eine Stellung bewegt, wo er die Elektrode 62 nicht greift. Dann wird die Elektrode 70 durch Betätigung des Antriebs 79 abwärts bewegt, so daß die Elektrode 62 um einen vorgegebenen Betrag abgesenkt wird. Dann greift der Schuh 68 wieder an der Elektrode 62 an, wie in Figur 7d dargestellt, und der Schuh 70 bewegt sich zuerst weg von der Elektrode 62 und dann aufwärts in seine ursprüngliche Stellung bezüglich des Schuhs 68. Wie in Figur 7e dargestellt ist, wird dann der Schuh 70 wieder in Greif-Stellung mit der Elektrode 62 gebracht, die nun um den vorgegebenen Betrag nach unten bewegt worden ist.Figures 7a to 7e show how the shoes 68 and 70 are operated to advance the baked electrode into the oven. In a first position, shown in Figure 7a, the shoes 68 and 70 engage the electrode 62. Then, as shown in Figure 7b, the shoe 68 is moved outwardly to a position where it does not engage the electrode 62. Then the electrode 70 is moved downwardly by actuation of the drive 79. so that the electrode 62 is lowered by a predetermined amount. Then the shoe 68 again engages the electrode 62 as shown in Figure 7d and the shoe 70 moves first away from the electrode 62 and then upwards to its original position with respect to the shoe 68. Then, as shown in Figure 7e, the shoe 70 is again brought into gripping position with the electrode 62 which has now been moved downwards by the predetermined amount.

Ein durch die Erfindung bereitgestellter deutlicher Vorteil ist, daß die Backgeschwindigkkeit der Elektrode beschleunigt ist, so daß sie die Verbrauchsgeschwindigkeit übersteigt. Dies ist von Bedeutung, da aus dem Stand der Technik bekannte Elektroden häufig mit einer Geschwindigkeit verbacken, die langsamer als die Verbrauchsgeschwindigkeit ist, was erfordert, daß der Ofen abgeschaltet wird, während die Elektrode in die Betriebsart "verbacken" gebracht wird, um verlorenes Elektrodenmaterial wieder aufzufüllen. Experimente haben gezeigt, daß eine erfindungsgemäße Elektrode 4,5 bis 5 Inches (11,43 bis 12,70 cm) Elektrode pro Stunde erzeugen kann, und dies übersteigt bei weitem das Daumenregel-Erfordernis von 2,5 Inches (6,35 cm) pro Stunde.A distinct advantage provided by the invention is that the baking rate of the electrode is accelerated to exceed the consumption rate. This is significant because prior art electrodes often bake at a rate slower than the consumption rate, requiring the oven to be turned off while the electrode is placed in the "baking" mode to replenish lost electrode material. Experiments have shown that an electrode according to the invention can produce 4.5 to 5 inches (11.43 to 12.70 cm) of electrode per hour, and this far exceeds the rule of thumb requirement of 2.5 inches (6.35 cm) per hour.

Es wird klar sein, daß eine einzigartige Elektrode beschrieben wurde. Abwandlungen innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche werden für die Fachleute offensichtlich sein.It will be understood that a unique electrode has been described. Modifications within the scope of the appended claims will be apparent to those skilled in the art.

Claims

1. Self-baking electrode for use in an electric arc furnace, comprising a paste-containing means (50) for receiving an unbaked or non-hard electrode paste, a current conducting means (58) arranged in the paste-containing means (50) for introducing electrical current into the paste, a current supply means (60) for supplying electrical furnace current into the furnace for operation of the furnace, and support means (68, 70) for gripping/holding the rigid or solid electrode (62) at a location below the current conducting means (58) to support the unbaked electrode paste, characterized in that the location and extent of the current supply means (60) and/or the current conducting means (58) are designed so that the greater part of at least the electrical furnace current is guided to the unbaked electrode paste where the current can contact the electrode paste. at least partially hardens or bakes, thereby forming a baked or solid electrode.

2. Electrode according to claim 1, wherein the support means (68, 70) comprise a means for advancing the at least partially baked electrode paste in a direction away from the current-carrying means (58).

3. Electrode according to claim 1 or 2, wherein the support means (68, 70) comprise sliding or sliding bands or shoes.

4. Electrode according to one of claims 1 to 3, wherein the current conducting means (58) comprises a mandrel which is in electrical contact with the unbaked electrode paste.

5. Electrode according to one of claims 1 to 4, in which the means (50) containing the paste has an outer shell which is not electrically conductive.

6. Electrode according to claim 5, wherein the paste-containing means (50) has an inner sheath (54, 55) made of electrically conductive material.

7. Electrode according to claim 6, wherein the inner sheath (54,55) and the outer sheath (50) are cylindrical or tubular.

8. Electrode according to claim 5, wherein the electrically non-conductive material comprises rolled or wound paper or cardboard.

9. Electrode according to claim 6, wherein the electrically conductive material is steel or aluminum.

10. Electrode according to claim 5, further comprising a sliding band means or sliding shoes for supporting or carrying the unbaked and the at least partially baked electrode paste and for selectively advancing the unbaked and the at least partially baked paste, the sliding bands or sliding shoes being arranged below the current carrying means (58) and the outer sheath (50) between the sliding band means or sliding shoe and the at least partially baked electrode, whereby the outer sheath (50) with the at least partially baked electrode is advanced.

11. An electrode according to claim 10, wherein the current carrying means (58) comprises an inner shell extending into the unbaked paste and a conductive foil or layer between the inner shell and the unbaked paste, the foil/layer with the unbaked paste being movable relative to the inner shell.

12. Electrode according to claim 11, wherein the foil/layer is made of aluminium.

13. An electrode according to any preceding claim, wherein a hood means or a gas trap is provided which surrounds the paste-containing means (50) to create an enclosure containing an inert gas.

14. An electrode according to claim 1, wherein the paste-containing means (50) comprises an outer shell surrounding an inner shell (54, 55) and shell moving means for continuously moving at least one of the outer and inner shells with respect to the unbaked paste without advancing the fixed electrode (62).

15. An electrode according to claim 14, wherein the sheath moving device comprises means for continuously reciprocating the outer sheath (50) and the inner sheath (54,55) with respect to the at least partially baked paste.

16. Electrode according to claim 10, wherein the sliding bands or sliding shoes grip or hold the at least partially baked electrode.

17. A method for producing a self-baking electrode (62) from at least partially baked electrode paste in an electric arc furnace by providing unbaked or soft electrode paste and by at least partially baking or hardening the paste to form a hard or solid electrode, characterized in that the major part of at least the electric furnace current for operating the furnace is introduced into a central region of the unbaked electrode paste.

18. The method of claim 17, further comprising supporting the unbaked electrode paste by holding the at least partially baked paste at a location below the unbaked paste and below the center region.

19. The method according to claim 17 or 18, further comprising feeding the at least partially baked electrode paste into the electric furnace.

20. Electrode according to claim 6, wherein the inner shell (54, 55) has a first inner shell connected to the current conducting means (58) and a second inner shell between the first inner shell and the unbaked paste, which shell with the paste is movable relative to the first inner shell.

21. An electrode according to claim 20, further comprising means for supplying a fluid under pressure between the first and second sheaths (54, 55) to facilitate movement of the second inner sheath with respect to the first inner sheath.

22. An electrode according to claim 14, wherein the means for continuously moving comprises a hydraulic cylinder.