DE4235900C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Elektrode für einen Lichtbogenofen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer von Unreinheiten und Eisen freien Elektrode für einen Lichtbogenofen gemäß Anspruch 1.

Silizium wird als Metall in einem Ofen mit verdecktem Lichtbogen durch die Reduzierung von Quarz mit verschiedenen Kohlensorten gemäß der vereinfachten Reaktion SiO₂ + 2C --- Si + 2CO gewonnen. Ein Lichtbogen springt dabei zwischen der Elektrode und dem Ofenboden über, der die notwendige Energie zur Durchführung dieses Fest-Fest- Prozesses erzeugt.

Beim Sprung des Lichtbogens vollzieht sich eine allmähliche und kon­ tinuierliche Aufzehrung der Elektrode als Folge der oben genannten Reaktion zur Metallgewinnung. Die Elektrode bewegt sich allmählich abwärts in den Ofen und muß von oben kontinuierlich durch ein Ver­ fahren ersetzt werden, in dem eine SODERBERG-PASTE in ein Metallge­ häuse eingeführt wird, um eine "selbstbackende" Elektrode zu erzeu­ gen. Bei diesem Verfahren schmilzt die Paste, verfestigt sich, gleitet in den Ofen und zehrt sich auf.

Sobald die Elektrode verbraucht ist, schmilzt das Metallgehäuse und bringt Unreinheiten, insbesondere Eisen in den Ofen ein, so daß es unmöglich wird, ein hochreines elementares Silizium herzustellen. In der US-4,575,856 und dem entsprechenden spanischen Patent ES-543 259 wurde der Versuch unternommen, dieses Problem dadurch zu vermeiden, daß ein zentraler Graphitkern eingesetzt wird, wobei ein Ersatz der verbrauchten Elektrode durch Extrusion so durch das Metallgehäuse erfolgt, daß das Gehäuse nicht in Mitleidenschaft gezogen wird und das Silizium nicht verunreinigt. Der Elektrodenkörper wird von zahl­ reichen zylinderförmigen Abschnitten gebildet, die an ihren Enden verbunden sind, und das Metallgehäuse hat im Querschnitt flache und gleichmäßige Seiten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, einen kontinuierlichen Austausch von Elektroden zu ermöglichen, ohne Eisen oder andere Unreinheiten in den Ofen ein­ zutragen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Hierdurch werden die grundsätzlichen Voraussetzungen dafür geschaf­ fen, von einer üblichen Elektrode aus amorpher Kohle auf den neuen Typ, bestehend aus Graphit und Paste Überzuwechseln, ohne daß es zu einem langen Ofenstillstand infolge des Wechsels der Elektrodensäule kommt. Statt dessen kann die neue Elektrode allmählich aufgebaut wer­ den, während sich die bisherige Elektrode allmählich verzehrt.

Der Einsatz eines doppelten Gleitsystems ermöglicht das Gleiten der Elektrode mit oder ohne Metallring, da ein Einbringen des Gehäuses in den Ofen, wenn auch selten, erforderlich sein kann.

Die Kontaktplatte kann für die Überleitung des elektrischen Stroms so ausgebildet werden, daß die Kontaktfläche beachtlich verkleinert und der Strom innerhalb eines minimalen, vorgegebenen Bereichs kon­ zentriert wird, um den Brand der Elektrode zu begünstigen.

Das Verfahren ermöglicht dabei das Einhalten einer angemessenen Höhe der Kontaktplatten über der Mischung, die eine Beschädigung des Gehäuses vermeidet und dennoch ein angemessenes Brennen der Paste gestattet. Dennoch ist ein kontinuierliches Gleiten der Elektrode möglich, um auch das Brennen der Paste zu verbessern.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen schematisch erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Ansicht einer Vorrichtung zum Austausch einer amorphen Kohlenelektrode durch eine Elektrode aus Graphit und Paste,

Fig. 2 eine Ansicht einer Vorrichtung mit Mitteln zum unabhängigen Gleiten des Graphitkerns,

Fig. 3, 4, 5 Grundriß, Längsschnitt und Seitenansicht einer Kontaktplatte.

Fig. 1 zeigt eine Elektrodensäule, in der der kontinuierliche Übergang von einer üblichen amorphen Kohlenelektrode 1 über nach­ einanderfolgende Graphitelektroden 2 unter sichtlicher Verringerung ihres Durchmessers oder Querschnitts bis zu einem Enddurchmesser des Graphitkerns 20 erfolgt. Die Elektrodensäule wird durch ein Träger- oder Haltemittel 3 und 4 verbunden, das den Graphitkern 20 mit dem Gehäuse 40 verbindet. Ein Befestigungssystem zur Befestigung der Elektrode aus amorpher Kohle am Gehäuse muß den gleichen Außendurchmesser wie der bisherige Abschluß der Elektrode aus amorpher Kohle aufweisen, wozu das obere Ende dieser Elektrode auf den Innendurchmesser des Gehäuses 40 herabzuarbeiten ist. Auf diese Weise kann der Lichtbogenofen 5 in Betrieb bleiben, indem die übliche Elektrode aufgezehrt wird und an ihrer Oberseite ein Gehäuse verschweißend angeordnet wird. Dadurch kann mit den traditionellen Gleitringen 43 die Elektrode gleiten, bis das Gehäuse 40 die Höhe der Mischung erreicht.

Fig. 2 zeigt die Anbringung des zweiten Gleitsystems, das erlaubt, die Haltemittel 3 und 4 wegzulassen, die bislang die Graphitelek­ trode 2 führten. Unter Einsatz des zweiten Gleitsystems läßt man nur den Graphitkern 20 gleiten, während das Gehäuse durch das erste Gleitsystem festgehalten wird, um auf diese Weise weder das Gehäuse 40 noch dessen Unreinheiten in das Metall einzubringen. Dennoch ist es möglich, die Elektrode unabhängig mit ihrem Gehäuse 40 gleiten zu lassen unter Einsatz üblicher Gleitsysteme. Dazu werden die Gleit­ ringe 43 des unteren, ersten Gleitsystems 44 geöffnet und die Gleit­ ringe 30 des oberen, zweiten Gleitsystems 31 betätigt. Man kann je­ doch auch so vorgehen, daß die oberen Ringe 30 geöffnet werden und das Gleiten mit dem konventionellen System der Gleitringe 43 des ersten Gleitsystems 44 erfolgt.

Bei Änderung bzw. Wechsel der oberen Ringe 30 wird auch der Typ der Platte 8 gemäß den Fig. 3-5 gewechselt. Die Besonderheit der neuen Platte 8 liegt in ihrer kleineren Abmessung, die erforderlich ist, um den elektrischen Strom zu konzentrieren, sowie in der Unterteilung der Kontaktplatte in 8 halbkreisförmige Segmente 8a bis 8h. Eine weitere Besonderheit ist das Vorhandensein von Vorsprüngen 80 bis 80a, 81 bis 81a, die am unteren und oberen Teil jedes Endes angeordnet sind und dazu dienen, die Platten miteinander zu verbinden, so daß im Falle eines Fehlers in der Paste, die über 7 zugeführt wird, der Innendurchmesser den Kontakt zwischen den Platten 8 beibehält und nichts unbeabsichtigt innerhalb des Gehäuses 40 zugeführt werden kann. Die den Graphitkern 20 umgebenden Ringe sind innenseitig gerieft, gezahnt oder aufgerauht und schließen und öffnen sukzessive, wobei die Ringe dem Graphitkern 20 an seinem Umfang Grate aufprägen. Die innere Kühlung 82 einer derartigen Platte 8 oder Kontaktplatte ist geringer, aber von der gleichen Art wie bei einer üblicherweise benutzten Platte.

Der Lichtbogenofen 5 kann auch mittels eines rechnergeführten Auto­ maten betrieben werden. Hierdurch ist es möglich, die Höhe der Säulen gemäß Fig. 2 mittels Aufhängzylinder 6 innerhalb bestimmter Grenzen zu halten, so daß einerseits die Paste nicht in einer Zone gebrannt wird, in der die heißen Gase des Prozesses das Gehäuse schmelzen würden, und andererseits der Prozeß nicht in einem Bereich ausgeführt wird, in dem das Brennen der Paste unzureichend wäre.

Schließlich ist es ebenso wichtig, ein kontinuierliches Gleiten der Elektroden zu gewährleisten. Hierzu wird das hydraulisch betriebene Gleitsystem 31 modifiziert.

Claims (6)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer von Unreinheiten und Eisen freien Elektrode für einen Lichtbogenofen (5) mit den Schritten

• - eines abwärts gerichteten Gleiten eines vorgebackenen Graphit­ kerns (20) in ein Gehäuse über dem Ofen,
• - Einführen einer Paste in das Gehäuse und Umgeben des Graphit­ kerns (20) mit der Paste, die gebacken werden soll, um die Elektrode zu formen,
• - Vorsehen einer Kontaktplatte, um einen elektrischen Strom zur Elektrode zu übermitteln,
• - Bewegen der Elektrode mittels wenigstens eines Paars von aufeinanderfolgenden Haltemitteln, die erste Haltemittel zum Halten des Gehäuses und zweite Haltemittel (4) zum Bewegen des Graphitkerns (20) umfassen,

wobei die zweiten Haltemittel den Graphitkern (20) umgebende, innenseitig gerieft, gezahnt oder aufgerauhte Ringe (30) sowie Klemmen umfassen, die sukzessive öffnen und schließen, wobei die Ringe den Graphitkern (20) an seinem Umfang Grate aufprägen, um das Eindringen der Paste und die Bindung zwischen Paste und Graphitkern zu verbessern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine amorphe Kohlenelektrode (1), die im Betrieb mit dem Ofen ist, ersetzt wird durch eine Elektro­ de mit einem Graphitkern (20), hergestellt durch das Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung, wobei eine Verbindung zwischen der amorphen Kohlenelektrode (1) und dem Gehäuse unter Einsatz von Befestigungsmitteln geschaffen wird, die den Graphitkern (20) mit dem Gehäuse verbinden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Falle des Ausfalls der zweiten Haltemittel (4), die ersten Haltemittel die vollständige Elektrode verschieben durch Öffnung der Ringe (30) an den zweiten Haltemitteln (4).

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktplatte (8) in acht halbkreisförmige Segmente aufgeteilt ist, die jeweils einen Winkel von ungefähr 45° aufweisen und die im wesentlichen identisch sind, um den Kontakt zu gewährleisten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Bewegens durch Kolben betätigte Zylinder gesteuert wird, die die Höhe der Kontaktplatte (8) über dem Ofen steuern.