JPH09501014A - 自己焼成炭素電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電極が消耗される炉と直接に連結して製造される自己焼成炭素電極に関する。該電極は導電性材料から製造された外部ケーシングからなり、複数個の半径方向に向く垂直形の内部リブを有する。炭素質の未焼成ペーストが該ケーシングに供給され、該ペーストは電極に供給される電流によって固体電極に焼成される。半径方向に向く垂直形の内部リブはケーシングの内側に取り付けられている固体炭素シートからなり、該炭素シートは半径方向長さと厚みとの間の比が５：１よりも大きい比を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】 自己焼成炭素電極 技術分野 本発明は、電気精錬炉に使用する自己焼成電極に関する。 背景技術 慣用の自己焼成電極は、電気精錬炉の屋根又は天蓋の開口を貫いて伸びている 垂直に配置された電極ケーシングから構成される。前記の電極ケーシングの上端 は、未焼成の炭素質電極ペーストの添加を可能にするために開放されている。前 記の未焼成の炭素質電極ペーストは、加熱されると軟化し、溶融し、その後に電 極に電気的動作電流を供給する領域において該ペースト中で放出される熱により 固体炭素電極に焼成される。電極が電気精錬炉中で消耗するのに従って、該電極 が下方に下げられ、そしてケーシングの新しいセクション(sections)が電極カラ ムの頂部に取り付けられ、そして別量の未焼成の電極ペーストが添加される。 この型の慣用の電極には、電極ケーシングの内面に取り付けられている(affix ed)複数個の垂直形の金属製内部リブが取り付けられており、該リブは電極の中 心部に向かって半径方向の向きに伸びている。電極ケーシングの新しいセクショ ンを電極カラムの頂部に取り付ける場合には、前記リブは、垂直方向に複数個の 連続したリブを得ることを目的として、該電極ケーシングの下のリブに溶接され る。前記のリブは焼成された電極の強化材として機能し、しかも焼成プロセス中 に電流と熱とを電極ペースト中に半径方向の向きで伝達するのに役立つ。電極の 消耗を補うために、電極は電極を保持し且つ滑らせるための装置によって電気精 錬炉の中に下方に下げられる。 この型の慣用の電極を使用する場合には、電極が精錬炉中で消耗しつつあると 、前記の電極ケーシングと内部リブとが溶融する。前記のケーシングとリブとの 金属分はこのようにして精錬炉中で製造された製品に移行する。電極ケーシング と内部リブとは通常は鋼製であるので、かかる慣用の自己焼成電極は、製造され た製品中の鉄分が許容されないほど高くなるであろうとい う理由から、ケイ素製造用の電気精錬炉又はケイ素含有量の多いフェロ-シリコ ン製造用の電気精錬炉には使用できない。 1920年代にはすでに、未焼成電極ペースト中の予備焼成された炭素体(carbon bodies)のインサートを介して自己焼成電極中に熱を伝達させることが提案され た。すなわち、ノルウェー特許第45408号明細書には、自己焼成電極の製造方法 であって、予備焼成された炭素体を電極の周囲に配置し、未焼成炭素ペーストに よって所定の場所に保持する自己焼成電極の製造方法が記載されている。上記の 炭素インサートは電極ケーシングに固定されておらず、未焼成電極ペーストによ って所定の場所に保持されているだけであり、しかも電極が焼成されると焼成さ れた電極ペーストによって保持されているだけである。電極の焼成前、焼成中及 び焼成後に、炭素インサートを所定の場所に保持することを目的として、新しい 一本のケーシング(a new length of casing)を電極カラムの頂部に取り付ける場 合には、ケーシングの内壁に対して炭素インサートを適当な場所に保持するのは 電極ペーストだけであるという理由から、各ケーシングを加熱された液状電極ペ ーストで完全に満たすことが必要である。電極ペースト中のタール/ピッチ結合 剤から放出される健康に有害なガスが電極カラムの頂部から蒸発し、しかもこの 場合には運転者に許容し得ない健康危険であるという理由から、かかる電極ペー ストの添加方法は望ましくない。上記のノルウェー特許に示されている炭素イン サートは、半径方向長さ(radial length)と厚みとの間の比が１：２よりも小さ い比を有する。従って、炭素インサートは電極ペースト中に内側に極く短い長さ で熱を伝達するだけであり、それによって電極の中心部における完全な焼成を得 ることを困難にする。ノルウェー特許第45408号明細書の炭素インサートは、ケ ーシングに固定されていないし又は互いに垂直方向に固定されていないし、しか もそれに加えて半径方向長さと厚みとの間の比が１：２よりも小さい比を有する ので、これらの炭素インサートは慣用の自己焼成電極に使用される内部リブと同 じ様には機能しないであろう。ノルウェー特許第45408号明細書の方法はこれら の理由から実用性が認められていない。 しかしながら、長年の間、精錬炉中で製造されたケイ素の、電極ケーシン グ及びリブ中の鉄由来の鉄の混入による汚染を回避することを目的として、内部 鋼製リブを有する慣用の自己焼成電極について多数の改良が提案されている。 すなわち、ノルウェー特許第149451号明細書には、自己焼成電極であって、内 部リブを有していないケーシングに入れられた電極ペーストを、精錬炉用の電気 的動作電流を電極に供給する場所よりも上で焼成し且つ電極の焼成後であるが電 気的動作電流が電極に供給される場所まで電極が下げられる前に電極ケーシング を取り除く自己焼成電極が記載されている。このようにして、ケーシングも内部 リブも有していない電極が製造される。この種の電極はケイ素製造用の精錬炉に 使用されているが、該電極は慣用の予備焼成電極に比べて、電極を焼成し且つ電 極からケーシングを取り除くために高価な装置を取り付けなければならないとい う不都合を有する。 米国特許第4,692,929号明細書には、ケイ素製造用の電気炉と共に使用される 自己焼成電極が記載されている。該電極は内部リブを有していない耐久性の(per manent)金属ケーシングと、炭素繊維からなる電極用支持構造部材とから構成さ れ、該電極では電極ペーストが前記支持構造部材の周囲りで焼成されしかも焼成 された電極は該支持構造部材によって保持される。この電極は、炭素繊維からな る支持構造部材によって電極を保持するためには、電極の頂部よりも上に特殊な 保持装置を取り付けなければならないという不都合を有している。さらにまた、 電極が消耗するのに従って、電極を耐久性久ケーシングの中を下方に滑らせるこ とが困難であり得る。 米国特許第4,575,856号明細書には、内部リブを持たない耐久性ケーシングを 有する自己焼成電極であって、電極ペーストをグラファイトの中心コアの周囲で 焼成し且つ電極を該グラファイトコアによって保持する自己焼成電極が記載され ている。この電極は、米国特許第4,692,929号明細書の電極と同じ不都合を有し 、それに加えて電極を半径方向力(radial force)のもとに置くと、グラファイト コアが破損を受ける。 前記の金属製内部リブを持たない自己焼成電極の種々の製造方法は全て、破損 の可能性を実質的に大きくすることなく、1.2ｍよりも大きい直径をも つ電極には使用できないという不都合を招く。これに反して、2.0ｍまでの直径 をもつ慣用の自己焼成電極が使用されている。 発明の開示 前記の種々の自己焼成電極の製造方法及びその製造装置にも拘わらず、前記の 精錬炉において製造された製品への鉄の混入を回避するために、公知の電極の不 都合を克服し得る簡単で信頼性のある自己焼成電極に対する要求が未だに存在し ている。このような次第で、本発明の目的は、鋼製内部リブを有していない自己 焼成電極であって、ノルウェー特許第45488号明細書に記載の電極の不都合を克 服した自己焼成電極を提供することにある。 従って、本発明は、自己焼成電極が消耗される炉と直接に連結して製造される 自己焼成電極であって、導電性材料から製造された外部ケーシングから構成され 且つ複数個の半径方向に向く垂直形の内部リブ(inner radial，vertical ribs) を有し且つ炭素質の未焼成ペーストが前記ケーシングに供給され、該ペーストが 前記電極に供給される電流によって固体電極に焼成されるものである自己焼成電 極に関する。該電極は、前記の半径方向に向く垂直形の内部リブが前記ケーシン グの内側に取り付けられている固体炭素シートからなるものであること、該炭素 シートが半径方向の長さと厚みとの間の比が５：１よりも大きい比を有するもの であることを特徴とする。 前記の炭素シートはグラファイト又は予備焼成された炭素材料から製造するこ とができ、しかも該炭素シートは炭素繊維で強化し得るか又は精錬炉中で製造さ れた製品に混入しない別の材料製の繊維で強化し得る。前記炭素シートの半径方 向長さと厚みとの間の比は、使用する炭素材料の種類と該炭素材料の強度とに基 づいて決定される。 前記炭素シートが予備焼成された炭素材料から製造される場合には、前記の炭 素製リブは半径方向長さと厚みとの間の比が８：１よりも大きい比を有すること が好ましい。炭素シートがグラファイトから製造される場合には、前記の炭素リ ブは半径方向長さと厚みとの間の比が15：１よりも大きい比を有することが好ま しい。 本発明の好ましい態様によれば、前記炭素製リブは電極ケーシングに対してボ ルト及び/又は接着によって取り付けられる。 複数個の炭素製リブを有するケーシングは、複数個の鋼製リブを有する自己焼 成電極用のケーシングと実質的に同じ方法で製造される。このようにして、ケー シングのそれぞれの節(length)は、セクションの総数が炭素製リブの数と同じで あるセクションから製造し得る。ケーシングのそれぞれのセクションは少なくと も内部に伸びているフランジを取り付けた垂直側の一つの上にある。一節のマン トル(a mantel length)を組み立てる場合には、炭素製リブはボルトとナットに よって及び/又は接着によって隣り合ったセクション上の垂直形フランジ同士の 間に取り付けられる。あるいは、ケーシングのそれぞれの節は炭素製リブを取り 付けるために内側に溶接された垂直形フランジを有する溶接された円筒形シート から製造し得る。 炭素製リブは少なくともそれぞれの節(length)のケーシングの長さに等しい垂 直方向の伸びを有する。炭素製リブは50cmまでのケーシングの長さを越える長さ を有するものであるのが好ましい。電極の頂部に新しい一節のケーシングを取り 付ける場合には、該一節のケーシングにおける炭素製リブはこのようにして下の 一節のケーシングの炭素製リブと重ねられるであろう。電極ペーストを２節のケ ーシング同士の間の領域で焼成する場合には、それによって慣用の自己焼成電極 における鋼製リブ用の方法と同じ方法で炭素製リブ同士の間に垂直方向の接触が 得られる。 本発明の電極においては、炭素シートから製造されたリブは、良好な導電性を 有し、しかも電極に供給される電流は未焼成の電極ペーストの内部に伝達される であろう。これは、例えば電極破損後に、電極の迅速な焼成を確実にするために は重要である。 大きな直径をもつ電極については、電極の周囲における電流条件と熱的条件と を安定化するために複数個のリブが必要である。リブは電流と熱の輸送を増大す るほかに、電極の重みを支えなければならない。慣用の自己焼成電極における金 属製リブは約1000℃よりも高い温度で溶融し、消失するが、これに対して本発明 の電極における炭素製リブはで電極チップまで下方に全体 にわたって強化材として機能する。従って、本発明の電極は、現在、ケイ素製造 用の精錬炉において使用されている電極よりも大きい直径をもつ電極に使用でき る。 半径方向長さと厚みとの間の比が５：１よりも大きい比を有する固体炭素シー トのリブを使用することによって、炉中で生成される製品へのリブ由来の鉄の混 入が回避され、同時に電極は少なくとも鋼製リブを有する電極と同じ機械強度を 維持する。これは鋼製リブを有する慣用の電極と同じ程度の大きさの直径を有す る本発明の電極を製造することを可能にする。慣用の保持及び滑り装置は、本発 明の電極に使用できる。このようにして本発明の電極は、電極保持及び滑り装置 を費用をかけて改造することなく、鋼製リブを有する自己焼成電極を使用する現 在の精錬炉に使用できる。 本発明の電極用のケーシングには複数個の垂直方向の金属又は炭素製外部リブ を取り付けることができ、それによって電極はノルウェー特許第147168号及び第 149485号明細書に記載の電極保持及び滑り装置を使用することによって電極を保 持し、滑らせ得る。このようにして、電極上の半径方向力(radial force)は電極 の焼成が行われる領域よりも上で回避される。さらに、かかる電極保持及び滑り 装置を使用することによって、非常に薄い金属シートからケーシングを製造でき 、それによって精錬炉中で製造される製品への鉄の混入がさらに低減される。別 の金属、例えばアルミニウム及びアルミニウム合金もまたケーシングに使用でき る。さらに、非環状横断面を持つ電極、例えば角形又は実質的に角形の横断面を 持つ電極を製造できる。 図面の説明 第１図は本発明の電極の縦方向切断面図である。 第２図は第１図のI-Iの線に沿って得られた水平断面図である。 第３図は第２図にＡと印を付けた領域の拡大図であり、炭素製リブをケーシン グに取り付けるための第１の態様を示す。 第４図は炭素製リブをケーシングに取り付けるための第２の態様を示す。 第５図は角形横断面を有し且つ複数個の半径方向に向く外部リブを取り付 けてある電極の水平断面を表わし、且つ 第６図は第５図にＢと印を付けた領域の拡大図である。 好ましい態様の詳細な説明 第１図に、自己焼成電極であって、該電極の下に配置された精錬炉(図示され ていない)中で消耗される自己焼成電極を示す。該電極は導電性材料から製造さ れた外部ケーシング１から構成される。該ケーシング１は電極懸垂枠２と、建造 物４に懸垂された油圧式の電極調整シリンダー３とを貫いている。慣用の電極を 保持し且つ滑らせるための装置５が電極を保持し且つ電極が精錬炉内で消耗する のに従って電極を下方に滑らせるために配置されている。電極の下部には、接触 クランプ６が配置されており、該接触クランプは慣用の圧力リング７によって電 極の表面に対して締め付けられる。接触クランプ６は、電極に電気的動作電流を 供給するために電線管(図示されていない)に連結される。炭素質電極ペースト中 で発生する熱により、該ペーストは電流供給領域で加熱され、そして該ペースト は固体電極８に焼成される。電極ペーストは固体円筒９の形状の電極ケーシング １の頂部に供給され、該ペーストは熱により軟化し、電極ケーシングの横断面全 体を満たし且つ電極ペーストの液層10を形成する。 第２図に示されるケーシング１には、半径方向長さと厚みとの間の比が20：１ の比を有するグラファイトシートから製造された複数個の内部リブ11が取り付け られている。炭素材料から製造された複数個のリブ11を使用することによって、 精錬炉中で製造された製品への鋼製リブ由来の鉄の混入が回避される。また、放 射状の内部リブがない公知の自己焼成電極であってノルウェー特許第45408明細 書に記載の炭素製インサートが使用される自己焼成電極によって生じる不都合が 回避される。炭素製リブは、それらが焼成された電極の重さを支えることができ るような強度をもち、しかもさらに接触クランプ６を介して供給される電流を電 極ペースト10中に内部に伝達させる良好な導電性をもち、それによって電極の迅 速な焼成を生じる。また、慣用の電極を保持し且つ滑らせるための装置は、改造 することなく本発明の電極にも使 用できる。本発明の電極はそれによって簡単で、費用効率の良い方法で使用する ことができる。 複数個の放射状の炭素シートを電極ケーシングに取り付けるための２つの態様 を第３図と第４図に示す。 第３図に示す態様によれば、電極ケーシング１の個々のセクションには内部に 伸びるフランジ12を取り付けてある。炭素製リブ11はボルト13とナット14によっ て電極ケーシングの隣り合ったセクション上のフランジ12同士の間に取り付けら れる。このようにして、炭素製リブ11は簡単な方法でケーシングに取り付けられ る。さらにまた、接触表面には接着剤を塗布できる。 第４図に示す態様によれば、ケーシングには炭素リブ11の個数に等しい個数で 内側に伸びるフランジ16を取り付けてあり、炭素リブ11は適当な接着剤によって フランジ16に接着される。必要な場合には、連結はボルトとナットによって補強 し得る。 第５図と第６図に、本発明の一態様であって電極が実質的に角形の横断面を有 するものである一つの態様を示す。かかる電極には、第１図に示される慣用の電 極を保持し且つ滑らせるための装置は使用できない。電極を保持し且つ電極に電 流を供給するためには、電極ケーシングは、複数個の半径方向に向く炭素製内部 リブ11に加えて、導電性材料例えば鋼、アルミニウム又はカーボンから製造され た半径方向に向く外部リブ17が取り付けられる。電気的動作電流を電極に供給す るために、ノルウェー特許第147168号明細書に記載された方法で、外部リブ17に 固定させるための電流供給装置18が使用される。電極を保持し且つ滑らせるため には、ノルウェー特許第147985号明細書に記載されたような電極を保持し且つ滑 らせるための装置を使用する。この電流供給装置と、電極を保持し且つ滑らせる ための装置とは電極ケーシング１に対して半径方向力を課さないので、それによ ってケーシング１を薄い材料から製造することができ、精錬炉内で製造され多製 品への鉄の混入がさらに低減される。ノルウェー特許第147168号及び第147985号 明細書に記載された電流供給装置及び電極を保持し且つ滑らせるための装置もま た角形横断面以外の別の横断面を持つ電極に使用できる。

【手続補正書】 【提出日】１９９６年７月３日 【補正内容】 (1)明細書第４頁第９行の「45488」を「45408」と補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自己焼成炭素電極が消耗される炉と直接に連結して製造される自己焼成炭 素電極であって、導電性材料から製造され且つ半径方向に向く垂直形の内部リブ (11)の複数個を有する外部ケーシング(1)から構成されるものであり且つ炭素質 の未焼成ペースト(9)が前記ケーシング(1)に供給され、該ペースト(9)が前記電 極に供給される電流によって固体電極(8)に焼成されるものである自己焼成電極 おいて、前記の半径方向に向く垂直形の内部リブ(11)は前記ケーシング(1)の内 側に取り付けられている固体炭素シートからなるものであり、該炭素シートは半 径方向の長さと厚みとの間の比が５：１よりも大きい比を有するものであること を特徴とする自己焼成電極。 ２．前記の炭素シート(11)がグラファイト又は予備焼成炭素材料から製造され るものであることを特徴とする請求項１記載の電極。 ３．前記のグラファイトから製造された炭素シート(11)が半径方向長さと厚み との間の比が15：１よりも大きい比を有すること特徴とする請求項２記載の電極 。 ４．前記の予備焼成炭素材料から製造された炭素シート(11)が半径方向長さと 厚みとの間の比が８：１よりも大きい比を有すること特徴とする請求項２記載の 電極。 ５．前記の炭素シート(11)が炭素繊維で強化されるか又は精錬炉中で製造され た製品への混入に寄与しない別の材料製の繊維で強化されるものであることを特 徴とする請求項１〜４に記載の電極。 ６．前記の炭素シート(11)が前記ケーシング(1)に対してボルト(13)及び/又は 接着によって取り付けられることを特徴とする請求項１〜５に記載の電極。 ７．前記のケーシング(1)が複数のセクションから構成されるものであり、該 ケーシングの垂直側の少なくとも一つの上のそれぞれのセクションは内側に伸び るフランジ(12)を取り付けてあるものであり、且つ前記の炭素製リブ(11)は隣り 合ったセクション上の垂直形フランジ(12)同士の間に取り付けられるものである ことを特徴とする請求項６記載の電極。 ８．前記の炭素シート(11)がケーシングのそれぞれ節の長さに少なくとも等し い垂直方向の伸びを有するものであることを特徴とする請求項１〜７に記載の電 極。 ９．前記の炭素製リブは50cmまでの一節のケーシングの長さを有するものであ り、それによって新しい一節のケーシングを電極の頂部に取り付ける場合には、 該新しい一節のケーシングの炭素リブは新しい一節のケーシングの下の一節のケ ーシングの炭素リブと重なるであろうことを特徴とする請求項８に記載の電極。 10．前記のケーシング(1)は電極を保持し、滑らせ且つ電極に対する動作電流 を供給するための外部垂直形リブ(17)を取り付けてあるものであることを特徴と する請求項１〜９に記載の電極。