NO123094B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og anordning for drift av selvbrennende elektroder.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved drift av selvbrennende elektroder og mer spesielt elektroder for-ovner med neddykket lys-

bue og tilsvarende anordninger.

Det er kjent at selvbrennende elektroder som regel holdes i en metallkappe og at de dessuten er. forsynt med en metallisk for-sterkning som har til hovedoppgave å bære vekten av den brente elektrode og den overliggende elektrodepasta.

I en sterkt utbredt type selvbrennende elektroder består' den innvendige armering av finner eller andre radialt anordnede deler som er sveiset til mantelen idet delene foruten å virke som bæreele-menter også anvendes for innforing av den -elektriske strom i elektroden. Efterhvert som elektroden forbrukes, senkes hele elektrodeanordningen

(mantel, armering og carbonelektroder) ned i ovnen.

En annen type selvbrennende elektroder er beskrevet i italiensk patentskrift nr» 606„568. I denne elektrode er den innvendige armering ikke i kontakt med mantelen, men tvertimot elektrisk iso-lert fra denne.

Armeringen er loddrett bevegbar i forhold til mantelen, og ved dens bevegelse kan elektrodemassen,gli langs mantelen slik at det er mulig å senke den i ovnen brente elektrode uten samtidig å måtte senke mantelen, hvorved forbruket av denne minskes og derved inn-føringen i ovnen av materialer som ville ha forurenset det produkt som fremstilles.

Det er kjent at selvbrennende elektroder ved deres ovre ende tilfores en rå elektrodepasta bestående av stykker av kalsinert kull med forskjellige partikkelstorrelser blandet med et bindemiddel, som regel bek. På grunn av den i ovnen utviklede varme og av den Joule1 ske varme som skyldes gjennomledningen av strommen både i de eventuelle innvendige radialt anordnede deler som leder strommen inn i elektroden og i den brente del av denne, underkastes elektrode-pastaen en gradvis omvandling. Elektroden kan skjematisk oppdeles i 4- soner fra toppen og nedover. I den forste sone eller toppsone hvor temperaturen er lavere enn ca. 100°C, er pastaen fast. I den annen sone hvor temperaturen som regel er 100 - 300°C, avhengig av den råe pastas egenskaper, går pastaen over til en flytende fase med en viskositet som gradvis minsker nedad, og i denne sone be-tegnes pastaen som "smeltet". I den tredje sone hvor det som regel er en temperatur av 300-700°C, brennes pastaen. De tjærelignende og beklignende stoffer spaltes og destilleres av, og elektrodepas-taen omvandles derefter gradvis til en seig, kompakt carbonmasse som er egnet for ledning av elektrisk strom. I den fjerde eller den laveste sone hvor temperaturen er over 700°C, er elektroden brent.

Efterhvert som den brente elektrode gradvis senkes ned i évnen for å kompensere forbruket, utsettes nye deler av elektroden for om-vandlingsprosessen. En ny mengde smeltet pasta kommer ned i brennsonen og en ny mengde pasta går over i smeltet tilstand.

Den brente elektrode har en tilfredsstillende elektrisk ledningsevne av som regel 0,010-0,012 mho.m.mm -2 som gjor det mulig å anvende den ved en stromtetthet av inntil 5-6,5 A/cm 2. Hvis det imidlertid taes i betraktning at ledningsevnen til for-brente,amorfe carbonelektroder er 0,0020 mho.m.mm , vil det være klart at ledningsevnen til de selvbrennende elektroder kan forbedres med en derav folgende okning av ovnenes produksjonskapasitet.

De selvbrennende elektroders ledningsevne og de egenskaper som

er forbundet med denne, d.v.s. tetthet og mekanisk styrke, er dessuten ikke konstante, og dette skyldes at omdannelsen av den råe pasta til en brent pasta forekommer på en uregelmessig måte, og dette skyldes spesielt de ofte plutselige variasjoner i den varme som tilfores pastaen. Ved oppblussinger tilfores for meget varme fra ovnen til elektroden mens det i andre tilfeller kan tilfores for lite.

Bortsett fra innvirkningen av selve ovnen er omgivelsestem-peraturen utsatt for mer eller mindre hyppige forandringer avhengig av arbeidet ved de omgivende ovner, luftstromningene og variasjoner i den utvendige temperatur.

Det har vist seg at disse variasjoner spesielt har en uheldig virkning på den råe elektrodesone. Efter en forbigående overopp-varmning av mantelen mykner den faste pasta i kontakt med mantelen ved en temperatur av som regel 4-5 - 80°C avhengig av pastaens egenskaper. Når temperaturen faller, sterkner pastaen igjen og hefter til mantelen. Det hender derfor at den glidende bevegelse av den faste pasta nedad inne i mantelen hindres, og pastaen går nedad på en uregelmessig og avbrudt måte, og det kan til og med av og til dannes hvelv slik at pastaen er opphengt i mantelen.

I forbindelse med de ovenfor angitte elektrodeanordninger i italiensk patentskrift nr. 606.568 hvor carbonelektroden glir nedad i forhold til mantelen, forekommer det dessuten at glidningen hindres. Det har vist seg hindringen ofte skyldes den ovenfor angitte ved-heftning av stykker av rå pasta til mantelens innervegg.

Det er nu erkjent at en selvbrennende elektrode ikke fullstendig tilfredsstiller.de krav som stilles for de forskjellige behandlinger som utfores i ovnene. En elektrode som er i stand til å gi tilfredsstillende resultater ved anvendelse av sterk strtim, som ved fremstilling av Fe-Mn og Fe-Si-Mn-legeringer, kan gi utilfredsstillende resultater ved anvendelse av svak strom, som ved fremstillingen av Fe-Cr-legeringer, ved at den varmemengde som tilfores ved den Joule'ske effekt kan bli utilstrekkelig for å sikre en egnet brenning av elektroden.

Det taes derfor ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte for å forbedre den elektriske ledningsevne, tettheten og den mekaniske fasthet til selvbrennende elektroder spesielt for

anvendelse i ovner med neddykket lysbue.

Det taes dessuten ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte for å sikre at de ovenfor angitte egenskaper til selvbrennende elektroder blir mer konstante.

Det taes ved oppfinnelsen videre sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte som gjor det mulig med en perfekt tilpasning av elektrodene til hver forandring av betingelsene i ovnen og som spesielt

vil sikre en jevn ytelse av elektrodene både ved anvendelse av hby-intensiv strbm og ved anvendelse av lavintensiv strom.

Det taes ved oppfinnelsen ytterligere sikte på å lette glidningen av en elektrodepasta i elektrodemantelen i elektroder med differensiell slipp.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved drift av selvbrennende, elektroder spesielt for anvendelse i ovner med neddykket lysbue, og fremgangsmåten er særpreget ved de i patentkrav l's karakteriserende del angitte trekk.

Oppfinnelsen angår dessuten en anordning for utforelse av den foreliggende fremgangsmåte, og anordningen er særpreget ved de i patentkrav 2's karakteriserende del angitte komponenter.

Det har ifblge oppfinnelsen vist seg at elektrodenes elektriske ledningsevne, tetthet og mekaniske fas'thet forbedres betraktelig og holdes mer konstante dersom det arbeides i overensstemmelse med de ovenfor anforte parametere.

Ved konstant å holde gassen,som regel luft, ved en temperatur som minst tilsvarer den rå pastas mykningspunkt, sikres en jevn glid-ning av den rå pasta nedad mot smeltesonen idet den varme luft konstant holder mantelen ved en slik temperatur at det er praktisk talt umul-ig for stykkene av rå pasta å hefte til innerveggen og å danne hvelv.

På den annen side kan, ved hjelp av en diskontinuerlig eller kontinuerlig bkning av gassenes temperatur til over mykningspunktet, smeltingen av pastaen om nodvendig påskyndes slik at laget av smeltet pasta konstant holdes på en tykkelse som er h - 5 ganger storre enn , elektrodens diameter..

Dersomdet er blitt valgt et spesielt forhold av f.eks. M-,2

for en spesiell elektrode, foretrekkes det å gjennomfbre den oven-

for angitte temperaturøkning på en slik måte at dette forhold konstant opprettholdes istedenfor å la det pendle innen det ovenfor angitte område av k - 5«

Ved å holde tykkelsen av det flytende lag innen de ovenfor angitte grenser fremmes brenningen ved at det okede trykk på grunn av den flytende masse oker den brente pastas kompakthet og fremmer den nedadrettede utstrømning av destillasjonsgassene gjennom den brente elektrodes porer hvor de på grunn av de hoye temperaturer spaltes og fyller porene med findelt carbon.

På denne måte oker elektrodens tetthet, elektriske ledningsevne og mekaniske fasthet,,

Dersom varmen på grunn av ovnen og den Joule'ske effekt synker i en lengere eller kortere tid hvorved hoyden av den flytende pasta er tilbøyelig til å bli utilstrekkelig, injiseres den varme luftstrom med en høyere temperatur for å kompensere underskuddet av varme,, og derved sikres en egnet tykkelse under laget av fast pasta.. Luften kan også anvendes permanent som en varmehjelpekilde spesielt ved anvendelse av lavintensiv strom fordi den ved den Joule'ske effekt utviklede varme da er lavere.

Som angitt ovenfor vari.erer som regel mykn ing s punktet mellom 4-5 og80°C avhengig av typen av pasta, og det er ofte ca. 75°C<, Dersom temperaturen okes utover dette punkt, kan den varieres innen et vidt område avhengig av det nødvendige varmebidrag. Dette kan i visse tilfeller være tilstrekkelig til å oke temperaturen med bare noen få grader, f.eks. fra 1 til 15°C0 Temperaturøkningen kan ofte være hoyere, og i visse tilfeller kan den til og med være storre enn 100°C, alltid i forhold til mykningspunktet. Gassene oppvarmes imidlertid som regel til en lavere temperatur enn 200°C. Gassenes minste temperatur er fortrinnsvis hoyere enn mykningspunktet og er ofte ca. 90°C mens okningene utover dette minimum er diskontinuerlige og slik at gassenes høyeste temperatur ikke vil være over ca„ 160°C.

Ifølge en foretråkken utforelsesform av oppfinnelsen reguleres luftens temperatur i avhengighet av den temperatur som måles i selve elektroden. Målingen utfores fortrinnsvis ved elektrodens akse og fortrinnsvis i en sone hvor massen er smeltet eller 'hvor det er ønskelig at massen er smeltet.

Det er spesielt gunstig å utfore målingen i en sone tilsvarende den ovre ende av det pastalag som det er onskelig å holde smeltet. Stillingen for den ovre ende kan lett bestemmes da den nedre ende av det smeltede lag som regel i det vesentlige sammen-faller med den del av elektroden som er i kontakt med den ovre del av de stromforende plater.

Det er blitt fastslått at den målte temperatur må holdes på

en fastsatt verdi eller innen et visst område som tilsvarer en egnet tykkelse av smeltet pasta. Dersom temperaturen er for lav, innfores luft med en hoyere temperatur.

Hvis derimot den målte temperatur er slik at det forekommer et egnet flytende lag, må luften innfores ved en temperatur som tilsvarer eller er noe lavere enn den råe pastas mykningspunkt.

En anordning som er egnet for utforelse av foreliggende fremgangsmåte er skjematisk vist på tegningen som'gjengir en selvbrennende elektrode og hvor 5 er den sylindriske mantel, 1 sonen for den faste, rå pasta, 2 sonen for den smeltede pasta, 3 brennsonen og 4- den brente elektrode. 6 er de stromforende plater og 7 en metallring som klemmer platene mot mantelen 5<> For enkelthets skyld er den innvendige armering av elektroden ikke vist.

Den del av mantelen 5 som tilsvarer sonen 1 for den råe pasta og sonen 2 for den smeltede pasta, er omgitt av en sylindrisk hylse 8 som er konsentrisk i forhold til selve mantelen. I rommet 9 mellom mantelen og hylsen sirkuleres en strom av varmluft som blåses inn gjennom ledningen .10. Hylsen kan f.eks. være av stål. De ovre og nedre ender av denne hylse behover ikke å overensstemme noyaktig med de alltid varierbare grenser for sonene for rå og smeltet pasta, med den betingelse at disse soner alltid helt utsettes for virkningen av den varme lufstrom. Det er i virkeligheten intet i veien for at den nedre ende av hylsen kan sammenfalle med sonen for den pasta som brennes, og den ovre ende kan til og med strekke seg meget langt utenfor det ovre nivå for den råe pasta.

Hylsen avsluttes fortrinnsvis ved sin nedre del i en kort av-stand av 10 - 20 cm fra de stromforende plater, mens den råe pasta fylles i mantelen på en slik måte at den ikke kommer over hylsens ovre nivå.

For å kunne regulere den forbrukbare elektrode og dens mantel

i forhold til hylsen som er fast anordnet, festes hylsen ikke til mantelen. Mellomrommet 9 er åpent, fortrinnsvis ved bunnen, mens mellomrommet ved den ovre ende er forseglet med en pakning 11, f.eks.

av asbesttau, som gjor det mulig om nodvendig å bevege elektroden i forhold til hylsen. Mellomrommet har en slik storrelse at det sikres en egnet utstromning av luften og en effektiv varmeutveksling i mantelen. For en elektrode med en diameter av f.eks. 1000 mm kan hylsen være 5 7 m lang mens mellomrommet kan ha en bredde av 50-100 mm. 12 er et apparat, f.eks. en vifte, for å blåse inn luften som deretter oppvarmes ved 13, f.eks. ved anvendelse av en elektrisk motstand eller en brenner, for den injiseres i mellomrommet 9 gjennom 10.

Ih er en temperaturmålingsanordning som er neddykket i elektroden langs dennes akse. Temperaturmålingene overfores, f.eks. gjennom en termoelektrisk omformer og en elektrisk forsterker, til servostyringsmekanismen 15 som på sin side påvirker varmeapparatet 13.

Termostyringsmekanismen kan f.eks. bestå av releer eller elektropneumåtiske anordninger.

Målingsstedet for temperaturen kan være fast eller temperatur-målingsanordningen kan forskyves langs elektrodens akse for å under-sbke en viss sone av denne.

Dersom målingsstedet er fast, tas målingen fortrinnsvis ved den ovre ende av det pastalag som det er onskelig å holde smeltet.

Termostyringsmekanismen reguleres på en slik måte at temperaturen til den luft som innfores i mellomrommet, alltid i det minste tilsvarer den råe pastas mykningspunkt.

Hovedtrekkene ved oppfinnelsen og de fordeler som denne gir,

er mer detaljert beskrevet ved det folgende:

1) ved reguleringen er det mulig å opprettholde en optimal og konstant tykkelse for laget av smeltet pasta, hvorved den brente elektrodes egenskaper forbedres av de ovenfor angitte grunner. Elektroden får i virkeligheten en hoyere ledningsevne av som regel 10 -

15 % i en storre tetthet og bedre mekaniske egenskaper.

2) Ved fremgangsmåter hvor den varme som tilfores elektroden fra ovnen og ved den Joule1 ske effekt som regel er tilstrekkelig til å sikre'et tilstrekkelig flytende lag og hvor det er sikret at den råe pasta jevnt kan gli nedad, er det ved foreliggende fremgangsmåte mulig hurtig og effektivt å kompensere forbigående utilstrek-

kelige tilforseler av varme. Dette trekk ved oppfinnelsen er spe-

sielt nyttig ved, anvendelse av hoyintensive strommer og lav spen-

ning, som f.eks. ved fremstillingen av kalsiumcarbid og ferromangan-

og ferro-silicium-mangan-legeringer. Ved slike fremgangsmåter er det som regel tilstrekkelig å holde luftens temperatur f.eks. ved minst 90°C bare med okninger av og til opptil f.eks. 120°C.

3) Ved slike fremgangsmåter hvor den varme som tilfores ved den Joule'ske effekt er forholdsvis lav, kan varmetilforselen okes

sterkt, f.eks. ved tilforsel av luft med en hoyere temperatur på

mer eller mindre kontinuerlig måte. Dette er tilfelle ved anvendelse av lavintensiv strom og hoy spenning som f.eks. ved fremstilling av ferrokrom.

I et slikt tilfelle vil temperaturen som regel holdes ved f.

eks. minst 90.C med okninger av og til opptil 200°C.

hj Det er ved foreliggende fremgangsmåte lett å tilpasse driften av elektroden til en hvilken som helst forandring av behandlingen i ovnen. 5) Foreliggende fremgangsmåte byr på ytterligere fordeler ved drift av elektroder med differensiell slipp som angitt i italiendcpatent-skrift nr. 606.568. Ved oppvarmingen av mantelen i sonen for den råe pasta minskes friksjonskoeffisienten mellom pasta og mantel bé-' traktelig, og dette fremmer glidningen av pastaen i forhold til mantelen. Dessuten fremmes en spesiell drift som er mulig på grunn av den differensielle slipp. Dersom det er gunstig å påskynde brenningen av elektroden, kan den senkes ned i ovnen sammen med mantelen. Når brenningen av en del av elektroden er avsluttet og denne del derfor ikke lenger behover å inneholdes i mantelen, kan mantelen heves opp alene. Denne drift lettes av den-mindre friksjon mellom den råe pasta og mantelen.

Eksempel

En selvbrennende elektrode med differensiell slipp av den i italienskpatentskrift nr. 606.568 angitte type, ble anvendt, ikke i overensstemmelse med foreliggende fremgangsmåte, i 20 måneder ved fremstilling av metallisk silicium.

Elektrodens diameter var 1050 mm mens den hoyeste strømtetthet som kunne tilfores elektroden uten at den ble beskadiget, ikke var

o

over ca. 6,2 A/cm „

Den samme elektrode ble deretter anvendt sammen med en hylse 8 og dens forskjellige hjelpeanordninger 10, 11, 12, 13, lh og 15 som angitt ovenfor i forbindelse med tegningen.

Mellomrommet hadde en tykkelse av 60 mm mens luftstrømmen var ca. 3000 n<r>Vh. Elektrodens temperatur ble målt med et termoelement som med sin nedre ende var neddykket ca. 4-, 5 m f ra den ovre kant til de stromforende plater, hvorved det ble opprettholdt et flytende lag med samme lengde.

Termostyringsmekanismen som bestod av et relé, ble regulert på en slik måte at temperaturen ble holdt ved 95°C i målesonen og slik at luften ble holdt ved en temperatur av ikke under 90°C.

Luftens temperatur varierte mellom 90 og 100°C.

Elektroden arbeidet under disse betingelser i 12 måneder. Under hele denne periode var det mulig å arbeide med en strømtetthet av ca. 7,0 A/cm 2, og det kunne fra dette utledes at elektrodens elektriske ledningsevne hadde dket med ca. 13 %.

Det var klart at denne okede ledningsevne var forbundet med en tilsvarende hoyere tetthet. Dessuten hadde elektroden under hele denne driftstid bedre mekaniske egenskaper.

Ovnens kapasitet oket med ca. 20

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved drift av selvbrennende elektroder spesielt

for anvendelse i ovner med neddykket lysbue,, karakterisert ved at den del av mantelen som tilsvarer sonene for fast og smeltet rå elektrodemasse, omgis av en strom av varme gasser som konstant holdes ved en temperatur minst tilsvarende den råe elektrodemasses mykningspunkt og som diskontinuerlig eller kontinuerlig heves til en temperatur mellom noen få grader over mykningspunktet og 200°C på en slik måte at tykkelsen av laget av smeltet elektrodemasse under laget av fast elektrodemasse holdes h - 5 ganger storre enn elektrodens diameter.

2. Anordning for utforelse av fremgangsmåten ifolge krav i, karakterisert ved at-den omfatter en i den råe elektrodemasse (1,2) neddykket anordning ( lh) for måling av temperaturen, fortrinnsvis langs den råe elektrodemasses akse, og vertikalt forskyvbart i denne, idet måleanordningen via en termoelektrisk omformer og en elektrisk forsterker er koblet til en servostyrings-mekanisme (15) som på sin side regulerer et apparat (13), fortrinnsvis omfattende en elektrisk motstand eller en brenner, for oppvarming av gassene som skal tilfores periferisk til den del av mantelen (5) som tilsvarer sonene (1,2) for fast og smeltet rå elektrodemasse, og idet oppvarmingsapparatet står i forbindelse med en vifte (12) som tilforer gassene til oppvarmingsapparatet.