NO140848B - Anordning for fremstilling og anvendelse av en selvsintrende elektrode - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning for fremstilling og anvendelse av selvsintrende elektroder for anvendelse i elektriske smelteovner.

Konvensjonelle anordninger for fremstilling av selvsintrende elektroder omfatter en vertikalt anordnet, sylindrisk kap-

pe med en nedre ende som rager ned i den elektriske smelteovn.

Den øvre ende av kappen er åpen for å gjøre det mulig for arbeide-re å innføre blokker av karbonholdig pasta som smelter og til slutt herder til fast tilstand som et resultat av varme som ledes oppover fra den herdede del av elektroden som rager ut fra bunn-kontaktplater og ned i smelteovnen. De sylindriske deler som kappen i sådanne konvensjonelle anordninger er fremstilt av, har flere innadrettede finner med hvilke pastaen smelter sammen nær inn-føringsenden. Finnene sørger for inngrep mellom kappen og de ikke-herdede og herdede deler av elektroden i denne, og finnene forster-ker elektroden, leder elektrisk strøm fra kontaktklemmene til dé herdede deler av elektroden og bidrar til ledning av varme fra den herdede del til deler som gjennomgår herding ved hjelp av varme.

Da den nedre ende av kappen fra hvilken elektroden rager frem, normalt er i den varme smelteovnsomgivelse, forbrukes kappen og nye deler må tilføres ved den øvre ende. Dette gjøres av ar-beidere på et gulv over smelteovnen hvor arbeiderne er beskyttet. Normalt frigjøres elektrodeklemmene for å tillate nedsenkning av

den selvsintrede elektrode og den omgivende stålkappe. Det er sørget for anordninger for å innstille kappens og elektrodens avstand i forhold til smelteovnen for å opprettholde en riktig lys-buelengde i forhold til ovnsbeskikningen.

Forbruket av kappen og finnene i denne resulterer i at jern innføres i smeiten i smelteovnen. Innføring av jern er uønsket når sådanne produkter som silicium og aluminium-silicium med høy renhet raffineres i smelteovnen. For å unngå innføring av jern i smeiten, har det vært vanlig å unngå bruk av selvsintrende elektroder, og i stedet benytte på forhånd dannede eller forsint-rede, massive elektroder. Sistnevnte er selvsagt mye dyrere enn selvsintrende elektroder og de krever omhyggelig tilkopling av ekstra seksjoner for å kompensere for forbruk av elektroden ved den nedre ende.

Fra norsk utlegningsskrift 123 398 og tysk utlegningsskrift 1 05 0 4 65 er det videre kjent anordninger hvor en delvis férdigbrent elektrode kan skyves ut av kappen slik at kappemate-rialet ikke følger med ned i smeltebadet. Disse anordninger er imidlertid beheftet med begrensninger og ulemper når det gjelder herding og utmatning av elektrodene. Når det f.eks. gjelder anordningen ifølge det tyske utlegningsskrift, har kappens nedre en-de redusert diameter for å fastholde elektroden. Dette medfører at bare et lite parti av elektroden over kappens nedre ende kan herdes, da elektroden må komprimeres for å føres forbi den nedre ende med redusert diameter.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning som muliggjør effektiv fastholdelse av elektrodematerialet i kappen uten bruk av f.eks. finner eller andre ledende eller for-sterkende deler i pastaen i kappen, og samtidig enkel og rask fri-gjøring av den ferdigbrente elektrode slik at dennes nedre parti kan presses ut av kappen i ønsket grad.

For oppnåelse av ovennevnte formål er det tilveiebragt en anordning for fremstilling og anvendelse av en

selvsintrende elektrode, omfattende en i hovedsaken sylindrisk metallkappe som i den ene ende har en åpning for elektrodeavgang og en på avstand fra denne beliggende åpning for innføring av elektrodedannende materiale i kappen, hvilket materiale først blir plastisk og deretter suksessivt sintres til en herdet tilstand i hvilken det kommer ut fra den

nevnte ende, en understøttelse for understøttelse av kappen i forhold til smelteovnen, og en støter for utøvelse av en kraft på det elektrodedannende materiale i kappen for å bringe dette til å komme ut fra kappen, hvilken anordning er kjennetegnet ved.at kappens nedre ende omfatter et antall periferisk anordnede, aksialt for-løpende, overlappende partier som er ettergivende i retning mot elektroden og som er omgitt av en ring med anordninger for utøvel-se av radiale trykkrefter.

Ved hjelp av anordningen ifølge oppfinnelsen tilveie-bringes en fjærende forspenningskraft ved basisdelen av den i hovedsaken sylindriske kappe, og dermed et effektivt grep på det innenforliggende elektrodeparti, men samtidig finnes ingen hind-ring i elektrodens bane når denne presses frem fra kappen. Såle-des oppnås både effektiv fastholdelse og utmatning av elektroden, samtidig som anordningen tillater at elektroden kan herdes over en vesentlig del av sin lengde over kappens nedre ende.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen som viser en foretrukket utførelse av en anordning ifølge oppfinnelsen, og der fig. 1 viser et vertikalriss av en selvsintrende elektrodeanordning med noen deler i snitt og andre deler delvis gjennomskåret, fig. 2 viser et snitt etter linjen 2 - 2 på fig. 1, fig. 3 viser et delsnitt etter linjen 3-3 på fig. 1 og fig. 4 viser et snitt etter linjen 4 - 4 på fig. 1.

På fig. 1 er vist en elektrodedannende anordning hvor en del av anordningen ligger over et gulv 10 og en annen del ligger under gulvet. Et område langt under gulvet 10 opptas av en elektrisk smelteovn som ikke er vist, men den øvre overflate av beskikningen i smelteovnen er vist ved henvisningstallet 11 ved bunnen av figuren. Ett av smelteovnens deksler il<1> er delvis vist og ses å være anbragt umiddelbart under gulvet 10.

Den elektrodedannende anordning på fig. 1 omfatter en sylindrisk metallkappe 12 i hvilken karbonholdig pasta kan innfø-res for å sintres til en massiv elektrode. Kappen kan være fremstilt av et antall buede, sammensveisede deler. Det indre av kappen 12 er glatt og har ikke de vanlige, radialt innadrettede elek-trodeunderstøttende finner eller noen annen metallisk forsterkning for elektroden som formes i denne. Den dannede, herdede og størk-nede elektrode 13 rager :frem fra den nedre ende av kappen 12 under påvirkning av et støterhode 14 ved kappens topp. Støterhodet 14 kan trekkes tilbake fra det indre av kappen for å tillate ar-beidere på gulvet 10 å innføre blokker av elektrodepasta i kappen 12. Støterhodet 14 drives av forbindelsesstangen 15 i en fluidum-drevet sylinder 16. I sylinderen 16 kan dannes overtrykk for å forårsake utpressing av elektroden 13 fra kappens nedre ende. Dersom det ønskes kan en mekanisk drevet støter være anordnet i stedet for den fluidumdrevne støter.

Som vist på fig. 1 og 4, er den nedre ende av den elektrodeformende kappe 12 forsynt med periferisk adskilte, aksialt forløpende, overlappende ledd eller partier 17 som gjør enden av kappen noe fjærende og ettergivende for radialt virkende krefter. De overlappende partier 17 hindrer lekkasje av elektrodepasta, minimerer tap av hydrocarbongasser og sørger for en stor elektrisk kontaktgrenseflate med kappens 12 ytre. De overlappende partier 17 og kappen 12 utgjør en leddet konstruksjon som tillater at kappen kan utøve en gripende kraft på elektroden 13.

Den nedre ende av kappen 12 er omgitt av et antall elek-trodekontaktdeler 20. Kontaktdelene 2 0 bæres på en trykkring 21. Hver kontakt er forbundet med en anordning 22 for utøvelse av trykk på kontakten 20. De trykkutøvende anordninger 22 kan bestå av et hus 23 og et trykkstempel 24 som er omgitt av en ansatshylse 25. En fjær 2 6 virker mot ansatsen og presser trykkstempelet 24 mot den tilhørende elektrodekontakt 20. En gjenget krage 27 tillater justering av fjærtrykket. Den totale kraft av de forskjellige trykkstempler mot kontakten 2 0 er tilstrekkelig til å forårsake en klemvirkning av kappens 12 segmenter 19 mot elektroden 13. Kraf-ten er stor nok til å understøtte den sintrede elektrode 13 og kappen 12 og til å hindre utilsiktet bevegelse av disse mot smelteovnen. I virkeligheten hindres elektroden 13 fra utilsiktede vertikale bevegelser ved hjelp av friksjonskraft fra den leddede kap-pes bunn. Når man ønsker å mate mer sintret elektrode inn i smelteovnen for å kompensere for det som måtte være forbrukt i den elektriske lysbue, anvendes en kraft på støterhodet 14 ved kappens øvre ende, og friksjonskraften ved den nedre ende overvinnes slik at den massive, herdede ende av elektroden 13 presses ut fra kappens 12 nedre ende.

For en selvsintret elektrode med en diameter på ca. 88 cm har det vist seg at en holdekraft på ca. 2,1 til 2,8 kg/cm 2 på elektrodekontaktene 20 er tilstrekkelig til å hindre glidning av elektroden fra kappen, bortsett fra når en dominerende kraft anvendes ved hjelp av støteren 14.

Elektrodekontaktene 20 er koplet til en effektfordelende samleskinnering 30 ved hjelp av et antall rørformede, ledende deler 31. Effektfordelingsringen 30 kan være forsynt med kjøleflui-dumpassasjer, såsom 32 og 33, som står i fluidumforbindelse med det indre av lederrørene 31 for å tilføre kjølemiddel til de ut-hulede elektrodekontaktelementer 20, dersom dette ønskes. Effektfordelingsringen 30 er ved hjelp av en passende anordning forbundet med et antall lederrør 34 som på sin side står i elektrisk forbindelse med en samleskinne 35 til hvilken det er tilkoplet et stort antall parallellkoplede, fleksible ledere 36. De fleksible ledere 36 fører tilbake til en samleskinneterminal 37 (delvis vist) som er koplet til en terminal i en ikke vist effektomformer. De elektriske kretsanordninger mellom elektrodekontaktene 20 og ef-fektomformeren er i hovedsaken av konvensjonell type og krever ikke nærmere beskrivelse.

Kappen 12 blir selvsagt ikke innført i smelteovnen under drift av denne og heller ikke under dannelsen av en elektrode i kappen. Den eneste gang kappen 12 beveges, er når den fremføres sammen med elektroden for det formål å etablere elektrodespissens stilling slik som senere beskrevet.

Kappen 12 er omgitt av en sylindrisk mantel 4 0 som beveges sammen med kappen for å regulere stillingen av spissen av den sintrede elektrode 13 i ovnsbeskikningen 11. På fig. 2 og 3 er vist snitt gjennom mantelen 40. Mantelen omfatter et ytre sylindrisk skall 41 og et indre sylindrisk skall 42 i konsentrisk adskilt forhold. Lag av varmeisolasjon 43 og 43' er anordnet på den indre overflate av det indre skall 42 og den ytre overflate av den øvre del av kappen 12. De to lag av varmeisolasjon er radialt adskilt slik at de begrenser et konsentrisk mellomrom 44 rundt kappen, slik som vist på fig. 1-3. Isolasjonslagene 43 og 43' ender nær den nedre del av kappen 12, og mantelen 42 og kappen 12 danner der et uisolert mellomrom 44' som går i ett med mellomrommet 44. Varm luft eller en annen varm gass presses nedover gjennom mellomrommet eller kanalen 44, 44' fra et omsluttende overtrykksrom 45 som til-føres varm luft under trykk gjennom en kanal 4 6 som fører til en vifte 47. Viftens 4 7 inntaksside er forbundet med en ikke vist kilde for varm luft ved hjelp av en ledning 48. Kilden kan være en vanlig varmluftsovn i hvilken det forbrennes brennstoff i et forbrenningskammer som står i varmeutvekslende forbindelse med luft som sirkulerer over kammeret. Varmluften trekkes inn i sy-stemet ved hjelp av viften 47 og presses igjennom kanalen 44 i varmeutvekslende forbindelse med kappen 12 bare ved den nedre endedel av mantelen 40, slik at elektrodepastaen i kappen i den nedre endedel utsettes for varme for for-herding. Lufttempera-turen er tilstrekkelig til å sintre den inneholdte pasta ved ca.

4 50° C. Den varme luft kommer inn i kanalen 44 gjennom en ringfor-met spalte 4 9 ved dénnes topp og den varme luft kommer ut fra kanalen ved den nedre ende 5 0 innenfor ovnsdekslet. Da de varme gasser kommer ut under ovnsdekslet, er det også mulig å benytte

k stort sett fullstendig oksyderte, varme forbrenningsgasser direkte for oppvarming av den nedre del av elektrodekappen 12, i stedet for å varme opp luft ved å lede denne over et forbrenningskammer.

Mantelen 4 0 understøttes ved sin øvre ende av en ring 50' som forbinder mantelens ytre skall 41 ved hjelp av flere hjør-neplater 51 som kan være sveiset til skallet 41 og ringen 50. Ringen 50' bæres på sin side av en ramme 52 som understøttes på elektrodehevende og elektrodesenkende, hydrauliske sylindre 53,

av hvilke én er synlig på fig. 1. Denne sylinder kan også være av pneumatisk type. I alle tilfelle kan sylinderen 53, ved hjelp av ikke viste anordninger, påvirkes for å heve eller senke ringen 50', og dermed heve eller senke elektrodekappen 12, elektroden 13 og den omgivende mantel 40 sammen med kappen 12. Disse komponen-ter blir i fellesskap hevet eller senket i overensstemmelse med nødvendigheten av å innstille strømmen til smelteovnsbeskiknin-gen ved å øke eller minske lengden av lysbuen mellom spissen av elektroden 13 og beskikningen 11, eller ved å innstille den avstand med hvilken elektroden ^ager inn i beskikningen eller et slagglag på denne dersom smelteovnen er av varmeledningsevnetypen i stedet for en lysbuesmelteovn. Servosystemet for avføling av spenningsfall over lysbuen og tilsvarende påvirkning av den elek-trodeanbringende sylinder 53 er ikke vist da dette system kan være av konvensjonell utførelse og er velkjent for fagfolk på området.

Når kappen 12 og mantelen 40 heves eller senkes sammen, er det ingen sluring eller gnidning mellom elektroden 13 og fast-spenningsarrangementet ved den nedre ende av kappen 12. Under disse omstendigheter blir også elektrodekontaktelementene 20 hevet og senket sammen med kappen og mantelen, hvilket også er tilfelle med lederne 34 og de fleksible ledere 36 på grunn av at sistnevnte understøttes på en søyle 54 som er forbundet med rammen 52 gjennom gulvet 10. Et sett periferisk adskilte lederuller 55 er lagret for rotasjon på tilhørende stasjonære braketter 56. Rullene 55 styrer og opprettholder innrettingen av mantelen 4 0 når denne gjennomgår toveis vertikale bevegelser som reaksjon på signaler som indikerer nødvendigheten av en forandring av lysbuelengden. Rullene 55 ruller på herdede lagerstrimler 57 som kan være sveiset på den ytre overflate av det ytre mantelskall 41. Brakettene 56 un-derstøttes på en sokkel 58 som er montert på smelteovnsdekslet 11' selv om den også kan være montert på hvilken som helst annen sta-sjonær konstruksjonsdel med tilstrekkelig styrke. Under rullene 55 synes en kanal 59 som holdes på positivt trykk og som har en luftutløpspassasje 60 for det formål å hindre at gasser fra smelteovnen lekker ut til rommet over gulvet 10. Dette er bare som et eksempel da en tetning for smelteovnens dunster kan innta mange forskjellige former, slik det er kjent for fagfolk på området.

Elektrodekappen 12 og den selvsintrende elektrode 13 i denne er vist å være sammensatt av flere områder som er i forskjellige herdetilstander. Områdene er angitt ved klammere. Det område som omsluttes av det nederste klammer 13a, er det område hvor elektroden er i hovedsaken fullstendig herdet og størknet tvers igjennom. I området 13b er elektrodepastaen i stort sett ikke-sintret tilstand nær toppen og i stort sett flytende tilstand nær bunnen. Tilsetning av elektrodepasta skjer i området 13c.

Virkemåten for den elektrodeformende anordning er som følger. Det antas at smelteovnen er i drift og at elektroden ek-o sisterer i kappen 12 i forskjellige herdetilstander. Det antas at så mye av den nedre spiss av elektroden 13 er blitt konsumert at det er ønskelig å forlenge elektroden ytterligere inn i smelteovnen. Dette gjøres ved at sylinderen 16 påvirkes slik at støter-hodet 14 presser elektroden nedover slik at den kommer mer frem fra kappen 12. Den nedadrettede kraft trenger bare å være tilstrekkelig i kombinasjon med vekten av elektroden for å overvinne den friksjonsmessige holdekraft som utøves av de under overtrykk anordnede kontaktelementer 20 som virker på den leddede eller slis-sede nedre ende av kappen 12. Når den sintrede elektrode rager tilstrekkelig langt ut av kappen 12, trekkes støterhodet 14 tilbake for å avdekke det hulrom i den øvre del av kappen 12 som er blitt dannet ved utpressing av elektroden fra bunndelen. Arbeide-re på gulvet 10 kan da innføre mer elektrodepasta i det øvre, indre hulrom i kappen 12. Selv om det ikke tidligere er omtalt i detalj, er det også anordnet kjerneseksjoner 61 av tre som er blitt forbundet med hverandre av arbeiderne før innføringen av ytterligere pasta i toppen av kappen 12. Pasta innføres rundt kjernen. Kjernene kan forbindes ved at gjengede fremspring på den ene del opptas i den motsatte ende av den etterfølgende del, eller trekjernene kan forbindes ved at de forsynes med koniske treplugg-fremspring som passer inn i et tilsvarende konisk hull i en til-støtende del. Hvilken som helst forbindelsesmetode som ikke be-nytter jernholdige elementer kan benyttes. Pastaen i elektrodede-len 13c smelter senere på grunn ,av varmen fra den varme luft i kanalen 44 som er begrenset av mantelen 40, og pastaen smelter rundt trekjernen for å danne en forholdsvis sintret masse i delen 13a. Etterhvert som pastaen presses nedover i kappen 12, blir den varmere og varmere som et resulta!t av varmeutveksling med den varme luft i kanalen 44, og fortsetter å størkne, og samtidig frigjøres de flyktige hydrokarboner. De flyktige hydrokarboner tettes mot oppadrettet utløp ved hjelp av den smeltede pasta, slik at de

tvinges nedover inn i porene i elektroden i et område under kontakt-elementene hvor elektroden er mer fullstendig herdet og størknet,

men tilstrekkelig porøs til å oppta hydrokarbongassene. Til slutt blir disse gasser tilstrekkelig oppvarmet ved ledning fra smelteovnen oppover elektroden til å fraksjonere og frembringe karbon som avsettes i porene i de mer fullstendig herdede deler av elektroden. Dette forbedrer den elektriske ledningsevne for den ut-pressede, størknede og herdede elektrodedel under kontaktelemen-tene, hvor elektroden kan oppnå en temperatur på ca. 1100° C hvilket er tilstrekkelig til å trykkdestillere gassene og karbon. Og-så før elektrodematerialet når denne temperatur, blir trepluggene 61 forkullede og porøse og i stand til å oppta gasser som fraksjo-nerer og avsetter karbon i sine porer. Dette bidrar ytterligere til elektrodenes elektriske ledningsevne.

Kontinuerlig innstilling av elektrodespiss-stillingen som reaksjon på strøm-;og spenningsfølsomme følere (ikke vist) oppnås, slik som generelt beskrevet foran, ved at mantelen 40, kappen 12, de elektriske kontaktelementer 20, viften 47, dens tilhørende kanaler og den understøttende ramme 50' beveges i fellesskap i den ene eller den andre vertikale retning ved påvirkning av den fluidumdrevne sylinder 53. Disse bevegelser er av forholdsvis liten amplitude og resulterer ikke i at kappen 12 beveges vesentlig nærmere den intenst oppvarmede del av smelteovnen hvor smelting av kappen kunne inntreffe slik at det ble innført jernholdige foru-rensninger i smeiten.

God elektrisk kontakt opprettholdes mellom kappen

og elektroden ved alle tidspunkter, også ved de tidspunkter da elektroden presses ut av kappen 12 mot den friksjonsmessige holdekraft som eksisterer mellom den leddede bunndel av kappen og elektroden.

Claims (2)

1. Anordning for fremstilling og anvendelse av en selvsintrende elektrode, omfattende en i hovedsaken sylindrisk metallkappe (12) som i den ene ende har en åpning for elektrodeavgang og en på avstand fra denne beliggende åpning for innføring av elektrodedannende materiale i kappen, hvilket materiale først blir plastisk og deretter suksessivt sintres til en herdet tilstand i hvilken det kommer ut fra den nevnte ende, en understøttelse (50') for understøttelse av kappen i forhold til smelteovnen, og en støter (14, 15) for utøvelse av en kraft på det elektrodedannende materiale i kappen for å bringe dette til å komme ut fra kappen, karakterisert ved at kappens (12) nedre ende omfatter et antall periferisk anordnede, aksialt forløpende, overlappende partier (17) som er ettergivende i retning mot elektroden (13) og som er omgitt av en ring (21) med anordninger (22) for ut-øvelse av radiale trykkrefter.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at elektriske kontaktanordninger (20) er anbragt mellom de kraftutøvende anordninger (22) og den nedre, ettergivende del av kappen (12).