NO168620B - Fremgangsmaate og anordning for fremstilling av selvbrennende og jernfrie karbonelektroder - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for fremstilling av selvbrennende og jernfrie karbonelektroder med stor diameter til bruk i elektriske smelteovner.

Fra norsk patent nr. 149451 er det kjent en fremgangsmåte for fremstilling av kontinuerlige karbonelektroder direkte i tilknytning til den smelteovn hvori elektroden forbrukes, hvor rå karbonholdig masse bestående av karbon og karbonholdig bindemiddel kontinuerlig bakes til et fast karbonlegeme ved at den rå karbonholdige masse fylles i en mantel med et tverrsnitt som tilsvarer tverrsnittet av det karbonlegeme som skal fremstilles og at mantelen med den karbonholdige massen kontinuerlig eller tilnærmet kontinuerlig senkes gjennom en bakeovn anordnet rundt elektrodemantelen og hvor det via bakeovnen tilføres tilstrekkelig varmeenergi for baking av den karbonholdige masse. Etter hvert som mantelen senkes ned gjennom bakeovnen skjøtes det på nye mantelseksjoner på toppen og rå karbonholdig masse etterfylles fra toppen. Et vesentlig trekk ved fremgangsmåten ifølge norsk patent nr. 149451 er at energitilførselen for baking av elektroden skal være uavhengig av energitilførselen for drift av selve smelteovnen.

Ved den kjente fremgangsmåte kan mantelen fjernes fra den bakte elektrode før elektroden forbrukes i smelteovnen. På denne måte kan denne elektrode benyttes i smelteovner for fremstilling av produkter hvor jern forurenser det fremstilte produkt, slik som f.eks. i ovner for fremstilling av silisium. Da energitilførselen for bakingen ved denne kjente fremgangsmåte utelukkende tilføres fra utsiden, vil det eksistere en øvre grense for diameteren av de elektroder som kan fremstilles, idet faren for sprekkdannelse i den bakte elektrode vil øke med økende elektrodediameter. Samtidig vil bakehastigheten måtte reduseres med økende elektrodediameter for å oppnå gjennombaking av elektroden. Således antas det å eksistere en øvre grense på ca 1400 mm for elektrodediameteren for elektroder som fremstilles i henhold til norsk patent nr. 149451.

Fra norsk patent nr. 147168 er det kjent en holder for en selvbrennende elektrode i en elektrotermisk smelteovn, hvor elektrodens omliggende elektrodemantel er utstyrt med et flertall utfra mantelen ragende vertikale, radielt beliggende ribber. Holderen omfatter klem-og kontaktorgan som er beregnet på å klemmes mot ribbene for fastholding av elektroden og for tilveiebringelse av elektrisk kontakt med elektrodemantelen. Klem- og kontaktorganene ifølge norsk patent nr. 147168 omfatter to separate, langstrakte kontaktlegemer som ligger an mot hver sin side av ribben og som er innbyrdes forbundet ved hjelp av organ som utøver en innstillbar klemkraft vinkelrett på ribben.

I norsk patent nr. 149485 er det beskrevet en fremgangsmåte og anordning for slipping av en elektrode anordnet i en elektrotermisk smelteovn hvor slippeanordningen omfatter gripeorganer som er innrettet til å klemme om på elektrodemantelen anordnede radielle vertikale ribber og hvor hvert gripeorgan er utstyrt med en anordning for midlertidig oppheving av gripeorganets klemkraft om ribbene. Fremgangsmåten og anordningen ifølge norsk patent nr. 149485 er beregnet til å anvendes i forbindelse med elektrodeholderen beskrevet i norsk patent nr. 147168.

Den teknikk som er beskrevet i norske patenter nr 147168 og 149485 er hittil bare blitt anvendt i forbindelse med Søderbergelektroder hvor mantelen følger med elektroden ned i smelteovnen hvor den smelter og hvor mantelen er utstyrt med indre radielle ribber med stor radiell utstrekning, hvor de indre ribber bakes fast i karbonelektroden. For slike elektroder er sprekkdannelser i den bakte elektrode av mindre betydning idet elektroden holdes sammen av den ytre mantel og de indre ribber.

Ved den foreliggende oppfinnelse tas det sikte på å fremskaffe en fremgangsmåte og en anordning for fremstilling av en kontinuerlig jemfri karbonelektrode direkte i forbindelse med den smelteovn hvor elektroden forbrukes og hvor elektroden hovedsakelig bakes ved hjelp av den elektriske energi som tilføres for drift av selve smelteovnen. Den foreliggende oppfinnelse tar mere spesielt sikte på å fremskaffe en fremgangsmåte og en anordning for produksjon av jernfrie elektroder med en diameter større enn 1400 mm som er den øvre grense for baking av kompakte jemfrie elektroder med varmeenergi som tilføres mantel- eller elektrodeoverflaten enten via gassfyrte ringkammerovner eller andre typer gassfyrte bakeovner.

Foreliggende oppfinnelse vedrører således en fremgangsmåte for kontinuerlig baking av en karbonelektrode i direkte tilknytning til en smelteovn hvori elektroden forbrukes, hvor ubakt, karbonholdig masse fylles i en fortrinnsvis perforert elektrodemantel med ytre radielle, langstrakte ribber og hvor den karbonholdige masse bakes til en fast karbonelektrode ved hjelp av elektrisk strøm og hvor mantelen fjernes fra den bakte karbonelektroden under det sted hvor den elektriske strøm tilføres, men over det sted hvor elektroden innføres i smelteovnen, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at oppvarmingen og bakingen av den karbonholdige masse samt strømtilførselen til selve smelteovnen utføres ved hjelp av likestrøm hvor likestrømkildens første pol er glidbart tilkoblet mantelen via de ytre radielle ribber og hvor likestrømkildens andre pol er tilkoblet en elektrode anordnet i smelteovnens bunnparti og at det over det sted hvor likestrømkildens første pol er glidbart tilkoblet mantelen er anordnet en holde- og slippeanordning for tilnærmet kontinuerlig nedad bevegelse av elektroden.

I henhold til en foretrukket utførelsesform anvendes det en mantel med indre radielle, langstrakte ribber for å sikre en god overføring av elektrisk strøm fra mantelens indre ribber til den rå karbonmasse. De indre ribbenes radielle utstrekning er mellom 1 og 10 cm, fortrinnsvis mellom 2 og 6 cm.

I henhold til en ytterligere foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten forbrennes gassene som oppstår ved bakingen av karbonmassen i området ved strømtilførselen og gir dermed et ekstra varmetilskudd til bakingen av den karbonholdige masse og fører til en hurtigere dannelse av et skall av bakt masse. Dette skallet av bakt masse har en god elektrisk ledningsevne og fører til en bedre fordeling av den tilførte likestrøm. Den indre utvikling av varme i elektroden fører også til at det ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan fremstilles elektroder med en diameter på 2 meter eller mer.

Bruk av likestrøm som oppvarmingskilde for baking eller brenning av karbonmassen fører til en effektiv baking idet likestrømmen vil fordele seg over hele karbonmassens tverrsnitt og føre til en jevn oppvarming og baking over hele elektrodens tverrsnitt. Videre vil bakesonen, dvs. overgangssonen mellom bakt og ubakt karbonmasse effektivt kunne kontrolleres. På grunn av den jevne oppvarming over tverrsnittet vil faren for sprekkdannelse i den bakte elektroden være liten i forhold til oppvarming ved hjelp av vekselstrøm, idet vekselstrøm på grunn av skinneffekten ikke vil trenge inn i karbonmassen.

Ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse oppnå det således meget gunstige bakebetingelser for fremstilling av en feilfri elektrode samtidig som bakehastigheten vil kunne -holdes tilstrekkelig høy til at det til enhver tid vil kunne bakes elektrode i den samme takt som elektroder forbrukes i smelteovnen.

Foreliggende oppfinnelse vedrører videre en anordning for kontinuerlig fremstilling av en karbonelektrode i direkte tilknytning til en smelteovn hvori elektroden forbrukes, hvor ubakt karbonholdig masse inneholdt i en fortrinnsvis perforert mantel med ytre radielle, langstrakte ribber kontinuerlig bakes til en fast karbonelektrode ved hjelp av elektrisk energi, og hvor en holde- og slippeinnretning er anordnet for tilnærmet kontinuerlig nedad bevegelse av mantelen i en takt som tilsvarer elektrodeforbruket i den underliggende smelteovn, hvilken anordning er kjennetegnet ved at den omfatter en likestrømskilde hvor likestrømskildens første pol ved hjelp av strømtilførselsanordninger er glidbart tilkoblet de ytre radielle mantelribber og hvor likestrømskildens andre pol er tilkoblet en bunnelektrode i den underliggende smelteovn, og at holde- og slippe-innretningen er tilknyttet mantelens ytre radielle ribber ovenfor strømtilførselsanordningene, samt at anordninger for fjerning av elektrodemantelen er anordnet under strømtilførselsanordningene, men over selve smelteovnen.

I henhold til en foretrukket utførelsesform er det rundt området for strøm-tilførselsanordningene anordnet en gassoppsamlingsklokke for oppsamling og forbrenning av gasser som oppstår ved bakingen av elektrodemassen. Gassoppsamlingsklokken er anordnet gasstett mot elektrodemantelen i sin øvre ende og er åpen i sin nedre ende.

Den glidbare tilkoblingen av likestrømskildens første pol kan fortrinnsvis foretas ved hjelp av strømtilførselsanordninger som er beskrevet i norsk patent nr. 147168. I dette patentet er det som angitt ovenfor beskrevet tilførselsanordninger for elektrisk strøm til Søderbergelektroder bestående av kontaktorganer som omfatter to separate, langstrakte kontaktlegemer som ligger an mot hver sin side av ytre vertikale mantelribber og som er innbyrdes forbundet ved hjelp av et organ som tilfører en innstillbar klemkraft vinkelrett på ribben.

Slippe- og holdeanordningen som anvendes ved den foreliggende oppfinnelse er fortrinnsvis av den type som er beskrevet i norsk patent nr. 149485. Denne slippe- og holdeinnretning består av et flertall gripeorganer som er innrettet til å klemme om de vertikale ytre mantelribber og hvor hvert gripeorgan er utstyrt med en anordning for midlertidig oppheving av gripeorganets klemkraft om ribbene.

Anordninger for fjerning av elektrodemantel er konvensjonelle og kan hensiktsmessig være av den type som er beskrevet i norsk patent nr. 156230.

Anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse har den store fordel at de fleste komponenter kan anvendes uavhengig av elektrodediameter. Således kan både strøm-tilførselsanordningene og holde- og slippeanordningen benyttes uten modifikasjoner for forskjellige elektrodediametere.

Hele elektrodesøylen slik den fremkommer ved den foreliggende oppfinnelse er på konvensjonell måte opphengt i bygningskonstruksjonen ved hjelp av hydrauliske opphengnings og reguleringssylindre. Dette utgjør konvensjonell teknikk og er ikke gjenstand for foreliggende oppfinnelse.

Videre er det anordnet konvensjonelle tetningsanordninger mellom den bakte elektrode og smelteovnens hvelv.

Den foreliggende oppfinnelse vil nå bli nærmere beskrevet i forbindelse med tegningene hvor,

Figur 1 viser et vertikalt snitt gjennom anordningen i henhold til foreliggende oppfinnelse.

På figur 1 er det vist en smelteovn 1 utstyrt med en ildfast sideforing 2 og en bunnforing 3. Smelteovnen 1 er ustyrt med et konvensjonelt hvelv 4 utstyrt med et gassuttak 5 og med en sentral åpning 6 for gjennomføring av en elektrode 7 for tilførsel av energi til smelteovnen 1.

Elektroden 7 er på konvensjonell måte opphengt i en elektroderamme 8 som igjen er opphengt i bygningskonstruksjon 9 via opphengnings- og reguleringssylindre 10, 11.

I området hvor elektroden 7 løper gjennom åpningen 6 i ovnshvelvet 4 er det anordnet en kombinert elektrode holder og tetningsanordning 12 mellom ovnshvelvet 4 og elektroden 7. Den kombinerte elektrodeholder og tetningsanordning 12 er opphengt i elektroderammen 8 ved hjelp av en sylindrisk ring 13. Den kombinerte elektrodeholder og tetningsanordning 12 er av konvensjonell konstruksjon og kan eksempelvis bestå av trykkplater som presses mot elektrodens overflate ved hjelp av en omliggende trykk- ring. Trykkringen er fortrinnsvis utstyrt med innvendige kanaler for sirkulasjon av et kjølemedium.

Selve anordningen for kontinuerlig fremstilling av karbonelektrode vil bli beskrevet i det etterfølgende: En perforert elektrodemantel 14 med ytre radielle vertikale ribber 15 og med indre vertikale ribber 16 ifylles rå karbonholdig elektrodemasse 17 fra toppen. Mantelen 14 er opphengt i en holde- og slippeinnretning 18 av den type som er beskrevet i norsk patent nr. 149485 og omfatter et flertall gripeorganer 19 som klemmer om de ytre ribber 15 ved hjelp av en innstillbar og opphevbar kraft. Holde- og slippeinnretningen 17 omfatter videre en hydraulisk sylinder 20 for hvert gripeorgan for vertikal bevegelse av gripeorganene 19. Sylinderen 20 er igjen opplagret på elektroderammen 8.

Fra en likestrømskilde 21 er en første pol 22 via fleksibler 23 ført til et flertall strømtilførselsanordninger 24. Strømtilførselsanordningene 24 er av kjent type som beskrevet i norsk patent nr. 147168. Hver av strømtilførselsanordningene 24 omfatter to langstrakte kontaktlegemer som ligger an mot hver side av en ytre ribbe 15 og er forbundet ved hjelp av organer som utøver en innstillbar klemkraft vinkelrett på ribben 15. Klemkraften på kontaktorganene innstilles slik at det oppnås en god elektrisk kontakt samtidig som mantelen 14 ved hjelp av holde- og slippeanordningen 18 kan presses ned gjennom strømtilførselsanordningene 24 og den kombinerte elektrodeholder og tetningsanordning 12. For å hindre vertikal bevegelse av strømtilførselsanordningen 24 er disse opphengt i elektroderammen 8 via stag 25. Likestrømskildens andre pol 26 er ført til en bunnkontakt 27 i smelteovnens 1 bunnforing 3.

I området rundt strømtilførselsanordningen 24 er det anordnet en gassoppsamlings- klokke 28 for oppsamling og forbrenning av gasser som oppstår ved baking av elektrodemassen. Gassoppsamlingsklokken 28 er anordnet gasstett mot elektrodemantelen 14 i sin øvre ende og er åpen i sin nedre ende hvorved luft vil innsuges gjennom en spalte 29 mellom elektrodemantelen og gassoppsamlingsklokken. Gassoppsamlingsklokken 28 er videre utstyrt med et avgassutløp 30 for avsug av forbrenningsgassene.

Den elektriske likestrøm som tilføres via strømtilførselsanordningen 24 benyttes således både til baking av den ubrente elektrodemasse 17 og for tilførsel av elektrisk energi til den underliggende smelteovn 1. Likestrømmen vil i området for strømtilførselen tilføres til den karbonholdige elektrodemassen over en forholdsvis stor vertikal strekning og massen vil dermed bli oppvarmet og bakt jevnt over hele elektrodetverrsnittet.

Elektrodemantelen 14 fjernes fra den bakte elektrode i området under strømtilførselsanordningen 24 og over den kombinerte elektrodeholder og tetningsanordning 12. Elektrodemantelen 14 fjernes ved hjelp av konvensjonelle anordninger f.éks. slik som beskrevet i norsk patent nr. 156230.

For å kunne fjerne mantelen med de innvendige ribbene 16 er den radielle utstrekning av ribbene 16 fortrinnsvis mindre enn 10 cm og helst mindre enn 6 cm.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig baking av en jernfri karbonelektrode i direkte tilknytning til en smelteovn hvori elektroden forbrukes, hvor ubakt, karbonholdig masse fylles i en fortrinnsvis perforert elektrodemantel med ytre radielle, langstrakte ribber og hvor den karbonholdige masse bakes til en fast karbonelektrode ved hjelp av elektrisk strøm og hvor mantelen fjernes fra den bakte karbonelektroden under det sted hvor den elektriske strøm tilføres, men over det sted hvor elektroden innføres i smelteovnen, karakterisert ved at oppvarmingen og bakingen av den karbonholdige masse samt strømtilførselen til selve smelteovnen utføres ved hjelp av likestrøm hvor likestrømkildens første pol er glidbart tilkoblet mantelen via de ytre radielle ribber og hvor likestrømkildens andre pol er tilkoblet en elektrode anordnet i smelteovnens bunnparti og at det over det sted hvor likestrømkildens første pol er glidbart tilkoblet mantelen er anordnet en holde- og slippeanordning for tilnærmet kontinuerlig nedad bevegelse av elektroden.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det anvendes en mantel med indre radielle, langstrakte ribber for å sikre en god overføring av elektrisk strøm fra mantelens indre ribber til den rå karbonmasse.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert ved at det anvendes en mantel med indre ribber med en radiell utstrekning mindre enn 10 cm, fortrinnsvis mindre enn 6 cm.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-3, karakterisert ved at det anvendes en kombinert holder og tetningsanordning i området hvor elektroden føres inn i den underliggende ovn.

5. Fremgangsmåten i henhold til krav 1, karakterisert ved at gassene som oppstår ved bakingen av karbonmassen forbrennes med tilført luft i området ved strømtilførselen.

6. Anordning for kontinuerlig fremstilling av en karbonelektrode (7) i direkte tilknytning til en smelteovn (1) hvori elektroden (7) forbrukes, hvor ubakt karbonholdig masse (17) inneholdt i en fortrinnsvis perforert mantel (14) med ytre radielle, langstrakte ribber (15) kontinuerlig bakes til en fast karbonelektrode (7) ved hjelp av elektrisk energi, og hvor en holde- og slippeinnretning (18) er anordnet for tilnærmet kontinuerlig nedad bevegelse av mantelen (14) i en takt som tilsvarer elektrodeforbruket i den underliggende smelteovn (1), karakterisert ved at anordningen omfatter en likestrømskilde (21) hvor likestrømskildens (21) første pol (22) ved hjelp av et flertall strømtilførselsanordninger (24) er glidbart tilkoblet de ytre radielle mantelribber (15) og hvor likestrømskildens (21) andre pol (26) er tilkoblet en bunnelektrode (27) i den underliggende smelteovn (1), og at holde-og slippeinnretningen (18) er tilknyttet mantelens ytre radielle ribber (15) ovenfor strømtilførselsanordningene (24), samt at anordninger for fjerning av elektrodemantelen (14) er anordnet under strømtilførselsanordningene (24) men over selve smelteovnen (1).

7. Anordning i henhold til krav 6, karakterisert ved at det i området for strømtilførselsanordningene (24) er anordnet en gassoppsamlingsklokke (28) for oppsamling og forbrenning av gasser som oppstår ved bakingen av elektrodemassen.

8. Anordning i henhold til krav 6, karakterisert ved at mantelen er utstyrt med indre radielle ribber (16) med en radiell utstrekning mindre enn 10 cm, fortrinnsvis mellom 2 og 6 cm.

9. Anordning i henhold til krav 6, karakterisert ved at det i området hvor elektroden føres inn i den underliggende smelteovn (1) er anordnet en kombinert holde- og tetningsanordning (12).