NO328993B1 - Beholder av aluminium og rustfritt stal, for dannelse av selv-herdende elektroder for bruk i elektriske reduksjonsovner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en beholder av aluminium og rustfritt stål for fremstilling av selvherdende elektroder for bruk i lave elektriske reduksjonsovner.

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse angår en selvherdende elektrode for bruk i lave elektriske reduksjonsovner og spesielt angår den en beholder for å danne selvherdende elektroder som skal benyttes i lave elektriske reduksjonsovner. Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for å danne selvherdende elektroder ved anvendelse av en slik beholder, samt elektroden som derved fremstilles. Endelig angår oppfinnelsen anvendelse av den selvherdende elektrode dannet i beholderen, for fremstilling av silisiumlegeringer.

Bakgrunn

Konvensjonelle selvherdende elektroder dannes i en segmentert sylindrisk beholder (segmenter av foringsrør) anordnet vertikalt, og som strekker seg inne i ovnsskorsteinen til den øverste høyde av bygningen denne står i. Den øvre ende av den sylindriske beholder er åpen for å tillate tilsetning av ikke-herdet elektrodepasta, som når den utsettes for varme som følge av varme tilsatt området gjennom tilførsel av elektrisk driftsstrøm til elektrodene, mykner, smelter, avgir flyktige bestanddeler og blir deretter herdet til en fast karbonelektrode. Etter hvert som elektroden forbrukes i ovnen blir den senket, og nye seksjoner av foringsrør installeres på toppen av kolonnen i hvilke ikke-herdet elektrodepasta så blir tilsatt.

En konvensjonell elektrode av denne type er utstyrt med metalliske ribber festet til den indre flate av det vertikale foringsrør, idet ribbene strekker seg radielt relativt til elektrodens akse. Når en ny seksjon av foringsrøret er installert på toppen av elektrodekolonnen, blir røret og ribbene sveiset til røret og ribbene av de allerede installerte segmenter for å opprettholde kontinuitet av ribbene i vertikal retning. Ribbene tjener til å støtte og til å lede elektrisk strøm og varme inn i elektroden under herdeprosessen. For å kompensere for forbruket av elektrode, blir den samme senket inn i ovnen ved hjelp av en glidemekanisme.

Når konvensjonelle elektroder av denne type blir benyttet, smelter foringsrøret og de innvendige ribber når elektroden forbrukes i ovnen. Metallinnholdet i foringsrøret og ribbene overføres til produktet i ovnen. Siden foringsrøret og ribbene vanligvis er laget av karbonstål, kan slike selvherdende elektroder ikke benyttes i elektriske reduksjonsovner for fremstilling av høykvalitets silisiumlegeringer, siden jerninnholdet i det fremstilte materialet vil bli uakseptabelt.

Allerede i 1920-årene ble det foreslått å lede varme inn i de selvherdende elektrodene ved hjelp av innlegg av ferdig herdede karbonlegemer i den ikke-herdede elektrodepasta. I norsk patent nr. 45 408 er det beskrevet en fremgangsmåte for å fremstille selvherdende elektroder i hvilke preherdede karbonlegemer er innplassert i periferien av elektrodene og holdt på plass av ikke-herdet elektrodepasta. Karboninnleggene er ikke festet til foringsrøret, bare holdt på plass av den ikke-herdede elektrodepasta, og når denne herdes av den herdede elektrodepasta. For å holde karboninnleggene på plass før, under og etter herdingen av elektrodepastaen er det nødvendig at hvert foringsrør er helt fylt med varm flytende elektrodepasta når en ny seksjon av foringsrør installeres på toppen av elektrodekolonnen, siden det bare er elektrodepasta som holder innleggene av karbon på plass mot innsiden av foringsrøret, hvilket kan gjøre det vanskelig å kalsinere den sentrale del av elektroden. Disse karboninnleggene vil ikke fungere på samme måte som ribbene i konvensjonelle selvherdende elektroder. Fremgangsmåten i henhold til norsk patent nr. 45 408 har på grunn av dette ikke kommet til noen praktisk nytte.

Det har imidlertid gjennom årene blitt foreslått et antall modifikasjoner til de konvensjonelle selvherdende elektroder, som ikke har indre ribber laget av stål for å unngå forurensning av silisium fremstilt i ovnen forårsaket av jerninnhold i foringsrør og ribber.

I norsk patent nr. 149 451 er det således beskrevet en selvherdende elektrode i hvilken

elektrodepastaen inneholdt i et foringsrør uten ribber blir herdet over det sted hvor den elektriske strømmen tilføres, og i hvilken foringsrøret fjernes etter herding og før det er blitt senket ned til det sted hvor den elektriske strømmen tilføres. En elektrode fremstilt på denne måten har hverken foringsrør eller ribber.

Denne type elektroder er blitt brukt i lave ovner for fremstilling av silisium, men har likevel den ulempe sammenlignet med konvensjonelle preherdede elektroder at de krever kostbart utstyr for å herde elektrodene og for å fjerne foringsrøret fra elektroden. Fra US patent nr. 4 692 929 er det kjent en selvherdende elektrode beregnet til å benyttes i elektriske ovner for fremstilling av silisium. Elektroden omfatter et permanent metallrør uten ribber og en støtteramme for elektroden som inneholder karbonfibre, hvor den herdede elektrode holdes av støtterammen. Elektroden har den ulempe at spesielt festeutstyr må anordnes over toppen av elektroden for å holde denne ved hjelp av støttestrukturen omfattende karbonfibre. Videre kan det være vanskelig å få elektroden til å skli nedover gjennom det permanente foringsrør etter hvert som elektroden forbrukes.

I US patent nr. 4 575 856 er det beskrevet en selvherdende elektrode med et permanent foringsrør uten ribber, hvor elektrodepastaen herdes over en sentral grafittkjerne og idet elektroden holdes av grafittkjernen. Elektroden har de samme ulemper som elektroden i henhold til US patent nr. 4 692 929, og i tillegg har grafittkjernen en tendens til å ryke når den utsettes for radielle krefter.

Fremgangsmåtene nevnte ovenfor for fremstilling av selvherdende elektroder uten ribber lider av den ulempe at de ikke kan benyttes for elektroder med diameter større enn 1,2 m uten at risikoen for brekkasje øker vesentlig. Imidlertid benyttes det konvensjonelle selvherdende elektroder med diameter opp til 2,0 m.

Fra US patent nr. 5 778 021 er det kjent en beholder for fremstilling av selvherdende elektroder for anvendelse i lave elektriske reduksjonsovner, hvilken beholder omfatter et sylindrisk foringsrør i rustfritt stål som inneholder et antall ribber i rustfritt stål, som er festet vinkelrett langs den indre flate av foringsrøret på langs av det sylindriske foringsrøret.

GB patent nr. 137 811 beskriver en metallisk beholder for elektroder for elektriske ovner. Beholderen har et foringsrør forsynt med innvendige ribber. Det finnes hull i foringsrøret, men ikke i ribbene.

US patent nr. 3 513 245 beskriver et apparat for å sette sammen skallseksjoner av elektroder for elektriske bueovner laget i seksjoner, idet hver seksjon har et sylindrisk foringsrør i stål med innvendige radielle ribber.

Fra norsk patent nr. 124 620 er det kjent en beholder for fremstilling av selvherdende elektroder hvor beholderen har form av en metallisk sylinder, for eksempel av stål, med innvendige, vertikale ribber festet på den indre flate av beholderen.

Formål

Til tross for at fremgangsmåtene og apparatene nevnt ovenfor for fremstilling av selvherdende elektroder, har til formål å unngå jernforurensning i produkter som fremstilles i lave ovner, er det fortsatt et behov for en enkel og pålitelig selvherdende karbonelektrode som er i stand til å overkomme ulempene ved de kjente elektroder. Det er derfor et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en beholder for en selvherdende karbonelektrode som ved anvendelse vil tillate fremstilling av høykvalitets silisiumlegeringer.

Foreliggende oppfinnelse

De ovenfor nevnte formål er oppnådd gjennom foreliggende oppfinnelse som omhandler en beholder for fremstilling av selvherdende elektroder for bruk i elektriske reduksjonsovner definert ved patentkrav 1. I henhold til et ytterligere aspekt omhandler foreliggende oppfinnelse en beholder for fremstilling av selvherdende elektroder for bruk i elektriske reduksjonsovner definert ved patentkrav 5. Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Den foreliggende oppfinnelse omhandler således en beholder for fremstilling av selvherdende karbonelektrode fremstilt i direkte tilknytning til ovnen i hvilken den forbrukes, omfattende et ytre foringsrør av et elektrisk ledende materiale (aluminium) med indre ribber festet radielt og vertikalt. Elektrodepasta blir initielt tilsatt i rå og ikke-herdet form. Ved hjelp av strøm som sendes gjennom den samme, blir den herdet og danner en fast elektrode.

Ribbene er laget av rustfrie stålplater med lavt jerninnhold og med dimensjoner tilstrekkelig til å motstå vekten av elektrodekolonnen.

Siden materialet som benyttes til å danne foringsrøret er aluminium, må ribbene være naglet til et aluminium vinkeljern, som er sveiset til innsiden av aluminiumrøret.

Monteringen av foringsrøret følger samme prinsipp som er benyttet for konvensjonelle foringsrør i karbonstål.

Ribbene strekker seg hovedsakelig gjennom begge ender av foringsrøret for å tillate at de sveises sammen og gir kontinuitet. Ved en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen strekker ribbene seg i størrelsesorden 20 mm forbi endene av foringsrøret. Foreliggende oppfinnelse gir en reduksjon i bidraget av "jern" til produktet gjennom foringsrøret sammenlignet med tradisjonelle typer (fremstilt av karbonstål). Denne reduksjonen kan være av størrelsesorden 91 %, hvilket tillater fremstilling av silisiumlegeringer med jerninnhold ned til 0,25 vekt-%. Slik det benyttes her, menes det med uttrykket "jerninnhold ned til 0,25 vekt-%" at spesifikasjonen for materialet ville angi 0,25 vekt-% som det maksimale jerninnhold i materialet.

Det er derfor et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en beholder for fremstilling av selvherdende elektroder som skal benyttes i lave elektriske ovner, omfattende et sylindrisk foringsrør som inneholder på sin innside et antall ribber festet vinkelrett langs den indre flate av foringsrøret i sylinderens lengderetning, kjennetegnet ved at det sylindriske foringsrøret er laget av aluminiumplater og at ribbene er laget av plater av rustfritt stål. Om så ønskes kan beholderen deles i to deler.

I en foretrukket utførelsesform er ribbene festet med aluminiumnagler til en aluminium vinkelprofil som er sveiset til innsiden av aluminium foringsrøret.

I en ytterligere utførelsesform har ribbene en brettet del ved sin indre ende.

Ved en annen utførelsesform er ribbene festet ensartet til den indre vegg av foringsrøret.

Ved nok en ytterligere utførelsesform kan beholderen inneholde ribber forsynt med alternerende sirkulære hull forskjøvet fra den horisontale akse som passerer gjennom sentrum av de samme. Ved nok en utførelsesform er hullene i ribben tilbaketrukket for å gi ytterligere støtte.

Det er et annet formål ved oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for å fremstille selvherdende elektroder, som omfatter å tilsette ikke-herdet elektrodepasta til en beholder som omfatter et sylindrisk aluminium foringsrør og et antall av ribber i rustfritt stål festet vinkelrett på langs av innerveggen av det sylindriske foringsrør, og varme opp pastaen ved en fremgangsmåte valgt blant å tilføre varme fra en ovn, varme dannet ved bruk av elektrisk energi og en kombinasjon av dette.

Det er nok et formål ved oppfinnelsen å tilveiebringe en elektrode dannet ved denne fremgangsmåten.

Det er nok et formål ved oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for å fremstille silisiumlegeringer med lavt jerninnhold ved bruk av en selvherdende elektrode, hvilken fremgangsmåte er forbedret ved at den selvherdende elektrode dannes i en elektrodebeholder omfattende et sylindrisk aluminium foringsrør og et antall ribber i rustfritt stål festet vinkelrett på langs av den indre flate av det sylindriske foringsrøret.

Beskrivelse av tegningene

De følgende tegninger og tilhørende beskrivelse gir en representativ utførelsesform av oppfinnelsen, men begrensningene inkludert skal ikke anses å begrense oppfinnelsen eller snevre inn kravenes omfang. Figur 1 er et tverrsnitt gjennom en beholder for fremstilling av selvherdende elektroder for benyttelse i lave elektriske reduksjonsovner i henhold til foreliggende oppfinnelse, med elektroden plassert inne i samme,

Figur 2 er et horisontalt snitt i planet I-l av beholderen vist på figur 1,

Figur 3 er et forstørret riss av området "A" markert på figur 2 som viser festingen av ribbene til aluminium foringsrøret,

Figur 4 viser foldingen og de tilbaketrukne deler av hullene i ribben,

Figur 5 viser de alternerende og forskjøvne hull i ribben.

Som det fremgår av figur 1 formes den selvherdende elektrode av en sylindrisk beholder 1 som er inndelt i foringsrørseksjoner 1'. Beholderen 1 kan strekke seg inne i ovnsskorsteinen opp til den største høyde av bygningen som rommer denne.

Den øvre ende av den sylindriske beholder 1 er åpen for å muliggjøre tilsetning av ikke-herdet elektrodepasta 2. Fremstillingen av elektroden finner sted ved omdannelse av den rå, ikke-herdede elektrodepasta 2 til flytende pasta 3, pasta under kalsinering 4 og kalsinert pasta 5 som følge av varme tilført ved het luft som blåses inn (med vifte 8 fra forvarmer 7), samt ved varme generert ved innføring av elektrisk energi gjennom kontaktplatene 6 som presses mot elektroden med pressring 9. Foringsrørsegmentene over kontaktplatene er omgitt av en beskyttende kappe 10 i en tilstrekkelig lengde, begynnende for eksempel 2,5 cm over kontaktplatene.

På figur 2 er det vist en beholder 1 sett i tverrsnitt i planet I-l fra figur 1. Det skal bemerkes at beholderen 1 omfatter et sylindrisk foringsrør 11 laget av aluminiumplater og som inkluderer på deres innside et antall ribber 12 festet vinkelrett til den indre vegg av foringsrøret 11. Fortrinnsvis er ribbene 12 festet kontinuerlig på den indre vegg av foringsrøret 11. Ribbene 12 er laget av rustfritt stål. Figur 3 viser et forstørret utsnitt av området merket "A" på figur 2, og viser festingen av ribbene 12 av rustfritt stål til aluminium foringsrøret 11. Ettersom det er ulike metaller på ribbene i forhold til foringsrøret, er ribbene 12 festet ved hjelp av nagler 14 til en aluminium vinkelprofil 13 som er sveiset til den indre flate av foringsrøret 11 av beholderen 1. De tilbaketrukne deler av hullene i ribben 12' er på alternerende sider av ribben 12. Figur 4 viser konstruksjonen av de rustfrie stålribber 12 fra siden, og viser de tilbaketrukne deler 12', bretten 15 og festepunktet 16 for vinkelprofilen 13 til foringsrøret 11. Figur 5 viser ribbene 12 forfra i stilling for å festes til foringsrøret, hvor hullene er vist alternerende forskjøvet.

Claims (8)

1. Beholder (1) av aluminium og rustfritt stål for fremstilling av selvherdende elektroder for bruk i lave elektriske reduksjonsovner, omfattende et sylindrisk aluminium foringsrør (11) med et antall ribber (12) i rustfritt stål med sirkulære hull, hvilke ribber er festet vinkelrett på langs av den indre flate av det sylindriske foringsrøret, karakterisert ved at de sirkulære hull er anordnet alternerende og forskjøvet fra den horisontale akse gjennom sentrum av samme, idet ribbene (12) er festet med nagler (14) til en aluminium vinkelprofil (13) som er sveiset til innsiden av foringsrøret (11).

2. Beholder som angitt i krav 1, karakterisert ved at ribbene (12) har en brett (15) ved den ende som ligger lengst vekk fra det sylindriske foringsrør (11).

3. Beholder som angitt i krav 1, karakterisert ved at ribbene (12) har sirkulære hull som er tilbaketrukket.

4. Beholder som angitt i krav 1, karakterisert ved at den inneholder elektrodepasta (2).

5. Beholder av aluminium og rustfritt stål for fremstilling av selvherdende elektroder for bruk i lave elektriske reduksjonsovner, omfattende et sylindrisk aluminium foringsrør (11) med et antall ribber (12) i rustfritt stål med sirkulære hull, hvilke ribber (12) er festet vinkelrett på langs av den indre flate av det sylindriske foringsrøret (11), karakterisert ved at de sirkulære hull er tilbaketrukne (12'), samt at ribbene (12) er festet med nagler (14) til en aluminium vinkelprofil (13) som er sveiset til innsiden av foringsrøret (11).

6. Beholder som angitt i krav 5, karakterisert ved at ribbene (12) har en brett (15) ved den ende som ligger lengst vekk fra det sylindriske foringsrør (11).

7. Beholder som angitt i krav 5, karakterisert ved at ribbene (12) har sirkulære hull anordnet alternerende og forskjøvet fra den horisontale akse som passerer gjennom sentrum av de samme.

8. Beholder som angitt i krav 5, karakterisert ved at den inneholder elektrodepasta (2).