PL189321B1 - Elektroda samo-spiekająca się na miejscu, do wytwarzania krzemu i stopów z krzemem w elektrycznym piecu łukowym - Google Patents

Abstract

1. Elektroda samo-spiekajaca sie na miej- scu, do wytwarzania krzemu i stopów z krze-- mem w elektrycznym piecu lukowym, zawiera- jaca podluzna, otwarta na koncach obudowe, która jest usytuowana zasadniczo pionowo we-- wnatrz pieca, i wewnatrz której i z odstepem od niej umieszczony jest rdzen srodkowy z weglo-- wego materialu przewodzacego cieplo, znamie-- nna tym, ze wewnatrz obudowy (30) jest umie- szczona co najmniej jedna konstrukcja krato- wa (37), za pomoca której rdzen srodkowy (32) jest zamocowany do wewnetrznej powierzchni obudowy (30) i jest utrzymywany centralnie w obudowie (30) nieruchomo wzgledem obu- dowy (30) w kierunku do dolu, przy czym rdzen srodkowy (32) jest otoczony pasta we- glowa (36), która jest pasta utwardzalna po ogrzaniu w postac stalej elektrody i jest spojo- na z rdzeniem srodkowym (32), a obudowa (30) jest wykonana z materialu pozbawionego meta- li stopowych wybranych z grupy obejmujacej tytan, wanad, chrom, cyrkon i nikiel. FIG. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektroda samo-spiekająca się na miejscu do wytwarzania krzemu i stopów z krzemem w elektrycznym piecu łukowym.

Zastosowanie samo spiekających się elektrod (także nazywanych „elektrodami Sóderberga” do wytwarzania żelazo-stopów jest znane od około 75 lat (opis patentowy US nr 1,440,724 z września 1919 i opis patentowy US nr 1,441,031 ze stycznia 1923, oba w imieniu Sóderberga). Elektrody samo-spiekające się głównie zawierają materiał węglowy taki jak antracyt, koks, pak i smoła, który jest dostarczany do obudowy stalowej utrzymywanej w położeniu wewnątrz elektrycznego pieca łukowego za pomocą środków ślizgaczy podporowych i urządzenia podwieszająco-ślizgowego. Zastosowanie wysokich prądów elektrycznych plus ciepła uderzenia łuku przez elektrodę podczas działania pieca, wytwarza odpowiednie ciepło do stopienia materiału umieszczonego w obudowie i tworzy pastę, następnie koksuje się tak ukształtowaną pastę i na końcu spieka się elektrodę.

Obudowy stalowe elektrod Sóderberga obecnie stosowanych mają głównie okrągły kształt i mają szereg wystających do wewnątrz żeber usytuowanych promieniowo w kierunku środka elektrody w celu zapewnienia mechanicznej wytrzymałości elektrody, penetracji ciepła w elektrodzie wskutek przewodności żeber i dzialająjako przewodnik prądu. Zebra i obudowa są zwykle z typowej stali, a ich liczba, długość i kształt zalezą od tego, co jest uważane za optimum dla spiekania danego kształtu geometrycznego.

189 321

Podczas zużywania się elektrody podczas wytwarzania krzemowego lub żelazowego stopu, zarówno pasta jak i obudowa może być wymieniana. Jest to dokonywane na samym wierzchu kolumny elektrody tak, ze występuje odpowiednie ciśnienie statyczne dla sprasowania i dla przebiegu poszczególnych etapów wzorca temperatury od mięknienia pasty do wytwarzania ciepła generowanego przez przepływ prądu.

Zużycie elektrody jest rekompensowane przez regularne przesuwanie elektrody przez ślizgacze stykowe. Obudowa żelazna i żebra przesuwające się do dołu przez ślizgacze stykowe przy każdym ślizgu spalają się i utleniają się Iub topią się wskutek czego wpadają do mieszaniny. Ze względu na zużycie/utlenienie, przechodzenie zelaza do stopiwa odbywa się w takiej ilości, że technologia Sóderberga nie może być zastosowana do wytwarzania krzemu o handlowej jakości, gdzie zależnie od stopnia jakości Si, zawartość Fe jest poniżej 1%, poniżej 0,5%, poniżej 0,35% Iub nawet poniżej 0,2%.

Dlatego, jak dotąd, krzem jest wytwarzany wyłącznie poprzez zastosowanie tak zwanych „wstępnie spieczonych” elektrod, które są elektrodami z amorficznego węgla Iub półgrafitu wytworzonymi w specyficznym zespole produkcyjnym i następnie dostarczanymi w odcinkach zwykle o długości 2 do 2,5 m. Te wstępnie spieczone elektrody, które zwykle są 4 do 6 razy droższe niz elektrody Sóderberga, są łączone ze sobą za pomocą specyficznych urządzeń, którymi mogą być trzpienie i gniazda Iub układ wtyk/gniazdo ukształtowany na końcach każdego odcinka elektrody. W czasie działania w piecu do wytopu krzemu, te połączenia pomiędzy elektrodami są ograniczającymi czynnikami dla przekazywania energii z jednej elektrody do innej znajdującej się pod ślizgaczem stykowym.

Ponieważ styki przepływu prądu, trzpieni i gniazda są narażone na łamanie się przy gwałtownych zmianach napięcia w piecu- co jest powodowane pewnego typu wyłączeniami energii łamanie się elektrody negatywnie wpływa na działanie.

Ponadto, ich wytrzymałość jest stosunkowo niska w porównaniu z elektrodami Sóderberga, które nie zawierają słabych punktów z powodu połączeń Iub trzpieni, które są bardziej trwałe i akceptowane dla wyzszych wartości prądów na przekrój poprzeczny.

Dlatego redukcja kosztów elektrody przy zastosowaniu zasady samo spiekania jest jednym z głównych wyznań każdego producenta krzemu.

Podejmowano liczne próby w celu rozwiązania elektrod Sóderberga, które umożliwiałyby zmniejszenie kosztów produkcji krzemu przy jednoczesnym spełnieniu kryteriów zmniejszenia ilości zelaza w wytwarzanym krzemie.

W latach 70-tych, Nppon Denko z Japonii opracował układ, w którym obudowy i żebra zwykle wykonane ze stali zostały zastąpione obudowami i żebrami wykonanymi z aluminium (japońskie opisy patentowe nr 951,888 i 835,596). Te próby zastosowania aluminium dla obudowy i żeber nigdy nie zostały wykorzystane w przemyśle, ze względu na brak mechanicznej stabilności i zasadniczo inną przewodność aluminium w porównaniu do stali.

Inne podejście zaprezentował M. Cavigli (włoski opis patentowy nr 606,568 z lipca 1960). W tym opisie patentowym, sugeruje się usunięcie żeber z zewnętrznej obudowy i dostosowanie względnego ruchu pasty i zewnętrznej obudowy poprzez wysuwanie Iub wyciskanie wewnętrznej zawartości obudowy jako środkowego członu zużywanego. Krzyżaki żelazne podtrzymują elektrodę przy ruchu względnym pomiędzy obudową i elektrodą poprzez naciskanie Iub zmniejszenie podwieszonego ciężaru. Ten układ zastosowano w jednym przedsiębiorstwie we Włoszech. Pozwala on zmniejszyć zanieczyszczenie żelaza, ponieważ przesuwanie obudowy stanowi tylko 1/10 przesuwania samej elektrody. Jednak, nie pozwala on osiągnąć ten sam poziom zanieczyszczeń żelazem jaki otrzymano w typowych samo spiekających się elektrodach.

Inne podejście ma Bruff (opis patentowy US nr 4,527,329 z lipca 1985). W tym opisie sugeruje się oddzielenie spiekania pasty od spiekania, które miało miejsce wskutek zastosowania ciepła oporu Ohma i przewodności w i poniżej ślizgaczy stykowych. Tak więc oddzielna instalacja spiekająca jest usytuowana powyżej ślizgacza stykowego. Ponadto, urządzenie jest dostosowane do odcinania i usuwania obudowy poniżej układu spiekającego, powyżej ślizgaczy stykowych tak, ze wstępnie ukształtowana i wstępnie spieczona elektroda wchodzi w styk ze ślizgaczami stykowymi. Ten układ działa w małych piecach około WMW w Elkem Kristiansand. Jednak jest kilka ograniczeń w zastosowaniu dla pieców o wyzszej energii elek4

189 321 trod o większej średnicy, które odpowiadają normom wytwarzania pod względem wydajności kosztów w rozwiniętym świecie.

Podobne rozwiązanie zostało ujawnione w niemieckim opisie patentowym nr 4,036,133 z maja 1991 w imieniu E. Svana.

Układ oparty na względnym ruchu samo-spiekającej się elektrody względem wewnętrznej obudowy został ujawniony przez Persson w opisie patentowym US nr 4,575,856 z marca 1986. W tym patencie, krzyżaki zelazne stosowane przez Cavigli w jego układzie są zastąpione mniejszymi elektrodami grafitowymi umieszczonym współśrodkowo w obudowie. Małe elektrody są podparte i przesuwane przez oddzielne urządzenie przesuwające/podtrzymujące, które umożliwia ich względny ruch w obudowie.

Ulepszony układ pośredni pomiędzy typową, wstępnie spieczoną elektrodą i elektrodą wysuwaną typu opisanego przez Cavigli i Persson jest opisany w kanadyjskim opisie patentowym nr 2,θ81,295.

Wada tego systemu głównie wynika z ograniczeń w wytrzymałości elektrody grafitowej i jej ograniczonej zdolności absorbowania sił ściskających, ścinających i gnących, ponieważ rdzeń elektrody jest zasadniczo pozbawiony prowadzenia na długości do 14 m i może odchylać się od położenia pionowego z różnych powodów. Ponadto, obudowa, która w tym układzie, jest zasadniczo matrycą do wyciskania, musi być przesuwania do dołu okresowo dla skompensowania strat cieplnych pomiędzy i poniżej ślizgaczy stykowych. Bez takiego okresowego przesuwania, straty osiągnęłyby wysokość ślizgaczy stykowych i ciekła pasta zaczęłaby kapać i powodować zaburzenia znane jako „zielone” przerwy w technologii Soderberga. Okresowe przesuwanie obudowy nieco zanieczyszcza Si nie tylko żelazem obudowy, ale także pierwiastkami stopowymi stosowanymi w materiale obudowy dla zapewnienia maksymalnej ochrony przed utlenianiem. Te zanieczyszczenia powodują, że wytwarzany krzem jest nieodpowiedni dla zastosowań w przemyśle chemicznym do produkowania metylochlorosilanów. Obudowy wykonane z typowej stali także mają wady, ponieważ istotne właściwości do funkcjonowania są zmniejszone wskutek ciepła, atmosfery pieca i czasu, w jakim są one na nie wystawione.

Celem obecnego wynalazku jest zapewnienie nowej i ulepszonej samo-spiekającej się elektrody.

Innym celem wynalazku jest zapewnienie nowej konstrukcji elektrody, która pozwala na produkcję krzemu w piecu typu Soderberga bez modyfikacji w istniejącym układzie przesuwającym Iub dodawania innego układu przesuwającego.

Według wynalazku, elektroda samo-spiekająca się na miejscu, do wytwarzania krzemu i stopów z krzemem w elektrycznym piecu łukowym, zawiera podłużną, otwartą na końcach obudowę, która jest usytuowana zasadniczo pionowo wewnątrz pieca, i wewnątrz której i z odstępem od niej umieszczony jest rdzeń środkowy z węglowego materiału przewodzącego ciepło.

Według wynalazku elektroda samo-spiekająca się na miejscu, charakteryzuje się tym, ze wewnątrz obudowy jest umieszczona co najmniej jedna konstrukcja kratowa, za pomocą której rdzeń środkowy jest zamocowany do wewnętrznej powierzchni obudowy i jest utrzymywany centralnie w obudowie nieruchomo względem obudowy w kierunku do dołu, przy czym rdzeń środkowy jest otoczony pastą węglową, która jest pastą utwardzalną po ogrzaniu w postać stałej elektrody i jest spojona z rdzeniem środkowym, a obudowa jest wykonana z materiału pozbawionego metali stopowych wybranych z grupy obejmującej tytan, wanad, chrom, cyrkon i nikiel.

Korzystnie, rdzeń środkowy zawiera węglowe pręty połączone ze sobą.

Obudowa jest wykonana z metalu wybranego z grupy obejmującej miedź, mosiądz i aluminium.

Co najmniej jedna konstrukcja kratowa zawiera dwa przeciwległe trzpienie, z których każdy jest usytuowany poziomo i ma pierwszy koniec wkręcony w rdzeń środkowy i drugi koniec zamocowany do wewnętrznej powierzchni obudowy, a przez rdzeń środkowy, poniżej pary trzpieni, przechodzi pręt mający przeciwległe zewnętrzne końce wystające z rdzenia środkowego, przy czym drugi koniec każdego trzpienia jest połączony z odpowiadającym zewnętrznym końcem pręta za pomocą dwóch bocznych członów ramowych.

189 321

Rdzeń środkowy jest pusty w środku i ma ukształtowany kanał przepływowy wtryskiwanych gazów chłodzących.

Dzięki elektrodzie według wynalazku, ten sam piec może wytwarzać zarówno FeSi o dowolnej jakości jak i krzem bez postoju i zmian jakości między produktami w każdym czasie, przy najniższych kosztach elektrod.

Elektroda według wynalazku eliminuje problemy związane ze stanem techniki: zanieczyszczenie krzemu, pęknięcia rdzenia wskutek sił wyciskania, odkształcenie obudowy, straty w produkcji i koszty instalacji nowych układów przesuwających. Jest także zapewniony sposób przebudowy w większy i bardziej wydajny piec typu Sóderberga do żelazokrzemu istniejących pieców do wytwarzania krzemu z technologią wstępnie spieczonej elektrody.

Rdzeń środkowy elektrody korzystnie zawiera węglowe lub węglikowe pręty lub trzpienie połączone ze sobą tak, że przepływ ciepła jest zasadniczo nieprzerwany w tych połączeniach. Mogą być także zastosowane pręty Iub trzpienie metalowe. Bez względu na zastosowany materiał do wytwarzania rdzenia środkowego, rdzeń środkowy w postaci prętów Iub trzpieni jest pusty w środku dla umożliwienia chłodzenia poprzez wtryśnięcie gazów chłodzących. Jest to szczególnie przydatne do regulacji i wpływu na łuk na końcu elektrody i spiekanie elektrody;

Według wynalazku, materiał tworzący obudowę jest wybrany tak, że jest przewodzący elektryczność w celu przewodzenia prądu elektrycznego od ślizgaczy stykowych do pasty Sóderberga, przy jednoczesnym zabezpieczeniu przed niepożądanymi zanieczyszczeniami metalicznymi przez Ti, V, Ta, Cr, Zr lub Ni. Korzystnie, obudowa jest wykonana z Cu, mosiądzu lub stopów aluminiowych lub aluminium o odpowiedniej wytrzymałości do wytrzymywania nacisku wypełnienia pasty Sóderberga bez odkształceń lub wygięć.

Taki możliwy dobór czyni wynalazek szczególnie użyteczny do wytwarzania krzemu o odpowiedniej jakości do zastosowania w bezpośredniej syntezie Rochow. W rzeczywistości należy tylko dobrać materiał tworzący rdzeń przewodzący i obudowę podpierającą tak, że powstałe dodatki metaliczne do wytopu zawierają odpowiednie ilości Al i/lub Cu i/lub cynku i/lub cyny, jakie są wymagane przy wytwarzaniu krzemu.

Elektroda według wynalazku umożliwia użytkownikowi przełączanie produkcji żelazokrzemu przy użyciu typowej elektrody Sóderberga na produkcję krzemu przy użyciu sposobu opisanego powyżej, bez postojów a, ponieważ żadne dodatkowe urządzenia do prowadzenia rdzenia grafitowego nie są wymagane, przełączanie ponownie na technologię Sóderberga.

Jak jest widoczne, ważnym ulepszeniem w elektrodzie według wynalazku jest to, że rdzeń środkowy elektrody, który jest zamocowany do obudowy jest „zwolniony” z jego funkcji przenoszenia sił ściskających do wyciskania jak elektroda opisaną w stanie techniki wskazanym powyżej. W konsekwencji, materiał rdzenia nie jest narażony na ryzyko wyboczenia przy ściskaniu i dlatego na pękanie. To ponadto eliminuje potrzebę oddzielnych urządzeń przesuwających dla realizowania funkcji rdzenia środkowego i przez to znacznych kosztów nie przestawialnych mocowań istniejących pieców dla elektrod węglowych wstępnie spieczonych, dla zastosowania koncepcji wytłaczania opisanej powyżej. Ponadto, to umożliwia o wiele bardziej bezpieczne zastosowanie elektrody z pustym w środku rdzeniem, w której, w przypadku zasady wytłaczania, obecność takiego środkowego otworu w rdzeniu środkowym dodatkowo osłabia mechanicznie rdzeń na przekroju poprzecznym, zwłaszcza na poziomie trzpieni lub styków, ze zwiększoną obawą na pęknięcia i zniszczenia w kolumnie przy dokonywaniu wytłaczania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 jest widokiem z boku, w częściowym przekroju, schematycznie ilustrującym piec elektryczny łukowy z zastosowana, elektroda według obecnego wynalazku; fig. 2 jest widokiem z boku przekroju korzystnego przykładu wykonania elektrody według wynalazku, pokazanej nad typową elektrodą Sóderberga; i fig. 3 jest przekrojem poprzecznym elektrody z fig. 2, dokonanym wzdłuz linii ll-ll na fig. 2.

Odnosząc się do fig. 1, przedstawiono piec elektryczny łukowy 2, w którym może być zastosowana elektroda 4 według obecnego wynalazku. Piec 2 ma typową konstrukcję i może być używany do wytopu, na przykład żelazokrzemu i krzemu. Jak jest dobrze znane ze stanu techniki, piec 2 zawiera trzon 6 ukształtowany z zewnętrzną stalową osłoną i odpowiednim

189 321 materiałem ognioodpornym. Od trzonu 6 odchodzi do góry kurtyna 8, która ma > górny koniec stykający się z kołpakiem 10 lub pokrywą trzonu 6 pieca. Elektroda 4 jest usytuowana pionowo w trzonie 6 pieca w otworze 12 kołpaka 10. Piec 2 zawiera środki elektryczne dla zapewnienia łuku elektrycznego w piecu 2 do wytopu wsadu 14 w trzonie 6 pieca. Środki elektryczne zawierają styk, taki jak ślizgacz stykowy 16, połączony z elektrodą 4. Ślizgacz stykowy 16 jest zamontowany na elektrodzie za pomocą typowych półpierścieni 18. Piec 2 może być także wyposażony w chłodzony wodą płaszcz 20 do chłodzenia elektrody 4 powyżej ślizgaczy stykowych 16. Elektroda 4 jest utrzymywana pionowo w piecu 2 za pomocą środków podtrzymujących. Środki podtrzymujące korzystnie zawierają cylindry regulacyjne 22 i dwie przesuwające się opaski 24 zamontowane na górnym sklepieniu 26 pieca i podpierające elektrodę 4.

Odnosząc się bardziej szczegółowo do fig. 2 i 3, samo spiekająca się elektroda 4 według obecnego wynalazku zawiera podłużną, otwartą na końcach, przewodzącą prąd elektryczny obudowę 30, która wystaje pionowo z pieca 2 podczas działania. Obudowa 3θ ma górny koniec 31 i dolny koniec 33.

Rdzeń środkowy 32 wykonany z materiału przewodzącego ciepło, korzystnie z materiału węglowego, jest umieszczony w jej wnętrzu i oddalony od obudowy 30. Obudowa 30 i rdzeń środkowy 32 tworzą pierścieniowy kanał 34, w którym jest umieszczona, stopiona i spieczona pasta węglowa 36 elektrody, korzystnie pasta Sódoberga. Innymi słowy, pasta węglowa 36 elektrody otacza rdzeń środkowy 32, przy czym pasta węglowa 36 jest przeznaczona do utwardzania się do stanu stałego po ogrzaniu i do spojenia z rdzeniem środkowym 32.

Rdzeń środkowy 32 może mieć kształt pręta lub inny kształt i jest utrzymywany na środku w obudowie 30 za pomocą konstrukcji kratowej 37, która zabezpiecza względny ruch rdzenia środkowego 32 i obudowy 30 wskutek przemieszczania pasty pomiędzy rdzeniem środkowym 32 i obudową 30.

Korzystnie, obudowa 30 jest wykonana z cienkiej zwykłej blachy stalowej lub z grubszego Duralu tak, aby sztywność ścian mogła wytrzymać nacisk wypełniającej pasty 36 typu Sódoberga. Wypełnienie obudowy 30 elektrody pastą 36 Sódoberga jest dokonywane w sposób quasi ciągły tak, aby zminimalizować wysokość opadania i całkowitą długość powyżej ślizgaczy stykowych.

W przypadku, gdy wytwarza się krzem w piecu 2, obudowa 30 jest korzystnie wykonana z materiału pozbawionego metali z grupy obejmującej tytan, wanad, chrom, cyrkon i nikiel, dla zabezpieczenia zanieczyszczeniom krzemu wytwarzanego w piecu 2 jednym z tych metali podczas zużywania się obudowy w piecu 2.

W szczególności w tym przypadku, obudowa 30 jest wykonana z metalu wybranego z grupy obejmującej miedź, mosiądz i aluminium.

Jak pokazano na fig. 2 i 3, konstrukcja kratowa 37 mocująca rdzeń środkowy 32 do wewnętrznej powierzchni obudowy 30 korzystnie zawiera dwa przeciwległe trzpienie 38, z których każdy jest usytuowany poziomo i ma pierwszy koniec 40 wkręcony w rdzeń środkowy 32 i drugi koniec 42 zamocowany do wewnętrznej powierzchni obudowy 30. Pręt 44 przechodzi przez rdzeń środkowy 32 poniżej pary trzpieni 38, przy czym przeciwległe zewnętrzne końce 46 pręta 44 wystają z rdzenia środkowego 32. Konstrukcja kratowa 37 ponadto zawiera dwa boczne człony ramowe 48, z których każdy łączy drugi koniec 42 każdego trzpienia 38 z odpowiadającym zewnętrznym końcem 46 pręta 44. Odnosząc się do fig. 3, korzystnie są zastosowane dwa dalsze trzpienie 60 dla zabezpieczenia przed obrotem lub skręceniem rdzenia środkowego 32 w obudowie 30. Każdy z tych trzpieni 60 ma pierwszy koniec 62 zamocowany do rdzenia środkowego 32 i drugi koniec 64 zamocowany do wewnętrznej ściany obudowy., przy czym dwa trzpienie 60 są styczne do rdzenia środkowego 32.

Chociaż nie jest istotne, rozciągnięte arkusze 47 mogą być przymocowane do wewnętrznej powierzchni obudowy 30 dla lepszego zabezpieczania przed przemieszczaniem się spieczonej pasty 36 do dołu. Jednak doświadczenia wykazały, że sama konstrukcja kratowa 37 zabezpiecza dobrze jakiekolwiek przemieszczanie się spieczonej pasty 36 do dołu, wskutek opierania się spieczonej pasty o konstrukcję kratową 37.

Na fig. 2 przedstawiono konwencjonalną elektrodę Sódoberga 49 poniżej elektrody 4 według wynalazku. Ta typowa elektroda Sódoberga 49 zawiera obudowę 50 i żebra 52 zamontowane na wewnętrznej ścianie obudowy 50. Samo-spiekający się rdzeń 54 elektrody jest

189 321 ukształtowany wewnątrz obudowy 50 i zarówno rdzeń 54 i obudowa 50 przemieszczają się do dołu jako całość. Ten typ elektrody jest dobrze znany w stanie techniki i nie wymaga dalszego opisu. Jak można zauważyć, ta konwencjonalna elektroda Sódoberga 48 może mieć tę samą średnicę co elektroda 4 według obecnego wynalazku, co wskazuje, że jest możliwe łatwe przestawienie produkcji żelazokrzemu z użyciem typowej elektrody Sódoberga 49 na produkcję żelazokrzemu przy użyciu elektrody według wynalazku bez postoju i odłączania całego pieca.

Szczególna konstrukcja elektrody według wynalazku umożliwia znaczne zmniejszenie objętości metalu, takiego jak stal, który jest zwykle stosowany do zapobiegania wypływaniu samo-spiekającej się elektrody do dołu. W elektrodzie według wynalazku jest możliwe uzyskanie krzemu o zawartości Fe mniejszej niż 0,5%, przy obudowie wykonanej ze stali. Badania spiekania typowej elektrody Sódoberga i złożonej elektrody, gdzie środkiem elektrody jest materiał stały mający zasadniczo różną przewodność cieplną i elektryczną, wykazały, że kiedy elektroda zawiera rdzeń środkowy o dużej przewodności, ogrzewanie i spiekanie jest większe w obszarze ślizgacza stykowego w porównaniu z typową technologią Sódoberga. W szczególności, spiekanie pasty występuje od środka stałego rdzenia środkowego o dużej przewodności cieplnej przy otaczającej paście Sódoberga w kierunku obudowy. W przeciwieństwie do tego, w typowej elektrodzie Sódoberga spiekanie pasty występuje od obudowy i żeber, to jest od zewnątrz elektrody w kierunku jej wnętrza, ponieważ nie ma różnicy przewodności pomiędzy rdzeniem i materiałem Sódoberga.

Obecny wynalazek stosuje, w układzie dobrze zrównoważonym, przewodność cieplna rdzenia środkowego 32 do spiekania otaczającej pasty 36 Sódoberga. Nie ma konieczności wzajemnego ruchu spieczonej pasty 36 względem otaczającej obudowy 30, jak to ma miejsce w elektrodzie złozonej znanej ze stanu techniki do wytwarzania krzemu.

Proces tworzenia na miejscu samo-spiekającej się elektrody 4 w elektrycznym piecu łukowym 2, według wynalazku, obejmuje następujące etapy:

a) dostarczenie podłużnej, otwartej na końcach obudowy.

b) umieszczenie podłużnego rdzenia środkowego 32 z materiału przewodzącego ciepło wewnątrz obudowy 30 i z odstępem od niej.

c) zamocowanie rdzenia środkowego 30 do wewnętrznej powierzchni obudowy 30 i utrzymywanie centralnie w obudowie 30.

d) wsunięcie podłużnej, przewodzącej elektryczność obudowy 30 do pieca 2 i ustawienie jej ogólnie pionowo w nim.

e) wprowadzenie pewnej ilości pasty węglowej 36 elektrody do obudowy 30 otaczającej rdzeń środkowy 32. Pasta 36 jest przeznaczona do utwardzenia w postać stałej elektrody po ogrzaniu i spojeniu z rdzeniem środkowym 32.

f) wytworzenie łuku elektrycznego w piecu 2 w znany sposób, który nie wymaga dalszego opisu.

Korzystnie w etapie c), rdzeń środkowy 32 mocowany do obudowy 30 za pomocą kręcenie odpowiednio w dwie przeciwległe strony rdzenia środkowego 30, pierwszego końca odpowiedniego trzpienia 38 z pary przeciwległych trzpieni 38 i potem zamocowanie drugiego końca 42 każdego z przeciwległych rdzeni 38 do wewnętrznej powierzchni obudowy 30 tak, że każdy rdzeń 38 jest umieszczony zasadniczo poziomo w obudowie 30. Pręt 44 jest umieszczony w rdzeniu środkowym 32 poniżej dwóch trzpieni 38 tak, że przeciwległe zewnętrzne końce 46 pręta 44 wystają z rdzenia środkowego 32. Drugi koniec 42 każdego trzpienia 3 jest odpowiednio połączony z zewnętrznym końcem 46 pręta za pomocą bocznego członu ramowego 48.

W przypadku, kiedy elektroda 4 jest stosowana do wytwarzania krzemu, obudowa 30 w etapie d) może korzystnie być wsunięta na wierzch wcześniejszej samo spiekającej się elektrody 49 typu Sódoberga używanej do wytwarzania żelazokrzemu, jak pokazano na fig. 2. W tym przypadku, obudowa stosowana do wytwarzania krzemu może mieć zasadniczo tę samą średnicę jak zewnętrza obudowa 50 elektrody Sódoberga 48. Jak wspomniano powyżej, można zauważyć, że jest możliwe łatwe przełączanie produkcji żelazokrzemu przy użyciu typowej elektrody Sódoberga 48 na wytwarzanie krzemu przy użyciu elektrody według wynalazku bez postoju lub odłączania pieca.

189 321

FIG. 2

189 321

FIG. 3

189 321

FIG. 1

1	..... .. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektroda samo-spiekająca się na miejscu, do wytwarzania krzemu i stopów z krzemem w elektrycznym piecu łukowym, zawierająca podłużną, otwartą na końcach obudowę, która jest usytuowana zasadniczo pionowo wewnątrz pieca, i wewnątrz której i z odstępem od niej umieszczony jest rdzeń środkowy z węglowego materiału przewodzącego ciepło, znamienna tym, ze wewnątrz obudowy (30) jest umieszczona co najmniej jedna konstrukcja kratowa (37), za pomocą której rdzeń środkowy (32) jest zamocowany do wewnętrznej powierzchni obudowy (30) i jest utrzymywany centralnie w obudowie (30) nieruchomo względem obudowy (30) w kierunku do dołu, przy czym rdzeń środkowy (32) jest otoczony pastą węglową (36), która jest pastą utwardzalną po ogrzaniu w postać stałej elektrody i jest spojona z rdzeniem środkowym (32), a obudowa (30) jest wykonana z materiału pozbawionego metali stopowych wybranych z grupy obejmującej tytan, wanad, chrom, cyrkon i nikiel.
2. 2. Elektroda według zastrz. 1, znamienna tym, ze rdzeń środkowy (32) zawiera węglowe pręty połączone ze sobą.
3. 3. Elektroda według zastrz. 1, znamienna tym, że obudowa (30) jest wykonana z metalu wybranego z grupy obejmującej miedź, mosiądz i aluminium.
4. 4. Elektroda według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej jedna konstrukcja kratowa (37) zawiera dwa przeciwległe trzpienie (38), z których każdy jest usytuowany poziomo i ma pierwszy koniec (40) wkręcony w rdzeń środkowy (32) i drugi koniec (42) zamocowany do wewnętrznej powierzchni obudowy (30), a przez rdzeń środkowy (32), poniżej pary trzpieni (38), przechodzi pręt (44) mający przeciwległe zewnętrzne końce (46) wystające z rdzenia środkowego (32), przy czym drugi koniec (42) każdego trzpienia (38) jest połączony z odpowiadającym zewnętrznym końcem (46) pręta (44) za pomocą dwóch bocznych członów ramowych (48).
5. 5. Elektroda według zastrz. 1 albo 2, albo 4, znamienna tym, ze rdzeń środkowy (32) jest pusty w środku i ma ukształtowany kanał przepływowy wtryskiwanych gazów chłodzących.