SI9520008A - Self-baking carbon electrode - Google Patents

Description

Naslov: SAMOSTOJNO NASTAJAJOČA'OGLENA ELEKTRODA

Teh ni C n o pod r o C j e

Predloženi izum se nanaša na samostojno nastajajočo elektrodo za uporabo v električnih talilnih peCeh.

Osnovno znanje

Običajna samostojno nastajajoča elektroda obsega vertikalno nameščen plašC elektrode, ki sega skozi odprtino v stropu sli varovalnem okrovu peci. Zgornji konec plašCa elektrode je odprt, da bi se dopustilo dodajanje nepeCene paste za elektrodo, ki vsebuje ogljik, ki se po segrevanju zmehča in tali in se potem speCe v trdno ogleno elektrodo zaradi toplote, ki se razvija v pasti v področju dovajanja električnega pogonskega toka v elektrodo. Ko se elektroda v peči porablja, se elektroda spušCa, novi odseki plašCa pa se namestijo na vrh elektrodnega stolpca in se dodaja nadaljnja nepeCena pasta za elektrodo.

Običajna elektroda tega tipa je opremljena z notranjimi, vertikalnimi kovinskimi rebri, pritrjenimi na notranjo površino plašCa elektrode, pri Čemer segajo rebra radialno proti središču elektrode. Ko se na vrh elektrodnega stolpca namešča nov odsek plašča elektrode, se rebra zvarijo na rebra v plašču spodaj, da bi se dobila kontinuirana rebra v vertikalni smeri. Rebra služijo kot ojačitev peCene elektrode in za prevajanje električnega toka in toplote radialno v pasto za elektrodo med procesom peCerija. Za kompenzacijo porabe elektrode, se elektroda spušCa navzdol v peC s

-2pomoCjo sredstev za držanje elektrode in spuščanje.

Kadar se uporabljajo običajne elektrode tega tipa, se plašč elektrode in notranji robovi talijo, ko se elektroda v peči porablja. Vsebnost kovine plašča in reber se tako prenaša na produkt, ki se izdeluje v talilni peči. Ker so elektrodni plašč in notranja rebra običajno narejena iz jekla, se take običajne samostojno nastajajoče elektrode ne morejo uporabiti za električne talilne peči za proizvodnjo silicija ali za proizvodnjo fero-silicija, ki ima visoko vsebnost silicija, ker bi vsebnost železa v izdelanem produktu postala nesprejemljivo visoka.

Že v letu 1920 je bilo predloženo, da bi se toplota v samostojno nastajajoče elektrode prevajala skozi vstavke predpečenih oglenih teles v nepečeni pasti za elektrodo. Tako je v norveškem patentu št. 45408 opisana metoda za izdelavo samostojno nastajajoče elektrode, kjer so predpečena oglena telesa nameščena na obodu elektrod in jih v položaju ohranja nepečena pasta, ki vsebuje ogljik. Ogleni vstavki niso pritrjeni na plašč elektrode, ampak jih v položaju zadržuje samo nepečena pasta za elektrode in ko je elektroda pečena, pečena pasta za elektrode. Da bi se ogleni vstavki ohranjali v položaju pred, med in po pečenju paste za elektrode, je potrebno, da je vsak plašč popolnoma napolnjen z vročo tekočo pasto za elektrode, ko se namesti nova dolžina plašča na vrh elektrodnega stolpca, ker je samo pasta za elektrodo tista, ki ohranja oglene vstavke v položaju proti notranji steni plašča. Taka metoda za dodajanje paste za elektrode je nezaželena, ker bodo zdravju nevarni plini, ki se izločajo iz katranskega/smolnatega veziva v pasti za elektrode, izparevali iz vrha elektrodnega stolpca in bodo potem nesprejemljiva nevarnost za zdravje operaterjev. Ogleni vstavki, ki so prikazani v norveškem patentu, imajo razmerje med radialno dolžino in debelino manj kot 1:2. Ogleni vstavki bodo zato prevajali toploto samo na kratki dolžini navznoter v pasto za elektrodo in s tem povzročili, da se bo težko doseglo popolno peCenje v središčnem delu elektrode. Ker ogleni vstavki v skladu z norveškim patentom št. 45408 niso pritrjeni na plašč ali drug na drugega v vertikalni smeri in imajo poleg tega razmerje med radialno dolžinoin debelino manj kot 1:2, ti ogleni vstavki ne bodo delovali na enak naCin kot notranja rebra, ki se uporabljajo v običajnih samostojno nastajajočih elektrodah. Iz teh razlogov ni našla metoda v skladu z norveškim patentom št. 45408 nobene praktične uporabe.

Vendar je bilo tekom let predloženo veliko število modifikacij običajnih samostojno nastajajočih oglenih elektrod, ki imajo notranja jeklena rebra, da bi se izognili kontaminaciji silicija, ki se izdeluje v peci, z železom iz železa v plašCu in v rebrih.

Tako je v norveškem patentu št. 149451 opisana samostojno nastajajoča elektroda, kjer se pasta za elektrode, ki jo vsebuje plašC, ki nima notranjih reber, speCe nad mestom, kjer se elektrodi dovaja električni pogonski tok za talilno peC in kjer se plašC elektrod po peCenju elektrode odstrani, vendar preden se je elektroda spustila navzdol do mesta, kjer se elektrodi dovaja električni pogonski tok. Na ta naCin se izdela elektroda, ki nima niti plašCa niti notranjih reber.

Taka vrsta elektrode se je uporabljala v talilnih peCeh za izdelavo silicija, vendar ima pomankljivost v primerjavi z običajnimi predpeCenimi elektrodami, da je treba instalirati drage naprave za pečenje elektrode in za odstranjevanje plašCa z elektrode.

V US patentu št. 4,692,929 je opisana samostojno nastajajoča elektroda za uporabo v električnih peCeh za proizvodnjo silicija. Elektroda obsega permanenten kovinski plašC, ki

4nima notranjih reber in podporno konstrukcijo za elektrodo, ki vsebuje oglena vlakna, kjer se pasta za elektrode speče okoli podporne konstrukcije in kjer drži pečeno elektrodo podporna konstrukcija. Ta elektroda ima pomanjkljivost, da morajo biti razmeščene nad vrhom elektrode specialne držalne naprave za držanje elektrode s pomočjo podporne konstrukcije, ki vsebuje ogl ena vlakna. Težavno je lahko nadalje spuščati elektrodo navzdol skozi permanenten plašč, ko se elektroda porablja.

V US patentu št. 4,575,856 je opisana samostojno nastajajoča elektroda, ki ima permanenten plašč brez notranjih reber, kjer se pasta za elektrode speče okoli centralnega jedra iz grafita in kjer elektrodo drži grafitno jedro. Ta elektroda ima iste pomanjkljivosti kot elektroda v smislu US patenta št. 4,692,929 in poleg tega je grafitno jedro dovzetno za prelom, ko se elektroda izpostavi radialnim silam.

Vse zgoraj omenjene metode za izdelavo samostojno nastajajoče elektrode, ki nima notranjih kovinskih reber, dopuščajo slabo stran, da jih ni mogoče uporabiti za elektrode, ki imajo premer nad 1.2 m brez bistvenega porasta verjetnosti za prelom. V nasprotju s tem se uporabljajo običajne samostojno nastajajoče elektrode s premerom do 2.0 m.

Opis izuma

KLjub zgoraj navedenim metodam in napravam za izdelavo samostojno nastajajočih elektrod, da bi se izognili kontaminaciji z železom pri produktu, ki se izdeluje v talilni peči, obstaja še potreba za enostavno in zanesljivo samostojno nastajajočo ogleno elektrodo, kjer bi bile pomanjkljivosti znanih elektrod lahko obvladane. Predmet predloženega izuma je torej, da se pripravi samostojno nastajajoča oglena elektroda, ki nima notranjih jeklenih reber, kjer pa so pomanjkljivosti elektrode, ki je opisana v norveškem patentu št. 45488, obvladane.

Predloženi izum se torej nanaša na samostojno nastajajočo ogleno elektrodo, izdelano v direktnem stiku s pečjo, kjer se le-ta porablja, pri čemer elektroda obsega zunanji plašč, izdelan iz električno prevodnega materiala in vsebujoč notranja radialna, vertikalna rebra in kjer se nepečena pasta, ki vsebuje ogljik, dobavlja v plašč, pri čemer se pasta speče v trdno elektrodo s pomočjo elektrodi dovajanega električnega toka, pri čemer je omenjena elektroda označena s tem, da notranja radialna, vertikalna rebra sestojijo iz trdnih oglenih plošč, ki so pritrjene na notranji strani plašča, pri čemer imajo omenjene oglene plošče razmerje med radialno dolžino in debelino nad 5:1.

Oglene plošče so lahko narejene iz grafita ali predpečenega oglenega materiala in so lahko ojačane z oglenimi vlakni ali z vlakni iz drugih materialov, ki ne bodo kontaminirali produkta, ki se izdeluje v talilni peči. Razmerja med radialno dolžino in debelino oglenih plošč so izbrana na osnovi tipa uporabljenega oglenega materiala in trdnosti oglenega materiala.

če so oglene plošče narejene iz predpečenega oglenega materiala, imajo oglena rebra razmerje med radialno dolžino in debelino prednostno nad 8:1. če so oglene plošče narejene iz grafita, imajo oglena rebra razmerje med radialno dolžino in debelino prednostno nad 15:1.

V skladu s prednostno izvedbo predloženega izuma se oglena rebra pritrdijo na plašč s pomočjo vijakov in/ali z lepljenjem.

Plašč, ki ima oglena rebra, je izdelan v bistvu na enak način kot plašč za samostojno nastajajoče elektrode, ki imajo jeklena rebra. Vsaka dolžina plašča se torej lahko

-6izdela iz odsekov, kjer je celotno Število odsekov enako številu oglenih reber. Vsaka odsek plašča je vsaj na eni od svojih vertikalnih strani opremljen z navznoter segajočo prirobriico. Pri sestavljanju dolžine plašča, se oglena rebra pritrdijo med vertikalne prirobnice na sosednjih odsekih s pomočjo vijakov in matic iri/al i z lepljenjem. Alternativno se lahko vsaka dolžina plašča izdela iz varjenih cilindrično oblikovanih plošč, ki imajo na njegovi notranji strani privarjene vertikalne prirobnice za pritrditev oglenih reber.

Oglena rebra imajo vertikalen podaljšek, ki je vsaj enak dolžini vsake dolžine plašča. Prednostno imajo rebra dolžino, ki presega dolžino plašča do 50 cm. če na vrh elektrode montiramo novo dolžino plašča, bodo oglena rebra v novi dolžini plašča na ta način prekrivala oglena rebra v dolžini plašča spodaj, če se pasta za elektrodo speče v področju med dvema dolžinama plašča, se s tem dobi vertikalen stik med oglenimi rebri na enak način kot za jeklena rebra pri običajnih samostojno nastajajočih elektrodah.

V elektrodi v smislu predloženega izuma bodo rebra, ki so narejena iz oglenih plošč, imela dobro električno prevodnost in električni tok, ki se dovaja elektrodi, se bo prevajal navznoter v nepečeno pasto za elektrode. To je zelo pomembno za zagotavljanje hitrega pečenja elektrode, na primer po prelomu elektrode.

Za velike premere elektrod so rebra potrebna za stabilizacijo toka in toplotnih pogojev na obodu elektrode. Poleg povečanja toka in transporta toplote morajo rebra nositi težo elektrode. Kovinska rebra v običajnih samostojno nastajajočih elektrodah se talijo in izginejo pri temperaturi nad okoli 1000 ^eC, medtem ko bodo oglena rebra v elektrodi v smislu predloženega izuma delovala kot ojačitev po celi poti navzdol do elektrodne konice. Elektroda v smislu

-7predloženega izuma se potemtakem lahko uporabi za večje premere elektrod kot elektrode, ki se danes uporabljajo v pečeh za proizvodnjo silicija.

Z uporabo reber iz trdnih oglenih plošč, ki imajo razmerje med radialno dolžino in debelino nad 5:1, se izognemo kontaminaciji produkta, ki se izdeluje v peči, z železom iz reber, hkrati ko elektroda obdrži vsaj isto mehansko trdnost kot elektroda z jeklenimi rebri. To omogoča izdelavo elektrod v smislu predloženega izuma, ki imajo večji premer kot običajne elektrode z jeklenimi rebri. Za elektrodo v smislu predloženega izuma se lahko uporabijo običajne naprave za držanje in spuščanje. Elektroda v smislu predloženega izuma se potemtakem lahko uporablja v talilnih pečeh, ki sedaj uporabljajo samostojno nastajajoče elektrode z jeklenimi rebri, brez dragih modifikacij naprav za držanje in spuščanje elektrod.

Plašč za elektrodo v smislu predloženga izuma se lahko opremi z več zunanjimi, vertikalnimi, kovinskimi ali oglenimi rebri, pri čemer se elektroda lahko drži in spušča z uporabo naprav za držanje in spuščanje elektrod, opisanih v norveških patentih št. 147168 in 149485. Na ta način se izognemo radialnim silam na elektrodo nad območjem, kjer poteka pečenje elektrode. Nadalje se ob uporabi takih naprav za držanje in spuščanje elektrod lahko plašč naredi iz zelo tankih kovinskih plošč, s čimer se nadalje zmanjšuje kontaminacija z železom pri produktih, ki se izdelujejo v talilni peči. V plašču se lahko uporabljajo tudi druge kovine, kot na primer aluminij in aluminijeve zlitine. Poleg tega se lahko izdelajo elektrode, ki imajo ne-okrogel prerez, na primer elektrode, ki imajo pravokoten ali v bistvu pravokoten prerez.

-8Opis risb

Risba 1 je navpičen prerez skozi elektrodo v smislu predloženega izuma.

Risba 2 je vodoraven prerez,narejen vzdolž linije I-I na risbi 1.

Risba 3 je povečan načrt področja, označenega na risbi 2 z A in prikazuje prvo izvedbo za pritrditev oglenih reber na plašč.

Risba 4 prikazuje drugo izvedbo za pritrditev oglenih reber na plašč.

Risba 5 prikazuje vodoraven prerez skozi elektrodo, ki ima pravokoten prerez in ki je opremljena z drugačnimi radialnimi rebri in kje.

Risba 6 prikazuje povečan načrt področja, označenega na risbi 5 z B.

Podroben opis prednostne izvedbe

Na risbi 1 je prikazana samostojno nastajajoča elektroda, ki se porablja v talilni peči (ni prikazano), ki je nameščena pod elektrodo. Elektroda obsega zunanji plašč 1, izdelan iz materiala, ki prevaja tok. Plašč 1 je s pomočjo okvirja 2 za obešanje in cilindrov 3 za hidravlično regulacijo elektrod obešen na konstrukciji zgradbe 4. Običajne naprave za držanje in spuščanje 5 so nameščene za držanje in spuščanje elektrode navzdol, ko se le-ta porablja v peči. V spodnjem delu elektrode so nameščene kontaktne prižeme 6, ki se pritisnejo proti površini elektrode s pomočjo običajnega tlačnega prstana 7. Kontaktne prižeme 6 so zvezane z električnimi vodi (ni prikazano), da bi dovajale pogonski tok do

--9elektrode. Zaradi toplote, ki se generira v pasti za elektrode, ki vsebuje ogljik, se bo pasta v področju dovoda toka segrevala in se spekla v trdno elektrodo 8. Pasta za elektrodo se dovaja na vrh plaSCa 1 elektrode v obliki trdnih valjev 9, zaradi toplote pa se pasta omehča in napolni ves prerez plašCa elektrode in tvori tekoC sloj 10 paste za elektrodo.

PlašC 1, prikazan ria risbi 2, je opremljen z več notranjimi rebri 11, narejenimi iz grafitnih ploSC, ki imajo razmerje med radialno dolžino in debelino 20:1. Z uporabo reber 11, narejenih iz oglenih materialov, se izognemo kontaminaciji produkta, ki se izdeluje v talilni peci, z železom Iz jeklenih reber. Izognemo se tudi slabim stranem, na katere naletimo pri znani samostojno nastajajoči elektrodi brez radialnih notranjih reber in kjer se uporabljajo ogleni vstavki, kot je opisano v norveškem patentu št. 45408. Oglena rebra imajo tako trdnost, da so sposobna nositi težo peCene elektrode in imajo nadalje dobro električno prevodnost, kar povzroča, da se električni tok, doveden preko kontaktnih prižem 6, prevaja navznoter v pasto za elektrodo 10 in s tem povzroča hitro pečenje elektrode. Nadalje lahko uporabljamo običajne naprave za držanje in spuščanje elektrod brez modifikacij tudi za elektrodo v smislu predloženega izuma. Elektrodo v smislu predloženega izuma lahko s tem uporabimo na enostaven in stroškovno racionalen način.

Na risbah 3 in 4 sta prikazani dve izvedbi za pritrditev radialnih oglenih plošč na elektrodni plašč.

V smislu izvedbe, prikazane na risbi 3, so posamezni odseki plašča 1 elektrode opremljeni z navznoter segajočo prirobnico 12. Oglena rebra 11 so pritrjena med prirobnice 12 na sosednjih odsekih plašča elektrode s pomočjo vijakov 13 in matic 14. Na ta način pritrdimo oglena rebra 11 na plašč na enostaven način. Poleg tega lahko uporabimo na stičnih ιόpovršinah lepilo.

ν smislu izvedbe, prikazane na risbi 4, opremimo plašč z navznoter segajočimi prirobnicami 16 v številu, 'ki je enako številu oglenih reber 11, oglena rebra 11 pa prilepimo na prirobnice 16 s pomočjo primernega lepila. Povezavo lahko ojačamo s pomočjo vijakov in matic, če je potrebno.

Na risbah 5 in 6 so prikazane izvedbe v smislu predloženega izuma, kjer ima elektroda v bistvu pravokoten prerez. Za take elektrode ne moremo uporabljati običajnih naprav za držanje in spuščanje elektrod, prikazanih na risbi 1. Za držanje elektrode in dovajanje električnega toka k elektrodi, je plašč elektrode opremljen razen z radialnimi oglenimi rebri 11 z zunanjimi radialnimi rebri 17, narejenimi iz električno prevodnega materiala, kot na primer jeklo, aluminij ali oglje. Za dobavo električnega pogonskega toka do elektrode uporabljamo priprave 18 za dovod toka, ki so namenjene za pripenjanje ob zunanja rebra 17 na način, ki je opisan v norveškem patentu št. 147168. Za držanje in spuščanje elektrode se uporabljajo naprave za držanje in spuščanje elektrod, opisane v norveškem patentu št. 147985. Ta priprava za dovod toka iri naprave za držanje in spuščanje ne povzročajo nobenih radialnih sil proti plašču elektrode 1, s čimer lahko plašč 1 naredimo iz tanjšega materiala, kar nadalje zmanjšuje kontaminacijo produkta, ki se izdeluje v talilni peči, z železom. Priprava za dovod toka in naprave za držanje in spuščanje, opisane v norveških patentih št. 147168 in 147985, se tudi lahko uporabljajo za elektrode, ki imajo drugačne prereze od pravokotnega prereza.

Za ELKEM A/S Nydalsve i en N-0483 Oslo

Claims (10)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Samostojno nastajajoča oglena elektroda, izdelana v direktnem stiku s pečjo, v kateri se le-ta porablja, pri Čemer ta elektroda obsega zunanji plašC (1), izdelan iz električno prevodnega materiala in vsebujoč notranja radialna, vertikalna rebra (11) in kjer se nepeCena pasta, ki vsebuje ogljik (9), dobavlja v plašC (1), pri Čemer se pasta (9) speCe v trdno elektrodo (8) s pomoCjo električnega toka, dovajanega elektrodi, označena s tem, da notranja radialna, vertikalna rebra (11) sestojijo iz trdnih oglenih plošC (11), ki so pritrjene na notranji strani plašCa (1), pri Čemer imajo omenjene oglene plošče razmerje med radialno dolžino in debelino nad 5:1.
2. 2. Elektroda v skladu z zahtevkom 1, označena s tem, da so oglene plošče (11) narejene iz grafita ali predpeCenega oglenega materiala.
3. 3. Elektroda v skladu z zahtevkom 2, označena s tem, da imajo oglene plošCe (11), narejene iz grafita, razmerje med radialno dolžino in debelino nad 15:1.
4. 4. Elektroda v skladu z zahtevkom 2, označena s tem, da so oglene plošCe (11) narejene iz predpeCenega oglenega materiala, ki ima razmerje med radialno dolžino in debelino nad 8:1.
5. 5. Elektroda v skladu z zahtevki 1-4, označena s tem, da so oglene plošCe (11) ojaCane z oglenimi vlakni ali vlakni iz drugih materialov, ki ne prispevajo h kontaminaciji produkta, ki se izdeluje v talilni peci.
6. 6. Elektroda v skladu z zahtevki 1-5, označena s tem, da so oglene plošCe (11) pritrjene na plašC (1) s pomočjo vijakov (13) iri/ali s pomočjo lepljenja.
7. 7. Elektroda v skladu z zahtevkom 6, označena s ten, da plašč (1) obsega veliko število odsekov, kjer je vsak odsek opremljen vsaj na eni od svojih vertikalnih strani z navznoter segajočo prirobnico (12) in da so oglena rebra (11) pritrjena med vertikalnimi prirobnicami (12) na sosednjih odseki h.
8. 8. Elektroda v skladu z zahtevki 1-7, označena s ten, da imajo oglene plošče (11) vertikalen podaljšek, ki je vsaj enak dolžini vsake dolžine plašča.
9. 9. Elektroda v skladu z zahtevkom 8, označena s ten, da imajo oglena rebra (11) dolžino, ki presega dolžino plašča vse do 50 cm in s tem, ko se namešča nova dolžina plašča na vrh elektrode, bodo oglena rebra na novi dolžini plašča prekrivala oglena rebra na dolžini plašča pod novo dolžino plašča.
10. 10. Elektroda v skladu z zahtevki 1-9, označena s ten, da je plašč (1) elektrode opremljen z zunanjmi, vertikalnimi rebri (17) za držanje, spuščanje in dovajanje električnega pogonskega toka k elektrodi.