SK280396B6 - Trvale doplňovaná uhlíková elektróda so samočinným - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Predložený vynález sa týka trvalé doplňovanej uhlíkovej elektródy so samočinným vypaľovaním na použitie v elektrických taviacich peciach.

Doterajší stav techniky

Trvalé doplňovaná elektróda so samočinným vypaľovaním spravidla obsahuje zvislo usporiadané elektródové puzdro zasunuté do pece otvorom v streche alebo veku. Horný koniec elektródového puzdra je otvorený, aby bolo možné pridávať nespečenú uhlíkovú účinnú hmotu elektródy, ktorá po zahriatí zmäkne a topí sa, potom sa spečie do tuhej uhlíkovej elektródy vplyvom tepla vyvinutého v účinnej hmote v oblasti prívodu elektrického pracovného prúdu do elektródy. Pretože sa v peci elektróda spotrebúva, spúšťa sa elektróda dole a na puzdro sa montujú nové sekcie nahor elektródovým stĺpcom a pridáva sa nespečená elektródová účinná hmota.

Elektróda uvedeného druhu je spravidla vybavená vnútornými zvislými kovovými rebrami, ktoré sú pripevnené k vnútornému povrchu elektródového puzdra, ktoré smerujú radiálnym smerom k stredu elektródy. Len čo sa hore na elektródovom stĺpci namontuje nový úsek elektródového puzdra, zvaria sa rebrá s rebrami v dolnom puzdre s cieľom dosiahnuť priebežné rebrá vo zvislom smere. Rebrá slúžia na vystuženie vypaľovanej elektródy, na prívod elektrického prúdu a na prívod tepla do účinnej hmoty elektródy v radiálnom smere počas vypaľovacieho procesu. Aby sa spotreba elektródy vykompenzovala, spúšťa sa elektróda dole do pece pomocou udržiavacieho a klzného zariadenia.

Ak sa použijú bežné elektródy tohto druhu, roztaví sa elektródové puzdro a vnútorné rebrá v priebehu ubúdania elektródy v peci. Kovový obsah puzdra a rebier sa teda v taviacej peci prenáša do vyrobeného tovaru. Pretože elektródové puzdro a vnútorné rebrá sú zvyčajne zhotovené z ocele, nemožno v elektrických taviacich peciach použiť normálne trvalé doplňované elektródy na výrobu kremíka alebo fero-kremíka s vysokým obsahom kremíka, lebo obsah železa vo vyrobenom tovare by bol neprijateľne vysoký.

Už v roku 1920 bolo navrhnuté, aby sa teplo privádzalo do trvalé doplňovaných elektród vložkami z vopred vypálených uhlíkových telies do nespečenej účinnej hmoty elektród. V nórskom patente č. 45408 je opísaný postup výroby trvalé doplňovaných elektród, kde vopred pálené uhlíkové telesá sa umiestnia v okolí elektród a ich poloha sa udržiava nepálenou uhlíkovou účinnou hmotou. Uhlíkové vložky nie sú v elektródovom puzdre upevnené, iba ich poloha sa udržiava nepálenou uhlíkovou účinnou hmotou, a keď sa elektróda vypaľuje vypaľovacou účinnou hmotou elektródy. S cieľom udržania uhlíkových vložiek v ich polohe pred, v priebehu a po vypálení účinnej hmoty elektródy je nevyhnutné, aby bolo každé puzdro úplne naplnené horúcou tekutou účinnou hmotou elektródy, keď sa k vrchu elektródového stĺpca montuje nová dĺžka puzdra, lebo poloha uhlíkových vložiek proti bočnej stene puzdra je udržiavaná iba účinnou hmotou elektródy. Takýto postup pridávania elektródovej účinnej hmoty je nežiaduci, pretože zdraviu nebezpečné plyny, ktoré sa vyvíjajú z dechtového/asfaltového spojiva v elektródovej účinnej hmote, sa vyparujú vrchom elektródového stĺpca a môžu neprípustné ohrozovať zdravie obsluhujúcich. Pomer radiálnej dĺžky a hrúbky uhlíkových vložiek podľa nórskeho patentuje menší ako 1 : 2. Pretože do stredu uhlíkových vložiek sa privá dza teplo iba po krátkej vnútornej ceste do elektródovej účinnej hmoty, je veľmi neľahké celkom roztaviť strednú časť elektródy. Uhlíkové vložky podľa nórskeho patentu č. 45408 nie sú upevnené na puzdre a okrem toho pomer medzi radiálnou dĺžkou a hrúbkou je menší ako 1 : 2, a preto nemôžu tieto uhlíkové vložky plniť funkciu rovnakým spôsobom ako vnútorné rebrá, ktoré sa používajú v bežných trvalé doplňovaných elektródach. Z uvedených dôvodov je spôsob podľa nórskeho patentu č. 45408 považovaný za prakticky nepoužiteľný.

Jednako však postupom času bolo navrhnuté väčšie množstvo modifikácii trvalé doplňovaných uhlíkových elektród s vnútornými oceľovými rebrami, aby sa odstránilo znečistenie v peci vyrobeného kremíka železom vplyvom železa v puzdre a v rebrách.

V nórskom patente č. 149451 je opísaná trvalé doplňovaná elektróda so samočinným vypaľovaním, ktorej puzdro bez vnútorných rebier obsahuje účinnú hmotu elektródy, ktorá sa vypaľuje nad miestom, kde sa do elektródy privádza elektrický pracovný prúd v taviacej peci a kde sa elektródové puzdro odoberá po vypálení elektródy, no skôr ako sa elektróda spustí dole do polohy, v ktorej sa napája elektrickým pracovným prúdom. Týmto postupom sa vyrába elektróda bez puzdra a bez vnútorných rebier. Tento druh elektródy sa používal v taviacich peciach na výrobu kremíka, ale bol nevýhodný v porovnaní s bežnými vopred vypaľovanými elektródami tým, žc bola nákladná inštalácia zariadenia na vypaľovanie elektródy a odoberanie puzdra z elektródy.

V americkom patente č. 4,692,929 je opísaná trvalé doplňovaná elektróda použiteľná v elektrických peciach na výrobu kremíka. Elektróda obsahuje permanentné kovové zapuzdrenie bez vnútorných rebier a s nosnou konštrukciou elektródy tvorenej uhlíkovým fíbrovým tkanivom, kde účinná hmota elektródy sa vypáli okolo nosnej konštrukcie a kde pálená elektróda je pridržiavaná nosnou konštrukciou. Nevýhoda tejto elektródy spočíva v tom, že nad vrchom elektródy musí byť usporiadané pridržiavacie zariadenie, ktoré drží elektródu pomocou nosnej konštrukcie obsahujúcej uhlíkové fíbrové vlákna. Ďalej môže byť problematické, aby elektróda prekĺzla dole trvalým puzdrom pri jej ubúdaní.

V americkom patente č. 4,575,856 je opísaná elektróda so stálym puzdrom bez vnútorných rebier, kde účinná hmota elektródy sa vypáli okolo centrálneho grafitového jadra a elektróda je grafitovým jadrom držaná. Nevýhody tejto elektródy sú rovnaké ako v prípade amerického patentu č. 4,692,929 a okrem toho grafitové jadro sa láme, ak na elektródu pôsobia radiálne tlaky.

Uvedené spôsoby výroby trvalé doplňovanej elektródy so samočinným vypaľovaním bez vnútorných rebier sú všetky nevýhodné v tom, že nemôžu byť použité pri elektródach s priemerom väčším ako 1,2 m bez toho, aby sa podstatne nezvýšila pravdepodobnosť ich rozlomenia. Protikladom toho je používanie normálnych trvalé doplňovaných elektród so samočinným vypaľovaním s priemermi dosahujúcimi až 2,0 m.

Napriek zmieneným spôsobom a zariadeniam na výrobu trvalé doplňovaných elektród so samočinným vypaľovaním s cieľom odstránenia znečistenia vyrobeného produktu železom v taviacej peci existuje stále ešte potreba jednoduchej a spoľahlivej trvalé doplňovanej uhlíkovej elektródy so samočinným vypaľovaním, kde by nevýhody doterajších elektród mohli byť prekonané. Predmetom predloženého vynálezu je teda vyhotovenie trvalé doplňovanej uhlíkovej elektródy so samočinným vypaľovaním bez vnútorných o

SK 280396 Β6 ceľových rebier, kde by avšak boli prekonané nevýhody elektródy opísanej v nórskom patente č. 45408.

Podstata vynálezu

Predmetom vynálezu je trvalé doplňovaná uhlíková elektróda so samočinným vypaľovaním na priame spojenie s pecou, kde sa spotrebováva, kde elektródu tvorí vonkajšie puzdro zhotovené z elektricky vodivého materiálu, vybavené vnútornými radiálnymi zvislými rebrami, plnené uhlíkovou nevypálenou účinnou hmotou, z ktorej sa taví tuhá elektróda pomocou elektrického prúdu, ktorým sa napája, ktorého podstatou je, že vnútorné radiálne zvislé rebrá tvoria pevné uhlíkové steny pripevnené vnútri puzdra, ktorých pomer radiálnej dĺžky a hrúbky je väčší ako 5:1.

Uhlíkové steny môžu byť zhotovené z grafitu alebo z vopred vypáleného uhlíkového materiálu a môžu byť vystužené uhlíkovými vláknami z fíbra alebo iného materiálu, ktorý by neznečisťoval produkt vyrobený v taviacej peci. Pomer medzi radiálnou dĺžkou a hrúbkou uhlíkových stien sa stanoví na základe druhu použitého uhlíkového materiálu a pevnosti uhlíkového materiálu.

Ak sú uhlíkové steny zhotovené z vopred páleného uhlíkového materiálu, je výhodne pomer radiálnej dĺžky uhlíkových rebier a hrúbky väčší ako 8 : 1. Ak sú uhlíkové steny zhotovené z grafitu, je výhodný pomer radiálnej dĺžky uhlíkových rebier k hrúbke väčší ako 15:1.

Podľa preferovaného vyhotovenia podľa vynálezu sú uhlíkové rebrá pripevnené k puzdru pomocou skrutiek a/alebo sú prilepené.

Puzdro s uhlíkovými rebrami sa vyrába v podstate rovnakým spôsobom ako puzdro trvalé doplňovaných elektród s oceľovými rebrami. Každá dĺžka puzdra sa môže teda vyrábať po sekciách, pričom celkový počet sekcií sa rovná počtu uhlíkových rebier. Každá sekcia puzdra je najmenej na jednej zo svojich zvislých strán opatrená dovnútra zahnutým predĺžením. Pri zostavovaní celého plášťa sa pripevnia uhlíkové rebrá medzi zvislé príruby susediacich sekcií pomocou skrutiek a matiek a/alebo zlepením. Alternatívne možno každú dĺžku puzdra vyrobiť zo zváraných valcovitých stien so zvislými vnútri zvarenými prírubami na upevnenie uhlíkových rebier.

Uhlíkové rebrá majú zvislé predĺženia, ktorých dĺžka sa rovná dĺžke každej dĺžky puzdra. Uhlíkové rebrá majú výhodne dĺžku, ktorá presahuje dĺžku puzdra až o 50 cm. Pri montáži novej dĺžky puzdra na vrchu elektródy presahujú uhlíkové rebrá v novej dĺžke puzdra dĺžku dolného puzdra. Keď sa vypaľuje elektródová účinná hmota v oblasti medzi dvoma dĺžkami puzdra, dosiahne sa tým zvislý styk medzi uhlíkovými rebrami tým istým spôsobom ako pri oceľových rebrách normálnych trvalé doplňovaných elektród.

V elektróde podľa predloženého vynálezu majú rebrá z uhlíkových stien dobrú elektrickú vodivosť a elektrický prúd na napájanie elektródy sa zavedie dovnútra do nepálenej elektródovej účinnej hmoty. Je to veľmi dôležité z toho dôvodu, že sa tým zaistí rýchle vypálenie elektródy, napríklad po zlomení elektródy.

Pri veľkých priemeroch elektród je treba, aby rebrá stabilizovali prúd a tepelné podmienky v okolí elektródy. Okrem zvyšovania prúdu a prevodu tepla musia rebrá uniesť váhu elektródy. Kovové rebrá bežných trvalé doplňovaných elektród sa tavia a rozpúšťajú pri teplote asi 1000 °C, zatiaľ čo uhlíkové rebrá elektródy podľa vynálezu zaisťujú vystuženie po celej ceste dole až k špičke elektródy. Elektródu podľa predloženého vynálezu možno teda použiť pri prie meroch väčších elektród, aké majú dnes používané elektródy v taviacich peciach na výrobu kremíka.

Pri použití rebier s tuhými uhlíkovými stenami s pomerom medzi radiálnou dĺžkou a hrúbkou väčšou ako 5 : 1 je odstránená kontaminácia vyrobeného produktu v taviacej peci železom z rebier, pričom súčasne elektróda si zachová najmenej tú istú mechanickú pevnosť, akú majú elektródy s oceľovými rebrami. To umožňuje vyrábať elektródy podľa predloženého vynálezu s väčšími priemermi, ako majú normálne elektródy s oceľovými rebrami. Pri elektródach podľa vynálezu možno použiť normálne nosné a klzné zariadenia. Elektródu podľa vynálezu možno teda použiť v taviacich peciach, ktoré súčasne používajú trvalé doplňované elektródy s oceľovými rebrami bez toho, aby boli potrebné nákladné úpravy nosného a klzného zariadenia.

Puzdro elektródy podľa predloženého vynálezu možno teda vybaviť väčším počtom vonkajších, zvislých, kovových alebo uhlíkových rebier, pričom elektróda môže byť držaná a spúšťaná pomocou nosných a klzných zariadení opísaných v nórskych patentoch č. 14768 a č. 149485. Týmto spôsobom sú odstránené radiálne tlaky na elektródu nad oblasťou, kde sa elektróda vypaľuje. Pri použití týchto nosných a klzných zariadení sa môže ďalej puzdro zhotoviť s veľmi tenkými kovovými stenami, čím sa ďalej zníži znečistenie železom vyrobených produktov v taviacej peci. Pri puzdre je možné tiež použiť ostatné kovy ako hliník a hliníkové zliatiny. Okrem toho možno vyrábať elektródy s nekruhovým prierezom tak, ako elektródy s obdĺžnikovým alebo takmer obdĺžnikovým prierezom.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obr. 1 je zvislý rez elektródou podľa predloženého vynálezu.

Obr. 2 je pôdorysný pohľad na rez podľa línie I-I na obr. 1. Obr. 3 je vo zväčšenej mierke znázornená oblasť A vyznačená na obr. 2 a ukazujúca prvé vyhotovenie upevnených uhlíkových rebier v puzdre.

Obr. 4 ukazuje druhé vyhotovenie upevnených rebier v puzdre.

Obr. 5 ukazuje pôdorysný rez elektródou obdĺžnikového prierezu, ktorá je opatrená vonkajšími radiálnymi rebrami. Obr. 6 ukazuje vo zväčšenej mierke oblasť B vyznačenú na obr. 5.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Obr. 1 znázorňuje trvalé doplňovanú elektródu so samočinným vypaľovaním, ktorá sa spotrebováva v neznázornenej taviacej peci, umiestnenej pod elektródou. Elektróda obsahuje vonkajšie puzdro 1 z elektricky vodivého materiálu. Puzdro 1 sa zavesí na elektródový závesný rám 2 v stavebnej konštrukcii 4 s ovládaním elektródy hydraulickými regulačnými valcami 3. Na držanie a posúvanie elektródy smerom dole pri jej spotrebovávaní v peci slúžia bežné upínacie a posuvné zariadenia 5. V dolnej časti elektródy sú usporiadané kontaktné zvierky 6, ktoré sa pritlačia k jej povrchu pomocou bežných upínacích krúžkov 7. Kontaktné zvierky 6 sú spojené s neznázomenými elektrickými prívodmi s cieľom napájať elektródu elektrickým pracovným prúdom. Vplyvom ohrevu, ktorý sa vytvára v účinnej uhlíkovej hmote elektródy v oblasti napájacieho prúdu, sa účinná hmota roztaví a spečie do tuhej elektródy 8. Účinná hmota elektródy sa privádza hore do elektródového puzdra 1 v tvare tuhých valcov 9, potom pôsobením žiaru účinná

SK 280396 Β6 hmota mäkne a plní elektródové puzdro v celom priereze v tvare tekutej vrstvy 10 elektródovej účinnej hmoty.

Puzdro 1 znázornené na obr. 2 je vybavené väčším počtom vnútorných rebier 11 tvorených grafitovými stenami s pomerom ich radiálnej dĺžky a hrúbky 20 :1. Použitím rebier 11 zhotovených z uhlíkového materiálu sa zabráni znečisteniu železom vyrobeného produktu v taviacej peci z oceľových rebier. Taktiež sú odstránené nevýhody vyskytujúce sa pri trvalé doplňovaných elektródach so samočinným vypaľovaním bez radiálnych vnútorných rebier, ale s uhlíkovými vložkami, ako je opísané v nórskom patente č. 45408. Uhlíkové rebrá majú takú nosnosť, že udržia váhu roztavenej elektródy a majú dobrú elektrickú vodivosť, čo spôsobuje, že elektrický prúd privedený cez kontaktné zvierky 6 môže sa priviesť do vnútra účinnej hmoty 10 elektródy, a tým urýchliť jej tavenie. Normálne upínacie a posuvné zariadenia elektród možno tiež použiť bez úpravy pri elektróde podľa vynálezu. Elektródu podľa predloženého vynálezu teda je možné využiť jednoduchým a efektívnym spôsobom vzhľadom na vynaložené náklady.

Obr. 3 a 4 znázorňujú dve vyhotovenia na upevnenie radiálnych uhlíkových rebier k puzdru elektródy.

Podľa vyhotovenia znázorneného na obr. 3 sú jednotlivé sekcie puzdra 1 elektródy vybavené dovnútra predĺženými okrajmi 12. Uhlíkové rebrá 11 sa upevnia medzi okraje 12 susedných sekcií puzdra elektródy pomocou skrutiek 13 a matíc 14. Týmto spôsobom sa uhlíkové rebrá 11 upevnia jednoduchým spôsobom k puzdru. Okrem toho možno na stykové povrchy pridať lepidlo.

Podľa vyhotovenia znázorneného na obr. 4 sa puzdro vybaví dovnútra zahnutými prírubovitými okrajmi 16, ktorých počet sa rovná počtu uhlíkových rebier 11, ktoré sa prilepia pomocou vhodného lepidla k prírubovitým okrajom 16. Spojenie možno podľa potreby zaistiť pomocou skrutiek a matíc.

Na obr. 5 a 6 sú znázornené vyhotovenia podľa predloženého vynálezu, kde prierez elektródou je v podstate obdĺžnikového tvaru. Nosné a klzné zariadenia znázornené na obr. 1 nemožno použiť pri pridržiavacích a klzných zariadeniach normálnych elektród. S cieľom držať elektródu a napájať elektródu elektrickým prúdom sa opatrí elektródové puzdro okrem vnútorných radiálnych uhlíkových rebier 11 vonkajšími radiálnymi rebrami 17 zhotovenými z elektricky vodivého materiálu ako sú oceľ, hliník alebo uhlík. Na napájanie elektródy elektrickým pracovným prúdom slúži napájacie prúdové zariadenie 18, ktoré sa upevní na vonkajšie rebrá 17 spôsobom opísaným v nórskom patente č. 147168. Pridržiavacie a klzné zariadenie na držanie a sklz elektródy sú opísané v nórskom patente č. 147985. Napájacie prúdové zariadenie ako i pridržiavacie a klzné zariadenia nespôsobujú žiadne radiálne tlaky na elektródové puzdro 1, následkom čoho puzdro 1 možno zhotoviť z tenkého materiálu, čím sa zmenší kontaminácia železa vyrobeného produktu v taviacej peci. Napájacie prúdové zariadenie, ako i pridržiavacie a klzné zariadenia opísané v nórskych patentoch č. 147168 a č. 147985 sa môžu použiť aj pri elektródach s inými prierezmi, ako je obdĺžnikový prierez.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Trvalé doplňovaná uhlíková elektróda so samočinným vypaľovaním vytvorená na priame spojenie s pecou, kde sa spotrebováva, pričom elektróda obsahuje vonkajšie puzdro (1) zhotovené z elektricky vodivého materiálu, vybavené vnútornými radiálnymi zvislými rebrami (11) a pl nené uhlíkovou nevypálenou účinnou hmotou (9), z ktorej sa vytaví tuhá elektróda (8) pomocou do nej privádzaného elektrického prúdu, vyznačujúca sa tým, že vnútorné radiálne rebrá (11) tvoria pevné uhlíkové steny upevnené vnútri puzdra (1), ktorých pomer radiálnej dĺžky a hrúbky je väčší ako 5:1.
2. 2. Elektróda podľa nároku 1, vyznačujúca sa t ý m , že uhlíkové rebrá (11) sú z grafitu alebo vopred vypáleného uhlíkového materiálu.
3. 3. Elektróda podľa nároku 2, vyznačujúca sa t ý m , že pomer medzi radiálnou dĺžkou a hrúbkou uhlíkových rebier (11) z vopred vypáleného grafitového materiálu je väčší ako 15 : 1.
4. 4. Elektróda podľa nároku 2, vyznačujúca sa t ý m , že pomer medzi radiálnou dĺžkou a hrúbkou uhlíkových rebier (11) z vopred vypáleného uhlíkového materiálu je väčší ako 8:1.
5. 5. Elektróda podľa nárokov 1 až 4, vyznačujúca sa tým, že uhlíkové rebrá (11) sú vystužené uhlíkovým fíbrovým tkanivom alebo vláknami z iných materiálov, ktoré nezvyšujú kontamináciu vyrobených tovarov v taviacej peci.
6. 6. Elektróda podľa nárokov 1 až 5, vyznačujúca sa tým, že uhlíkové rebrá (11) sú pripevnené k puzdru (1) pomocou skrutiek (13) a/alebo pomocou lepidla.
7. 7. Elektróda podľa nároku 6, vyznačujúca sa t ý m , že puzdro (1) obsahuje väčší počet sekcií, z ktorých každá sa vybaví po najmenej jednej svojej zvislej strane dovnútra predĺženým okrajom (12), pričom medzi zvislými okrajmi (12) susediacich sekcií sú upevnené uhlíkové rebrá (11).
8. 8. Elektróda podľa nárokov 1 až 7, vyznačujúca sa tým, že uhlíkové rebrá (11) sú predĺžené do tej istej dĺžky, ako je dĺžka každého puzdra.
9. 9. Elektróda podľa nároku 8, vyznačujúca sa t ý m , že uhlíkové rebrá (11) sú predĺžené až o 50 cm, ako je dĺžka puzdra, čím pri montáži novej dĺžky puzdra nad elektródou presahujú uhlíkové rebrá novú dĺžku puzdra, zatiaľ čo uhlíkové rebrá spodného puzdra zasahujú do novomontovaného puzdra.
10. 10. Elektróda podľa nárokov 1 až 9, vyznačujúca sa tým, že elektródové puzdro (1) je vybavené vonkajšími zvislými rebrami (17) na držanie, sklz a napájanie elektródy elektrickým pracovným prúdom.