專利名稱：自焙碳電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電熱熔煉爐用的一種自焙電極。
背景技術(shù)：
一般自焙電極通常有一個(gè)豎向配置的電極外套穿過(guò)爐頂或爐蓋上的孔口延伸。電極外套的上端敞開(kāi)著，以便可以往其中加入未經(jīng)焙燒的碳質(zhì)電極糊，電極糊被加熱時(shí)軟化、熔融，然后借助于電極加有工作電流部位的電極糊中產(chǎn)生的熱量焙燒成固體的碳電極。電極隨著自身在熔爐中的消耗而下降，于是在電極柱的頂上裝上新的外套節(jié)，再另行加入未經(jīng)焙燒的電極糊。
這種一般的電極配備有多條豎向的金屬內(nèi)肋條，固定在電極外套的內(nèi)表面，這些肋條呈輻射狀地朝電極中心延伸。新電極外套節(jié)裝到電極柱頂上時(shí)，將肋條與下一節(jié)外套的肋條焊接起來(lái)，以獲得在豎向連續(xù)延伸的肋條。肋條對(duì)焙燒過(guò)的電極起增強(qiáng)作用，并在焙燒的過(guò)程中將電流和熱量徑向引入電極糊中。為補(bǔ)充消耗掉的電極，借助于電極夾持滑送裝置將電極往下送。
使用這種傳統(tǒng)的電極時(shí)，電極外套和內(nèi)肋條在電極在爐中消耗掉時(shí)熔化，于是外套和肋條中的金屬含量轉(zhuǎn)移到在熔煉出的產(chǎn)品中。由于電極外套和內(nèi)肋條通常是鋼制成的，因而這種傳統(tǒng)的自焙電極不能用于制造硅或制造含硅量高的硅鐵的電熱熔煉爐，由于如此制取的成品中的鐵含量高到不能容許的程度。
早在二十世紀(jì)二十年代就有人建議通過(guò)在未經(jīng)焙燒的電極糊中插入預(yù)焙燒過(guò)的碳插入體往自焙電極中輸熱。因此例如，挪威專利45408中就公開(kāi)了一種制造自焙電極的方法，該方法將預(yù)焙燒過(guò)的碳體放入電極的周邊，用未經(jīng)焙燒的碳糊保持就位。碳插入體不固定在電極外套上，而只用未經(jīng)焙燒的電極糊保持就位，在電極是焙燒過(guò)時(shí)則用焙燒過(guò)的電極糊保持就位。為使碳插入體在焙燒電極糊之前，過(guò)程中和之后保持就位，需要在新一節(jié)外套裝到電極柱頂上時(shí)用熱液態(tài)電極糊灌滿各外套，因?yàn)橹挥须姌O糊才能使碳插入體靠在外套內(nèi)壁上保持就位。這種加入電極糊的方法是要不得的，因?yàn)殡姌O糊中焦油/瀝青粘結(jié)劑產(chǎn)生的有害健康的氣體會(huì)從電極柱頂蒸發(fā)出去，危害操作人員的健康達(dá)到不能容許的程度。上述挪威專利中所述的碳插入體，其徑向長(zhǎng)度/厚度比小于1∶2，因而碳插入體往電極糊中良好傳熱的距離很短，難以使電極的中心部分完全焙燒。由于挪威專利45408的碳插入體不固定在外套上或在豎向上彼此加以固定，再加上徑向長(zhǎng)度/厚度比小于1∶2，這些碳插入體就不能以一般自焙電極中使用的內(nèi)肋條同樣的方式發(fā)揮作用。正是這些原因使挪威專利45408沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。
然而，過(guò)去幾年來(lái)有人提出了一系列修改一般帶內(nèi)肋條的自焙電極的修改方案，以求避免爐中煉出的硅為外套和肋條中的鐵所污染。
因而，挪威專利149451公開(kāi)了一種自焙電極，電極糊裝在無(wú)內(nèi)肋條的外套中，在熔煉爐工作電流加到電極上的位置上方焙燒，在電極焙燒完之后但下送到工作電流加到電極上的位置之前將電極外套卸除。這樣就制成了沒(méi)有外套也沒(méi)有內(nèi)肋條的電極。這種電極已用在制造硅的熔煉爐中，但比起一般預(yù)焙電極來(lái)具有這樣的缺點(diǎn)必須裝設(shè)昂貴的電極焙燒裝置和從電極卸除外套的裝置。
美國(guó)專利4,692,929公開(kāi)了一種與生產(chǎn)硅的電爐配用的自焙電極。電極的永久金屬外套不帶內(nèi)肋條，電極的支撐構(gòu)件由碳纖維組成，電極糊在支撐構(gòu)件周圍焙燒，焙燒過(guò)的電極由支撐構(gòu)件支撐著。這種電極有這樣的缺點(diǎn)為用碳纖維組成的支撐構(gòu)件支撐電極，必須在電極頂部上方裝設(shè)特殊的夾持裝置。此外，要將電極隨著其消耗下送滑入永久外套中有困難。
美國(guó)專利4,575,856中介紹了一種具有不帶內(nèi)肋條的永久外套的自焙電極，電極糊在中心的石墨核心體周圍焙燒，由石墨核心體將電極固定住。這種電極具有美國(guó)專利4,692,929的電極同樣的缺點(diǎn)，而且石墨核心體在電極受到徑向力的作用時(shí)會(huì)斷裂。
上述制造無(wú)內(nèi)肋條的自焙電極的方法都有這樣的缺點(diǎn)，即這些方法用來(lái)制造直徑1.2米以上的電極時(shí)電極斷裂的可能性大幅度增加。相反，一般使用的自焙電極，其直徑高達(dá)2.0米。

發(fā)明內(nèi)容
盡管有了上述生產(chǎn)自焙電極防止鐵污染熔煉爐中熔煉出的產(chǎn)品的方法和設(shè)備，仍然還需要有一種能克服公知電極的缺點(diǎn)、簡(jiǎn)單而可靠的自焙碳電極。因比本發(fā)明的目的是提供一種沒(méi)有內(nèi)鋼肋條但克服了挪威專利45488中公開(kāi)的那種電極的缺點(diǎn)的自焙電極。
因此，本發(fā)明涉及一種直接在自身消耗掉的熔煉爐中制造的自焙碳電極，該電極的外套由導(dǎo)電材料制成，具有多個(gè)呈輻射狀的豎向內(nèi)肋條，未經(jīng)焙燒的碳糊加入外套中，碳糊借助于加到電極上的電流焙燒成固體電極，所述電極的特征在于，呈輻射狀的豎向內(nèi)肋條都由固定在外套內(nèi)側(cè)的碳板構(gòu)成，碳板的徑向長(zhǎng)度/厚度比大于5∶1。
碳板可以由石墨或預(yù)焙燒過(guò)的碳材料制成，并可用碳纖維或其它不會(huì)污染熔煉爐中熔煉出的產(chǎn)品的材料的纖維補(bǔ)強(qiáng)。碳板的徑向長(zhǎng)度/厚度比根據(jù)所使用的碳材料的類型和強(qiáng)度確定。
若碳板由焙燒過(guò)的碳材料制成，碳肋條的徑向長(zhǎng)度/厚度比最好大于8∶1。若碳板由石墨制成，碳肋條的徑向長(zhǎng)度/厚度比最好大于15∶1。
按照本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例，碳肋條用螺栓和/或通過(guò)粘結(jié)固定在外套上。
具有碳肋條的外套與具鋼肋條的自焙電極的外套，兩者的制造方法大致相同。因此，外套節(jié)總數(shù)等于碳肋條的數(shù)目時(shí)，每段外套可以由各外套節(jié)制成。各外套環(huán)節(jié)的至少一個(gè)豎向配備有一個(gè)向內(nèi)延伸的凸緣。當(dāng)裝配爐架長(zhǎng)度的外套時(shí)，碳肋條用螺栓和螺母和/或通過(guò)粘結(jié)固定在毗鄰各節(jié)的豎向凸緣之間。不然各段外套由焊接成筒形、里面焊接有固定碳肋條用的豎向凸緣的板材制成。
碳肋條豎向延伸，其長(zhǎng)度起碼等于各段外套的長(zhǎng)度。碳肋條最好比外套長(zhǎng)直至50厘米。這樣新一段外套裝在電極頂部時(shí)其中的碳肋條就重疊在下一段外套的碳肋條上，從而使碳肋條在電極糊在兩節(jié)外套之間的部位焙燒時(shí)以一般自焙電極中的鋼肋條同樣的形式與另一條碳肋條豎向接觸。
在本發(fā)明的電極中，碳板制成的肋條，導(dǎo)電性能良好，加到電極上的電流向內(nèi)引入未經(jīng)焙燒的電極糊中。這一點(diǎn)非常重要，為的是在例如電極斷裂之后確保電極的快速燒焙。
電極的直徑大時(shí)，需要加肋條，其目的在于穩(wěn)定電極周邊的電流和熱量情況。肋條除促進(jìn)電流和熱量的輸送過(guò)程外，還必須承受電極的重量。一般自焙電極中的金屬肋條在大約1000℃以上的溫度下熔化消散，本發(fā)明電極中的碳肋條則起補(bǔ)強(qiáng)的作用，這個(gè)作用一直往下遍及電極的尖端。因此本發(fā)明的電極可用作直徑比目前硅生成爐中使用的電極還大的電極。
采用徑向長(zhǎng)度/厚度比大于5∶1的固定碳板制成的肋條可以避免肋條的鐵污染爐中熔煉出的產(chǎn)品，同時(shí)電極保持至少與具有鋼肋條的電極同樣的機(jī)械強(qiáng)度。這使本發(fā)明可制造出直徑與一般具有鋼肋條的電極一樣大的電極。本發(fā)明的電極可采用一般的夾持滑送裝置。因此，本發(fā)明的電極可用于目前采用具有鋼肋條的自焙電極的熔煉爐中而無(wú)需昂貴地改裝電極夾持滑送裝置。
本發(fā)明的電極外套可以配備多個(gè)金屬或碳質(zhì)的豎向外肋條，因而電極可用挪威專利147168和149485中所述的電極夾持滑送裝置夾持和滑送。這樣就可以避免電極在其焙燒區(qū)上方受到徑向力的作用。此外，采用這種電極夾持滑送裝置，外套就可以用極薄的金屬板制成，從而進(jìn)一步減少鐵對(duì)熔煉爐中成品的污染。外套還可以采用象鋁和鋁合金之類的其它金屬。此外還可以制造非圓形截面的電極，例如矩形或基本上矩形截面的電極。
附圖簡(jiǎn)介

圖1是本發(fā)明電極的縱向剖視圖。
圖2是沿圖1的I-I線截取的橫向剖視圖。
圖3是圖2標(biāo)有A的部位的放大視圖，示出了碳肋條固定在外套上的第一實(shí)施例。
圖4示出了碳肋條固定在外套上的第二實(shí)施例。
圖5示出了配備有輻射狀外肋條的矩形截面電極的橫向剖視圖。
圖6示出了圖5標(biāo)有B的部位的放大視圖。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明圖1中可以看到一個(gè)自焙電極，電極下方就是熔煉爐(圖中未示出)，電極即在熔煉爐中消耗掉。電極的外套1由導(dǎo)電材料制成。外套1穿過(guò)電極懸掛架2，并穿過(guò)懸掛在建筑物結(jié)構(gòu)4調(diào)節(jié)電極用的液壓缸3。一般的電極夾持滑送裝置5用來(lái)夾持電極并將電極在爐中消耗的過(guò)程中向下滑送。電極的下部分設(shè)有接觸夾具6，由一般的壓環(huán)7將其壓在電極表面上。接觸夾具6與電氣管線(圖中未示)連接，以便將工作電流供到電極上。碳質(zhì)電極糊在其加有電流的部位因其中產(chǎn)生的熱量而被加熱，從而焙燒成固體電極8。電極糊以固體圓柱體9的形式加到電極外套1頂部，因受熱而軟化，充滿電極外套的整個(gè)橫截面，形成電極糊的液層10。
圖2中所示的外套1配備有多個(gè)內(nèi)肋條11，內(nèi)肋條11由徑向長(zhǎng)度/厚度比為20∶1的石墨板制成。采用碳質(zhì)肋條11避免了鋼肋條中的鐵污染熔煉爐中熔煉出的產(chǎn)品，而且還可以避免一般不帶輻射狀內(nèi)肋條的公知自焙電極和挪威專利45408中公開(kāi)的使用碳插入體時(shí)遇到的那些缺點(diǎn)。碳肋條的強(qiáng)度能承受經(jīng)焙燒電極的重量，而且其導(dǎo)電性能良好，使電流可以通過(guò)接觸夾具6向內(nèi)引入電極糊10中，從而使電極快速焙燒。此外，一般的電極夾持滑送裝置無(wú)需改裝也可以用在本發(fā)明的電極上。這樣可以簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用本發(fā)明的電極。
圖3和圖4中示出了輻射狀碳板固定在電極外套上的兩個(gè)實(shí)施例。
圖3所示的實(shí)施例中，電極外套1各節(jié)都配備有向內(nèi)延伸的凸緣12。碳肋條11用螺栓13和螺母14固定在毗鄰的各節(jié)電極外套上的兩個(gè)凸緣12之間。這樣，碳肋條11就以簡(jiǎn)單的方式固定到外套上。另外，接觸表面上還可以涂加粘結(jié)劑。
圖4實(shí)施例的外套中配血有向內(nèi)延伸凸緣16，其數(shù)目與碳肋條11的數(shù)目相等，碳肋條11用適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑粘結(jié)到凸緣16上。必要時(shí)可以用螺栓和螺母將該連接部分加固。
圖5和圖6中示出了本發(fā)明電極的橫截面為基本上矩形的一個(gè)實(shí)施例。這種電極不能使用圖1所示的那種電極夾持滑送裝置。為夾持電極并給電極供電，除輻射狀碳內(nèi)肋條11外，電極外套還配備有輻射狀的外肋條17，外肋條17由諸如鋼、鋁或碳之類的導(dǎo)電材料制成。為將工作電流加到電極上，采用了供電器件18，以挪威專利147168中所述的方式固定在外肋條17上。為夾持滑送電極，采用挪威專利147985中所述的那種電極夾持滑送裝置。電極外套1沒(méi)有受到供電器件和夾持滑送裝置的任何徑向力，因而可用較薄的材料制成，從而進(jìn)一步減少鐵對(duì)熔煉爐中熔煉出的產(chǎn)品的污染。挪威專利147168和147985中所述的那種供電器件和夾持滑送裝置還可用于其它非矩形截面的電極。
權(quán)利要求
1．一種自焙碳電極，直接在耗用它的熔煉爐中制造，該電極的外套(1)由導(dǎo)電材料制成，里面有輻射狀的豎向內(nèi)肋條(11)，未經(jīng)焙燒的碳糊(9)加入外套(1)中，碳糊(9)用輸送到電極的電流焙燒成固體電極(8)，其特征在于，輻射狀的豎向內(nèi)肋條(11)由固體碳板(11)構(gòu)成，固定在外套(1)內(nèi)側(cè)，所述碳板的徑向長(zhǎng)度/厚度比大于5∶1。
2．如權(quán)利要求1所述的電極，其特征在于，碳板(11)由石墨或預(yù)焙燒過(guò)的碳材料制成。
3．如權(quán)利要求2所述的電極，其特征在于，碳板(11)由石墨制成，徑向長(zhǎng)度/厚度比大于15∶1。
4．如權(quán)利要求2所述的電極，其特征在于，碳板(11)由預(yù)焙燒過(guò)的碳材料制成，徑向長(zhǎng)度/厚度比大于8∶1。
5．如權(quán)利要求1-4所述的電極，其特征在于，碳板(11)采用碳纖維或不污染熔煉爐中熔煉出的產(chǎn)品的其它材料的纖維進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
6.如權(quán)利要求1-5所述的電極，其特征在于，碳板(11)用螺栓(13)并/或用粘結(jié)劑固定在外套(1)上。
7.如權(quán)利要求6所述的電極，其特征在于，外套(1)由多個(gè)節(jié)組成，各外套節(jié)的至少一個(gè)豎面配備有向內(nèi)延伸的凸緣(12)，碳肋條(11)固定在各毗鄰環(huán)節(jié)的豎向凸緣(12)之間。
8.如權(quán)利要求1-7所述的電極，其特征在于，碳板(11)豎向延伸，延伸的長(zhǎng)度至少等于各段外套的長(zhǎng)度。
9.如權(quán)利要求8所述的電極，其特征在于，碳肋條(11)的長(zhǎng)度超過(guò)外套的長(zhǎng)度達(dá)50厘米之多，這樣，新一段外套裝在電極頂部時(shí)，新一段外套中的碳肋條就重疊在新一段外套下面的那段外套的碳肋條上。
10.如權(quán)利要求1-9所述的電極，其特征在于，電極外套(1)配備有豎向外肋條(17)，用以?shī)A持滑送電極并將工作電流供到電極上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自焙的電極，這種電極直接在耗用它的熔煉爐中制取。電極的外套由導(dǎo)電材料制成，外套中有多個(gè)輻射狀的豎向肋條。未經(jīng)焙燒的碳糊加入外套中，用加到電極上的電流焙燒成固體電極。輻射狀的豎向內(nèi)肋條固定在外套內(nèi)側(cè)，由固體碳板制成。固體碳板徑向長(zhǎng)度/厚度比大于5∶1。
文檔編號(hào)H05B7/107GK1130977SQ95190653
公開(kāi)日1996年9月11日 申請(qǐng)日期1995年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月21日
發(fā)明者R·因韋爾 申請(qǐng)人:埃以凱姆公司