СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ БЕЗ ПРИМЕСЕЙ ДЛЯ ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ Российский патент 1998 года по МПК H05B7/109 H05B7/09 

Изобретение содержит усовершенствования, внесенные в способ непрерывного производства электродов без примесей, в особенности к электродам, не содержащим железа, для печей с погруженной дугой, в соответствии с экспериментами, выполненными в 1991 г. на заводе фирмы Сосьедад Эспаньола де Карбурос, Металикос, Испания.

Соединение кремний-металл получают в дуговой электропечи с погруженной дугой посредством восстановления кварца с помощью нескольких сортов каменного угля в соответствии с упрощенной реакцией
SiO₂ + 2C -> Si + 2CO
Дуга образуется между электродом и подом печи и обеспечивает необходимую энергию для протекания вышеприведенной реакции твердое вещество - твердое вещество.

Когда образуется электрическая дуга, происходит постепенный и непрерывный расход электрода, что позволяет начать реакцию получения металла.

Известные самоспекающиеся электроды содержат металлический наконечник, используемый в качестве оболочки, внутрь которой введена паста SODERBERG. Эта паста плавится, отверждается, скользит и выгорает вместе с наконечником.

При использовании электродов этого типа невозможно получить соединение кремний-металл из-за высокого уровня примесей, в особенности примесей железа, попадающих в продукт при плавлении металлического наконечника по мере его расхода.

Задачей патента Испании 543259 с приоритетом заявки США N 612039 фирмы "Электромелт Корпорейшн" является изготовление самоспекающегося электрода без примеси железа, сердечник которого представляет собой удлиненное тело из предварительно спеченного графита или каменного угля, образованное несколькими цилиндрическими секциями, соединенными по концам. Металлический наконечник в своем поперечном сечении имеет плоские и одинаковые боковые стороны.

Способ требует длительного отключения печи для замены электродов. В указанном способе происходит попадание примесей металла в продукт.

Попытка решить проблему описана в патенте США N 4575856, Джона Перссона.

В патенте раскрыт способ непрерывного изготовления электрода без примесей, в частности без примесей железа для дуговых электропечей, который заключается в том, что используют электропроводную пасту, используют механизм, позволяющий скользить графитовому электроду с или без металлического наконечника, вводят в наконечник электропроводную пасту и окружают ею графитовый сердечник, в механизме используют контактную пластину для подачи электрического тока к электроду, поддерживают заданную высоту контактной пластины и осуществляют непрерывную подачу графитового электрода путем скольжения для спекания пасты с электродом.

В способе используют центральный сердечник или ядро. Этот центральный сердечник изготовлен из графита, а замену израсходованного электрода выполняют экструзией через металлический наконечник, так что он выгорает и не расходуется.

Указанный способ не позволяет непрерывно изготавливать и подавать электроды, причем изготавливать не из аморфного угля, а из графита. При замене электродов приходится осуществлять длительное отключение печи. Кроме того, возможно попадание в продукт примесей от металлического наконечника.

Задачей настоящего изобретения является оперативное решение всех проблем, возникших в ходе исследования 1991 г., выполненных в последние месяцы, способа непрерывного изготовления электродов, свободных от примесей, и в частности без примесей железа.

Задачей данного изобретения является также создание способа перехода от обычного электрода, изготовленного из аморфного угля, к новому типу их графита и пасты без необходимости длительного отключения печи для выгрузки электродной колонны, а наоборот, постепенной выгрузки по мере расходования колоны.

Другой задачей настоящего изобретения является установка двойной системы скольжения, позволяющей электроду скользить с металлическим наконечником или без него, так как действуя таким образом, примеси могут попасть в продукт, что с технологической точки зрения может быть необходимым, хотя и в очень ограниченных случаях.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание специальной контактной пластины для передачи электрического тока, значительно уменьшающей поверхность контакта и концентрирующей в минимальной и заданной области электрический ток, таким образом способствуя спеканию электрода.

Другой задачей настоящего изобретения является разработка технологического процесса, который позволяет поддерживать заданную высоту контактных пластин над смесью без повреждения наконечника и равномерно спекать пасту. Другой задачей является осуществление непрерывного скольжения электрода для улучшения спекания пасты.

Более подробное описание существенных признаков изобретения приводится ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает вид сборку, где показаны средства, обеспечивающие возможность перехода от системы с аморфным угольным электродом к системе с графитовым электродом и электродной пастой, согласно изобретению;
фиг. 2 изображает вид сбоку средств системы для независимого скольжения графитового сердечника, согласно изобретению;
фиг. 3, 4 и 5 изображают вид сверху, продольное сечение и вид сбоку соответственно одной из электропроводящих пластин согласно изобретению.

На фиг. 1 изображена электродная колонна, в которой во время работы печи осуществляется переход от обычного аморфного угольного электрода 1 посредством введения операции перехода к графитовому электроду 2 через ряд последовательных графитовых электродов 2 с уменьшением их диаметра или сечения до достижения конечного значения диаметра, определяемого графитовым сердечником 20. Кроме того, на фиг. 1 показаны системы крепления 3 и 4 электродной колонны, которые соединяют в верхней части графитовый сердечник 20 с наконечником 40, и систему крепления наконечника к аморфному угольному электроду 1. Внешний диаметр наконечника 40 совпадает с наружным диаметром переднего конца аморфного угольного электрода 1, для чего необходимо механически обработать верхний конец последнего электрода 1 до внутреннего диаметра наконечника 40. Таким образом, печь 5 может продолжать работать, выжигая электрод 1, а наконечник 40, приваренный по их верхнему краю, не выгорает, скользя с помощью стандартных колец 43 до тех пор, пока наконечник 40 не достигнет высоты смеси.

В этом положении необходимо установить второй механизм скольжения 31 (фиг. 2), позволяющий исключить использование систем крепления колонн 3 и 4, приложенных до этого момента к графитовому электроду 2 и предназначенных только для скольжения графитового сердечника 20. А наконечник 40 удерживается первым механизмом скольжения 44 для того, чтобы не вводить наконечник 40 и примеси от него в расплав. Тем не менее, при возникновении осложнений возможно независимо перемещать графитовый сердечник 20 путем скольжения с его наконечником 40 с использованием механизма скольжения 44.

Для этого кольца скольжения 43 нижерасположенного механизма 44 открывают, а кольца скольжения 30 расположенного выше механизма 31 приводятся в действие. Кроме того, можно раскрыть верхние кольца 30 и воздействовать на скольжение с помощью обычной системы колец 43 первого механизма 44.

При замене верхнего кольца скольжения 30 тип пластины 8 также изменяется (фиг. 3), отличительными особенностями которой являются ее меньший размер для концентрации электрического тока, пропускаемого через нее, и наличием расположенных попеременно на нижней и верхней части каждого конца нескольких выступов 80-80а, 81-81а, целью которых является выравнивание некоторых пластин 8 друг с другом, так что при недостаточном количестве пасты, которая загружается с помощью приспособления 7, ее внутренний диаметр должен быть сохранен в контакте между пластинами 8 и она не может быть введена в наконечник 40. Внутреннее охлаждение 82 пластины 8 менее мощное, но того же типа, что и обычное.

Кроме того, предметом изобретения является оперативный способ работы печи, разработанный в ходе выполненных экспериментов, который включает использование программы, имеющейся в управляемом компьютером роботе. В соответствии со способом поддерживают в заданных пределах высоту колонн (фиг. 2) посредством цилиндров подвески 6, так что, с оной стороны, они не вводятся в смесь, где горячие газы могут расплавить наконечник 40, а с другой стороны, они не поднимаются слишком высоко в положение, где спекание пасты может быть недостаточным.

Наконец, для облегчения такого спекания на продуктах с большим скольжением, таких как кремний, очень важно получить непрерывное скольжение электрода. Для решения этой задачи гидравлическая система управления вторым механизмом скольжения 31 была изменена.

Поскольку суть изобретения уже подробно описана, следует отметить, что изобретение не ограничено конкретными деталями приведенного описания, а наоборот, могут быть введены модификации всех типов, которые могут быть рассмотрены, если существенные признаки не изменяются по сравнению с прилагаемой формулой изобретения.

Способ непрерывного изготовления свободных от примесей и железа электродов для дуговых электропечей, при котором используют механизм, позволяющий модифицировать (заменять) обычный аморфный угольный электрод и уменьшающий до минимума время остановок печи, который обеспечивает также скольжение электрода с металлическим наконечником или без него и состоит из специальной контактной пластины для передачи электрического тока, которая существенно уменьшает поверхность контакта, и устройство для поддержания соответствующей высоты контактных пластин. Способ особенно рекомендуется для получения непрерывным способом свободных от примесей соединений кремний-металл. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ непрерывного изготовления электрода без примесей, в частности без примеси железа, для дуговых электропечей, заключающийся в том, что используют электропроводную пасту, используют механизм, позволяющий скользить графитовому электроду с или без металлического наконечника, вводят в наконечник электропроводную пасту и окружают ею графитовый сердечник, в механизме используют контактную пластину для подачи электрического тока к электроду, поддерживают заданную высоту контактной пластины и осуществляют непрерывную подачу графитового электрода путем скольжения для спекания пасты с графитовым сердечником, отличающийся тем, что подачу графитового электрода путем скольжения осуществляют посредством двух механизмов скольжения, причем первый механизм скольжения предназначен для удерживания наконечника, а второй механизм скольжения предназначен для перемещения графитового сердечника, при этом второй механизм скольжения содержит два цилиндрических кольца с внутренней гофрировкой, зубьями или тиснением, которые предназначены для образования на графитовом сердечнике углублений, расположенных по окружности, для улучшения проникновения пасты и связывания пасты с графитовым сердечником, и последовательно открывающиеся и закрывающиеся зажимы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между графитовым сердечником и наконечником формируют соединительный элемент, который при помощи средства крепления прикрепляет графитовый сердечник к наконечнику. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при отказе второго механизма скольжения зажимают графитовый сердечник посредством первого механизма, для чего открывают пару колец на втором механизме скольжения. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что контактную пластину разделяют на восемь сегментов, дуга каждого из которых составляет 45 угловых град., между которыми оставляют минимальные зазоры для обеспечения электрического контакта между сегментами. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при скольжении управляют ходом поршня для регулирования высоты контактных пластин над смесью в печи.