专利名称：碳电极的制造方法
技术领域：
本发明涉及电熔炼炉用的碳电极的制造方法。
在用于制造铁合金、磷铁、生铁及其它制品的电熔炼炉中，现在主要使用的是自烘烤碳电极。
常规的自烘烤电极包括垂直安装的用钢制成的电极套筒，电极穿过炉顶或炉盖中的开面。电极套筒的上端打开，以便加入未烘烤的含碳电极浆料，用加电流的电极区中产生的热加热浆料，使浆料软化并熔化，之后烘烤成固体碳电极。由于电极在炉内被消耗，电极降低，因此，在电极柱的顶上插入电极套筒的新部分，并加未烘烤的电极浆料。
这种常规电极装有固定到电极套内表面上的内部垂直金属肋条，肋条朝电极中心径向延伸。新电极套筒插到电极柱顶上时，肋条焊到套筒下的肋条上，以获得垂直方向的连续肋条。肋条用于加强烘烤过的电极并在烘烤工艺中把电流传入电极浆料对浆料径向加热。为了补偿电极消耗，用电极夹持和滑动装置使电极向下降低进入炉内。
用这种常规电极时，电极在炉内被消耗时，电极套和内肋熔化。因此，电极套和肋条的金属成分转移到熔炼炉中制造的产品中。电极套和内肋通常用钢制造，这种常规自烘烤电极不能用于制造硅或含硅量高的硅铁的熔炼炉中，因为在制成品中铁的含量高到不能允许的程度。通常，把预烘烤的碳电极用到铁会污染待制产品的制造工艺中，使制成的预烘烤的碳电极长度适当并伸出熔炼炉，用螺纹或螺纹接头把它加到电极柱顶上。众所周知，可用常规自烘烤电极的改进型以避免或减少电极套筒和肋条的铁对熔炼炉中制成品的污染。
构成多个用含碳电极浆料制成的电极部分，之后，把制成的多个电极部件热处理，以把电极浆料烘烤成固体碳电极，由此制成预烘烤电极。这种制造方法需要长的热处理周期，并精确校准冷热处理中的温度，以防止制成的电极径向有裂缝，而且，烘烤后的电极要进行机械加工，以使其具有可接受的表面光洁度，每根电极长度的两端制成螺纹。因此，用该方法制成的预烘烤电极价格昂贵。
挪威专利154860公开了一种连续制造细长碳体的方法，该方法将碳体切割成适当的长度，之后用与预烘烤电极相同的方式进行机械加工和制成螺纹。该方法中，使含有未烘烤电极浆料的电极套连续或基本连续地下降通过已加热到700-1300℃的烘烤炉，对加进电极套内的电极浆料烘烤，用外部加热和烘烤中产生的气体燃烧产生的热来加热烘烤炉。这种电极的缺点是，它们用作熔炼炉中的电极之前要进行机械加工和制成螺纹。
为避免污染熔炼炉中的制成品，对常规自烘烤电极提出了多种改进。因此，挪威专利149451公开了一种自烘烤电极，其中无内垂直肋条的电极套中装的含以焦油为基的粘接剂的电极浆料在加电流的电极区上被烘烤，电极烘烤之后而电极达到加工作电流的电极区之前，除去电极套。按此方式，能制成无电极套和肋条的电极。这种电极已用于制造硅制品的熔炼炉中，但与常规的预烘烤的电极相比，其缺点是它需要价格昂贵的设备，使电极在加热到700-1000℃的烘烤区烘烤。而且，在烘烤中产生含多芳香碳氢化合物(PAH)的气体，因此，设备装有收集和销毁PAH化合物的装置。最后，还要设置电极烘烤后除去电极套的装置。
美国专利4692929公开了能用于制造硅产品的自烘烤电极。电极包括无内肋条的永久金属套和用于支承包括碳纤维的电极用的支承结构，在支承结构四周烘烤电极浆料，支承结构夹持烘烤后的电极。该电极的缺点是，要在电极顶上设置分开夹持装置，以便用由碳纤维制成的支承结构夹持电极。
美国专利4575856公开了一种自烘烤电极，具有无内肋条的电极套，电极浆料在中心石墨芯四周被烘烤，电极为石墨芯。该电极有与美国专利4692929所公开的电极相同的缺点，此外，电极受水平力作用时，石墨芯会破损。
上述的制造无内金属肋的自烘烤电极的方法均有缺点，它们不能在不显著增大电极破损危险的情况下用于制造直径在1.2米以上的电极。反之，常规的自烘烤电极的直径可做到2.0米以上。
上述各种碳电极的制造中，所用的含碳电极浆料包含颗粒固体碳材料，最好是无烟煤和以焦油为基的粘接剂。电极浆料在室温是固体。加热到50℃-150℃，随着在该温度范围以焦油为基的粘接剂开始熔化，浆料开始软化。再加热到500℃浆料开始烘烤，在800℃以上完成烘烤，形成固体含碳体。
尽管有了上述能防止铁对熔炼炉中制成产品污染的自烘烤电极制造方法和设备，为克服这些现有方法的缺点，仍需要一种可靠制造自烘烤电极的方法和设备。
因此，本发明提供一种制造碳电极的方法，其特征是，包含其固化温度低于500℃的粘接剂的第一未烘烤含碳电极浆料加到固化室与内模压材料之间的环室中，固化室的内横面与要制造的电极的横截面对应，通过给固化室加热而固化第一电极浆料，从固化室取出固化的第一电极浆料的细长体，固化的第一电极浆料细长体插到电熔炼炉内的电极柱顶，可选地给第一电极浆料固化体的中心开口加入第二电极浆料。由此，在供给电极工作电流的区域上将第一电极浆料的固化体与第二电极浆料烘烤成固体碳电极。
按第一实施例，用金属、厚纸板或陶瓷材料这些第一电极浆料固化后能除去的材料制成内模压材料。由此构成有能穿过的中心孔的细长固化体。之后，固化体安装在电熔炼炉内的电极柱顶，随后，将第二含碳电极浆料，最好是包含以焦油为基的粘接剂，加到第一电极浆料固化体的中心开口中。随着电极在熔炼炉中被消耗，经常规的电极夹持和滑动装置使电极向下滑，第一电极浆料固化体达到加电流的电极区时，固化体和其中包含的第二电极浆料烘烤成单一的固体碳电极。
按第二实施例，固化室内的内模压材料由含有其固化温度高于第一电极浆料中粘接剂固化温度的粘接剂的第二电极浆料构成，最好由包含以焦油为基的粘接剂的第二电极浆料构成。第一电极浆料加热和固化过程中，第二电极浆料块基本上不受影向。从固化室中取出的第一电极浆料的固化体在其中心将包含未烘烤的第二电极浆料块。固化体安装在熔炼炉上的电极柱顶上时，在加电流的电极区烘烤第二电极浆料块，构成单一的固体电极。
可用连续和不连续两种方法制造第一电极浆料的固化体。用不连续制造法时，是用第一电极浆料填充固化室与内模压材料之间的环室，然后给固化室加热到使第一电极浆料固化所必需的时间。冷却后，从固化室取出第一电极浆料固化体，之后，固化室中再填入第一电极浆料，制造另一固化体。
用连续制造法制第一电极浆料固化体时，是供给固化室的热量基本恒定，固化体按恒定或基本恒定的速率下降经过固化室，并同时把未烘烤的电极浆料加到固化室与内模压材料之间的环室中。内模压材料包括第二电极浆料块时，新的第二电极浆料块放在下面的第二电极块的顶上，当固化体下降经过固体室时，保持模压材料在固化室内。用连续制造方法制造第一电极浆料固化体时，连续体在固化室下面分割成适当的长度，最好按适当间隔把水平分隔板插入固化室里。
用粘接碳件的常规粘接剂把第一电极浆料固化体安装到电极柱顶上。安装到电极柱上时，为了确保多个第一电极浆料固化体相互之间连接良好并对准，将第一电极浆料固化体的一端制成环形向上延伸的球状，并与另一端的环形槽对应，因此，一个固化体上的球形与下一个固化体上的槽匹配。按此方式，当固化体安装到熔炼炉中的电极柱上时，粘接接触面积增大，同时，抗水平力的稳定性增大。
在连续制造第一电极浆料固化体中用的分隔板上形成球形和槽，可以简单地构成各个球形和凹槽。
第一电极浆料最好是含以树脂为基的粘接剂的电极浆料。这种粘接剂的固化温度在120℃与500℃之间，固化中能获得有足够机械强度的固化体，使其能承受电熔炼炉中电极柱所承受的力。为了能用常规的电流源给电极供给工作电流，第一电极浆料固化体应有足够的导电率和导热率。
第一电极浆料固化体的径向厚度按电极直径来调节，随电极直径增大厚度增大，但是，径向厚度最好不小于1cm。然而，第一电极浆料固化体的正常径向厚度至少是5cm，最好是大于10cm。
与现有的碳电极比较，本发明的碳电极有许多优点。因此，电极无铁套筒无铁肋条，能用于铁会对熔炼炉中的制成品造成污染的工艺中。在加电流的电极区最后烘烤成的电极不用连接，电极中心的第二电极浆料形成了真正的连续电极。因此，与用螺纹连接而安装在电极柱上的预烘烤电极相比，大大减小了电极损坏的危险。而且，用以树脂为基的浆料作第一电极浆料，使在固化室内固化第一电极浆料过程中形成光滑表面，因而不必对其外表面进行机械加工。
按本发明方法制成的电极能安装在现有的装有电极夹持和滑动装置和电流供给装置的熔炼炉中，不需改进就能用。
附图简述
图1用来说明制造第一电极浆料固化体的第一实施例；图2是沿图1中I-I线的视图；图3用来说明制造第一电极浆料固化体的第二实施例；图4用来说明制造第一电极浆料固化体的第三实施例；
图5是沿图4中II-II线的视图；图6用来说明制造第一电极浆料固化体的第四实施例；图7用来说明安装固化体的第一实施例和与熔炼炉相关的电极最终制成；图8用来说明安装的第二实施例和与熔炼炉相关的电极最终制成。
优选方案详述图1和2示意性地展示出第一电极浆料固化体的不连续制造。
图1和2中，固化室1的内径与要制造的电极直径对应。固化室1支承在底座2上。内模压材料3构成固化室1与内模压材料3之间的环形细长模压件4，包含其固化温度在500℃以下的粘接剂，最好是以树脂为基的粘接剂的第一电极浆料填入模制件4中，之后，加热浆料使其固化，用安装在固化室1中的电加热元件5或用其它已知的加热装置供给热能，使第一电极浆料固化成环形固化体6。为保证固化体6的顶部上有水平表面，在第一电极浆料固化前在其顶上放一水平板7。水平板7的下边最好有环形球8，以便在固化体6中形成环形槽，在水平板7的上边形成环形槽，以便在固化体6中形成向下伸出的球形。固化体6冷却之后从固化室1中取出。
图3展示出第一电极浆料固化体6的连续制造。图3中与图1和2相当的零部件用相同的数字指示。图3所示方法与图1和2所示方法的差别是，固化体6支承在可按垂直方向移动的板10上。板10可用丝杆11使其垂直移动。开始固化时，板10位于其上部位置，构成固化室1的底。固化室1与内模压材料3之间的环形室中加入第一电极浆料12，之后，用固化室1中的加热元件5供给热能对电极浆料加热。
固化开始时，板10按恒定或基本恒定的速率下降，同时，电极浆料12再加入到固化室1的顶上。为把固化体分割成合适的长度，按一定间隔插入分隔板13。当板10下降到一根固化体6的长度完全下降通过固化室1的距离时，用加压装置14固定固化室1里边的固化体6的部分，之后，按箭头15所指示的方向取出其上有制成的固化体6的板10。之后，板10上升到其上部位置，之后，有固化体6的板10继续下降。
分隔板13的上边设置有环形凹槽8，其下边设置有向下伸出的环形球，以便在每个固化体6的顶和底中分别形成凹槽和凸出的球形。
图4、5和6中分别展示出固化体6的连续和不连续制造的实施例，与图1和3所示实施例的差别只是在于，用含有其固化温度高于第一电极浆料的粘接剂固化温度的粘接剂的第二含碳电极浆料块16制成内模压材料。第一电极浆料在固化室1中固化时。第二电极浆料块16基本上不受影响。因此。块16构成固化体6的整体中心部分。
图7展示出用图1和3所示方法制成的固化体6安装到电熔炼炉中的电极柱顶上和碳电极最后制成的一个实施例。
图7上。展示出电熔炼炉20。熔炼炉20装有烟盖21。并用数字22指示熔内的装料面。数字23指示给炉子加工作电流的接触夹。接触夹23用压环24与电极贴在一起。接触夹23和加压环24有按常规方式设置的用于冷却液循环的内沟道。接触夹23经轨道25从电极架26悬挂下来。
电极架26用电极调节液压缸28。29悬吊在建筑构造27中。电极架26上还设置有电极夹持和滑动环30，31。用液压或气压缸32、33能使上夹持和滑动环30按垂直方向移动。
如上所述，按图1和3所示实施例制造的固化体6安装在电极柱顶上，并用粘接剂连接到下面的固化体6。坯块形或园柱形的电极浆料装入中空的固化体6。电极浆料进入给熔炼炉20加工作电流的接触夹23的区域内时，固化体6和电极浆料中会产生热。使固化体6和其中包含的电极浆料烘烤成单一的固体碳电极34。
图8中，展示出按图4和6所示方法制成的固化体6安装到电熔炼炉中的电极柱顶上的实施例。图8中与图7中相应的零部件用相同的数字指示。图8所示实施例中，用与结合图7的上述方法相同的方法安装固化体6。但是，固化体6已填充有第二电极浆料块16。固化体6进入接触夹25的区域内时，固化体6和第二电极浆料块16将烘烤成单一的固体碳电极34。
权利要求
1.碳电极的制造方法，其特征是，含有其固化温度在500℃以下的粘接剂的第一未烘烤电极浆料加到固化室与内模压材料之间的环形室中，固化室的内横截面与要制造的电极的横截面对应，用供热装置加热固化室，使第一电极浆料固化，从固化室取出已固化的第一电极浆料的细长部件，将已固化的第一电极浆料细长部件插入到电熔炼炉中的电极柱顶上，可选地给第一电极浆料固化体的中心开口加入第二电极浆料，由此，在加工作电流的电极区中将第一电极浆料固化体和第二电极浆料烘烤成固体碳电极。
2.按权利要求1的方法，其特征是，用金属、厚纸板或陶瓷等第一电极浆料固化后能去掉的材料制造内模压材料。
3.按权利要求1的方法，其中，用包含其固化温度高于第一电极浆料中的粘接剂固化温度的粘接剂的第二电极浆料未烘烤块构成固化室内的内模压材料，第一电极浆料在固化室中加热和固化时，第二电极浆料基本上不受影响。
4.按权利要求1至3的方法，其特征是，用第一电极浆料完全填充固化室与内模压材料之间的环形室，之后，给固化室加热至第一电极浆料固化所需的时间，从固化室中取出第一电极浆料固化体，之后，再将第一电极浆料填入固化室，制备另一固化体，用此法制成固化体。
5.按权利要求1至3的方法，其特征是，供给固化室的热量保持基本恒定，按恒定或基本恒定的速率降低固化体通过固化室，并同时把未烘烤的电极浆料再加到固化室与内模压材料之间的环形室中，由此制成第一电极浆料的固化体。
6.按权利要求1至5的方法，其特征是，第一电极浆料固化体在固化室下分割成适当的长度。
7.按权利要求6的方法，其特征是，按合适的间隔把水平的分隔板插入固化室，把固化体分割成合适的长度。
8.按权利要求1至7的方法，其特征是，用粘接剂把第一电极浆料固化体安装到电熔炼炉中的电极柱顶上。
全文摘要
本发明涉及碳电极的制造方法,把含其固化温度在500℃以下的粘接剂的第一含碳未烘烤的电极浆料加到固化室与内模压材料之间的环形室中,固化室的内横截面与要制造的电极横截面对应,加热固化室使第一电极浆料固化,从固化室取出已固化的第一电极浆料的细长部件。第一电极浆料的已固化细长部件安装到电熔炼炉内的电极柱顶,给第一电极浆料固化体的中心开口任意加入第二电极浆料,在给电极加工作电流的区域使第一电极浆料固化体和第二电极浆料烘烤成固体碳电极。
文档编号H05B7/00GK1177434SQ96192306
公开日1998年3月25日 申请日期1996年3月1日 优先权日1995年3月2日
发明者J·A·约翰森, R·乌格兰德 申请人:埃以凯姆公司