DE3127410A1 - Fassung fuer selbstbrennende elektroden in einem elektrothermischen schmelzofen - Google Patents

Description

Passung flir selbstbrennende Elektroden in einem elektrothermischen Schmelzofen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Passung, die besonders flir selbstbrennende Elektroden in einem elektrothermischen Schmelzofen geeignet ist, sie ist bewegbar in einer Aufhängungsvorrichtung aufgehängt. Die Passung umfaßt eine Mehrzahl von Kontaktbacken, die mittels Druckvorrichtungen und einem außen rund um die Druckvorrichtungen angebrachten Gegenhalt gegen die Elektrode gepreßt werden. Die Passung ist außerdem mit Vorrichtungen zur Führung von Strom, Kühlflüssigkeit und/oder Druckmedium ausgerüstet.

Bei Konstruktionen dieser Art wird eine Lösung verlangt, die guten elektrischen Kontakt zwischen der Passung und der Elektrode gibt, und durch die der zugeführte Strom so gleichmäßig wie möglich in die Elektrode verteilt wird. Außerdem wird eine Lösung gefordert, die einen kontrollierten Nachschub der Elektrode ermöglicht, und bei der die Möglichkeit eines unkontrollierten Nachschubs ausgeschaltet ist. Weiterhin wird eine Lösung verlangt, die soweit wie möglich betriebssicher sowie billig in der Beschaffung und im Betrieb ist, und auch auf einfache Weise instandgehalten werden kann. Eine Elektrode des selbstbrennenden Typs mußte bisher von einem Eisenmantel umgeben sein, so daß Teer, Pech und flüchtige Bestandteile der rohen Elektrodenmasse nicht ohne weiteres während des Brennens entweichen können.

Um einen guten elektrischen Kontakt herzustellen, werden Kontaktbacken benutzt, die die Elektrode umschließen und gegen den Elektrodenmantel gepreßt werden. Solche konventionellen Kontaktbacken haben gewöhnlich ein vertikales Ausmaß von 800 - 1000 mm. Der sogenannte Druckpunkt der Backen gegen die Elektrode liegt in der unteren Hälfte der Backen, damit diese den größten Kontaktdruck dort erhalten, wo der Strom in die

Elektrode übergeht. Die Backen sind gegen ein Eindrücken an ihrem oberen Ende» wo die Elektrodenmasse noch nicht gebacken ist, gesichert.

Die selbstbrennende Elektrode, oder "Söderberg-Elektrode" besteht üblicherweise aus einem Eisenmantel, in den die Nasse gefüllt wird. Dieser Mantel weist eine Eer^izahl von Eippen auf, die dazu beitragen, den Strom in die Elektrodenmasse zu leiten, die gebacken wird, während die Elektrode allmählich durch die Elektrodenfassung in den Ofen gesenkt wird. Der Elektrodenmantel muß flüssigkeitsdicht sein, so daß flüssiger Teer, Pech oder ähnliche Bindemittel beim Erhitzen der Masse nicht aus der Elektrode laufen.

Die an und für sich gut funktionierenden, konventionellen Fassungen haben jedoch, gewisse Nachteile in Verbindung mit der Herstellung und/oder Instandhaltung. Ferner ist die Möglichkeit der Regulierung bzw. Steuerung der Backgeschwindigkeit und der Lage der Backzone sehr begrenzt» Hinzu kommt, daß das Material des Stahlmantels, z.B. bei der Herstellung von Si-Metallen Probleme schafft, da der Mantel schmilzt und in das produzierte Metall übergeht und dieses verunreinigt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine selbstbrennende Elektrode und eine Fassung für solche Elektroden zu erbringen, durch die man nicht von einem umgebenden Stahlmantel abhängig ist. Ferner hat die Erfindung zum Ziel, eine Lösung zu finden, die im Gebrauch flexibel ist und mit einfachen Mitteln verschiedenen Elektrodeneystemen angepaßt v/erden kann.

Gemäß vorliegender Erfindung wird dies durch die Verwendung von Kontaktbacken erreicht, die sich wenigstens bis an den Bereich erstrecken, wo die rohe Elektrodenmasse von der Schmelzhitze noch unbeeinflußt ist, wobei rund um die Elektrode außen an den Kontaktbacken ein zylindrischer Körper angeordnet ist, der sich von dem Bereich der Druckvorrichtungen nach oben erstreckt. Jede Kontaktbacke ist gleitbar gegen die

Innenfläche des zylindrischen Körpers gelagert, und jede Kontaktbacke ist separat aufgehängt. Die Kontaktbacken können individuell im Verhältnis zueinander und im Verhältnis zu dem umschließenden zylindrischen Körper "bewegt werden.

Gemäß einer Ausf(ihrungsform erstreckt sich der zylindrische Körper aufwärts an dem Gebiet vorbei, wo die rohe Elektroden·? masse von der Hitze des Ofens noch unbeeinflußt ist. Die Kontaktbacken und eventuell der umschließende zylindrische Körper erstrecken sich vorzugsweise hinauf bis zu einer Ebene, die derjenigen entspricht, wo die rohe Elektrodenmasse den Elektroden zugeführt wird. Die Kontaktbacken haben mit Vorteil eine solche seitliche Ausdehnung, daß sie einen in vertikaler Richtung aufgeteilten zylindrischen Körper bilden, der die Elektrode ganz umschließt und dicht an dieser anliegt.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausfuhrungsform endet der umschließende Körper nach unten auf einer Ebene über den Druckvorrichtungen. Der umschließende zylindrische Körper ist von den Kontaktbacken frei unterstutzt, wodurch eine Bewegung einer oder mehrerer Kontaktbacken eine entsprechende Bewegung des umschließenden zylindrischen Körpers zur Folge hat.

Der untere Teil der Kontaktbacken hat vorzugsweise eine nach unten in seitlicher Richtung abnehmende Ausdehnung. Die Länge des abnehmenden Teils erstreckt sich nach unten wenigstens ab dem Bereich, wo die Einwirkung des radial ausgeübten Kontaktdruckes der Backen nicht berücksichtigt werden muß.

Zur Steuerung der Kontaktbacken sind der umschließende zylindrische Körper und/oder die Kontaktbacken mit zusammenwirkenden Vorrichtungen zur Steuerung der Bewegung der Kontaktbacken im Verhältnis zu dem umschließenden zylindrischen Körper ausgerüstet. Die Steuerungsvorrichtungen können zum Beispiel einen Schlitz in der Wand des zylinderförmigen Körpers umfassen sowie einen Zapfen, Bolzen o.a. auf der Kontakt-

"backe, wobei vorgesehen ist, daß diese Zapfen, Bolzen o.a. gleitbar an dem Zylinderkörper in den Schlitz eingreifen. Einer besonders bevorzugten Ausführungsform zufolge ist auf der Innenseite der Fassung zwischen den langgestreckten Backen und der Elektrode eine fltissigkeitsdichte Folie angeordnet, die die Elektrode umschließt. Die Folie kann zum Beispiel aus Aluminium, synthetischen Textilien oder anderem bekannten Material bestehen.

Erfindungsgemäß hat jede Kontaktbacke eine länge, die der Länge des Elektrodenmantels in einer "Söderberg"-Elektrode entspricht.

Jede einzelne Kontaktbacke ist bewegbar an einer Aufhängungsvorrichtung aufgehängt, wie zum Beispiel einem hydraulischen Zylinder« Die Aufhängungsvorrichtungen können separat oder zusammen betätigt werden. Durch die Betätigung einer oder mehrerer Aufhängungsvorrxchtungen kann man eine individuelle Bewegung der Backen aufwärts längs der Elektrodenwand erreichen.* Beispielsweise kann man eine Nachlaßlänge der Elektrode durch die Fassung von 25 mm anwenden, und eine aus einem System von acht Kontaktbacken bestehende Elektrodenfassung benutzen. Individuell eine der Backen 25 mm heben, hat die gleiche Wirkung, wie wenn man die Elektrode 25 mm durch die Fassung nachläßt.

Ein solches Dosierungssystem,'das individuell eine Kontaktbacke im Verhältnis zu den anderen Kontaktbacken hebt, kann beim Anschluß an ein Datenverarbeitungssystem die Lage der Backzone in der Elektrode bestimmen. Das hat seinen.Grund darin, daß der über die Kontaktbacken durch die Elektrode gehende StroTT der die Backgeschwindigkeit bestimmende Faktor istο Durch ein Hinaufziehen einer oder mehrere Backen an der Elektrode im Verhältnis zu den unteren, gegen fertiggebackene Masse klemmenden Backen kann die Steuerung eines solchen Systems verschiedene Backgeschwindigkeiten ermöglichen» Diese Möglichkeit zu individueJler beweglicher Position der Kontaktbacken um die Elektrode herum eröffnet für die Kontrolle der

Backverhältnisse der Elektrode Möglichkeiten von bisher unbekanntem Ausmaß.

Bei einem System mit im Dreieck angeordneten Elektroden entsteht aufgrund der Stromverhältnisse oft ein schiefes Backen in den Elektroden, was zu ungünstigen thermischen Spannungen führt. Dies kann jetzt dadurch verhindert werden, daß man die Backen auf verschiedene Höhe einstellt.

Gemäß der Erfindung sind die Kontaktbacken nach oben verlängert, so daß sie, vorzugsweise zusammen mit einer Folie, den früher benutzten Elektrodenmantel ersetzen können. Jede Backe hat vorzugsweise eine Länge vcn 5 - 6 m. Die verlängerten inneren Flächen der Backen sind so angefertigt und geformt, daß sie zusammen eine vollständig umschließende, glatt bearbeitete zylindrische Fläche bilden mit einem inwendigen Durchmesser, der im wesentlichen dem äußeren Durchmesser der Elektrode entspricht. Jede einzelne dieser Backen ist in einem Schlitz im umschließenden Zylinder befestigt und vertikal gesteuert, so daß jede einzelne Kontaktbacke sich z.B. 250 mm aufwärtsbewegen kann im Verhältnis zu einer, die sich überhaupt nicht nach oben bewegt hat. Die verhältnismäßige vertikale Bewegung des umschließenden Zylinders ist auch z.B. maximal 2.50 mm. Die Backe, die jeweils den Impuls erhält, sich im Verhältnis zu jeglicher anderen Backe nach oben zu bewegen, wird unabhängig von den anderen Backen den umschließenden Zylinder um die gleiche Spanne heben, um die sie sich selbst bewegt.

Bei dieses^ System haben jetzt die Backen die Funktion des früheren Elektrodenmantels in Bezug auf Zylinderform und mechanische Stärke gegen den Druck der Elektrodenmasse von innen übernommen. Dieser Zylinder ist jedoch nicht flüssigkeitsdicht. Daher muß er mit einer flüssigkeitsdichten Folie oder einem dünnen Blech aus Netall, synthetischen Textilien oder anderem Material ausgerüstet werden, wenn ein Stahlmantel nicht benutzt wird. Ein Rippensystem verschiedener Aus-

führungen kann selbstverständlich weiterhin benutzt werden« Falls gewünscht, steht auch einer Verwendung des konventionellen Elektrodenmantels nichts im Wege»

Hauptsache ist jedoch, eine stahlfreie "Söderberg"~Elektrode zu schaffen.

Durch die Einstellung einer individuellen vertikalen Lage der Kontaktbacken, die von der Backzone gesteuert wird, ist die Notwendigkeit von Rippen ausgeschaltet. Mittels einer flüssigkeitsdichten Folie aus niclrieisernein Material ist diese Elektrode realisiert. Das bedeutet, da.8 Schmelzofen für Silizium-Metall mit "Söderberg"-Elektroden betrieben werden können, ohne daß das Material von durch di© Elektrode zugeführtem Eisen verunreinigt wird. Im übrigen ist es eine bedeutende Einsparung, diese Fassung für nicht eisenhaltige Elektroden, deh. ohne den üblichen Elektrodenmantel, bei allen Oefen benutzen zu können.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch die Hälfte einer Elektrode mit einer Fassung gemäß vorliegender Erfindung,

Fig. 2 ist ein vertikaler Aufriß einer Elektrode mit Fassung,

Fig_o 3 ist ein Horizontalschnitt durch die Elektrode, die Fassung und einen Kühlschild, nach der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4- ist sin horizontaler Aufriß von Folienrollen, die an dem oberen Ende der Elektrode angeordnet sind*

Der Vertikalschnitt der Fig. 1 zeigt eine Hälfte einer Elektrode 1 mit der Elektrodenfassung 2. Die Elektrodenfassung 2 umfaßt eine Mehrzahl längs der Peripherie der Elektrode angeordneter Kontaktbacken 3, die mittels dafür geeigneter Druckorgane 4 gegen die Elektrode 1 gepreßt werden, um einen ausreichenden elektrischen Kontakt herzustellen. Als Gegenhalt

für die Druckvorrichtung 4 dient ein außerhalb und rund um die Elektrode 1 angebrachter Kühlschild 5· Dieser Kühlschild ist im Verhältnis zu der Elektrode 1 stationär angebracht, und bildet eine integrierte Einheit mit einem gasdichten Gewölbe 6 oder einer Rauchhaube.

Der Kühlschild 5 hat eine vertikale Ausdehnung und ist im Verhältnis zu dem Gewölbe 6 so angeordnet, daß er sich hinunter in den Ofen erstreckt bis zu einer Ebene, die unter dem Bereich liegt, wo,die Bewegung der Kontaktbacken 3 erfolgt.

Eine Mehrzahl von vertikal verlaufenden stromführenden Schienen 7 ist an der Innenseite des Kühlschilds 5 angebracht. Die Schienen 7 sind gegenüber dem KUhlschild 5 mittels isolierender Vorrichtungen 8 elektrisch isoliert. Die vertikale Ausdehnung der Schienen 7 entspricht im wesentlichen der Bewegungsstrecke der Kontaktbacken 3 im Verhältnis zum Kühlschild 5, wenn der Ofen in Betrieb ist. An ihrem oberen Ende sind die Schienen mit dem Stromführungsnetz (nicht gezeigt) mittels Stromüberführungsschienen 9 verbunden. Durch einen Gleitkontakt Ί0 wird Strom von der Schiene 7 zu der Kontaktbacke 2 geleitet. Der Gleitkontakt 10 steht andererseits mit der Druckvorrichtung 4 in Verbindung. Die Kontaktbacken 3 sind mittels dazu geeigneter Aufhängungsvorrichtungen 11 in einem Rahmen 13 aufgehängt.

Die Kontaktbacken 3 und die Druckvorrichtungen 4 sind mit Zuführungsleitungen für die Zuführung von Kühlwasser und/oder Druckmedium ausgerüstet. Da dies jedoch nicht Gegenstand der Erfindung ist, sind diese Teile in den Zeichnungen nicht dargestellt. Der Kühlschild 5 ist an seinem oberen Ende mit einem gaadichten Futter 12 gegen die Elektrodenfassung 2 abgedichtet.

Die Kontaktbacken 3 erstrecken sich nach oben mindestens bis zu dem Bereich, wo die rohe Elektrodenmasse von der Schmelzhitze noch unbeeinflußt ist. Außerdem ist rund um die Elek-

trode 1, außen an den Kontaktbacke η 3? sin zylindrischer Körper 14- angeordnet, der sich von dem Bereich, der Druckvorrichtungen 4 nach oben erstreckt. Jede Kontaktbacke 3 ist gleitbar gegen die Innenfläche des zylindrischen Körpers 14- gelagert, und jede Kontaktbacke 3 ist separat durch eine eigene Aufhängungsvorrichtung 11 aufgehängt. Die Aufhängungsvorrichtungen 11 können individuell itn Verhältnis zueinander und im Verhältnis zu dem umschließenden zylindrischen Körper 14 bewegt werden. Die Kontaktbacken 3 und eventuell der umschließende zylindrische Körper 14 erstrecken sich aufwärts vorzugsweise zu einer Ebene, die derjenigen entspricht, wo rohe Elektrodenmasse der Elektrode zugeführt wird.

Die Kontaktbacken 3 können mit Vorteil eine solche seitliche Ausdehnung haben, daß sie einen in vertikaler Richtung aufgeteilten zylindrischen Körper bilden, der die Elektrode ganz umschließt und dicht an dieser anliegt. Der umschließende zylindrische Körper 14 ist von den Kontaktbacken 3 frei unterstützt, wodurch eine Bewegung einer oder mehrerer Kontaktbacken eine entsprechende Bewegung des umschließenden zylindrischen Körpers 14 zur Folge hat.

Der untere Teil der Kontaktbacken 3 hat vorzugsweise eine in seitlicher Richtung nach unten abnehmende Ausdehnung. Die Länge des abnehmenden Teils erstreckt sich nach unten wenigstens ab dem Bereich, wo die Wirkung des radial zugeführten Kontaktdruckes der Kontaktbacken 3 unberücksichtigt gelassen werden kann. Aus praktischen Gründen können die Kontaktbacken 3 mit Vorteil aus einem oberen und einem unteren Teil zusammengesetzt sein. Die beiden Teile können mittels Planschen o.äo verbunden sein. Die Flanschen 15 können als Unterstützung für den umliegenden zylindrischen Körper 14 dienen. An ihrem oberen Ende können die Kontaktbacken 3 mit einem nach außen gerichteten trichterförmigen Teil 16 versehen sein.

Zwecks Steuerung der Kontaktbacken 3 sind der umschließende Körper 14 und/oder die Kontaktbacken 3 mit zusammenwirkenden

Organen ausgerüstet. Diese dienen zur Steuerung der Bewegung der Kontäktbacken im Verhältnis zu dem umschließenden zylindrischen Körper 14. Die Steuerungsorgane können z.B. einen oder mehrere Schlitze 17 in der Wand des zylinderförmigen Körpers 14 umfassen, sowie einen Zapfen, Bolzen o.a. 18 an den Kontaktbacken 3. Diese Zapfen, Bolzen o.a. 18 greifen gleitbar in die Schlitze 17 ein.

Auf der Innenseite der Fassung zwischen den langgestreckten Backen 3 und der Elektrode 1 kann eine fllissigkeitsdichte Folie 19 (in Fig. 1 nicht gezeigt) angeordnet sein, die die Elektrode 1 umschließt. Die Folie 19 kann z.B. aus Aluminium, synthetischen Textilien oder anderem bekannten Material bestehen. Die Folie 19 ist auf Rollen 20 aufgerollt, die auf gleicher Ebene wie das obere Ende der Elektrode angeordnet sind. Die Anzahl der Folien 19 wird dem Umkreis der Elektrode angepaßt, so daß die Folien 19 sich überlappen. Die Folien können zum Beispiel derartig zusammengeschweißt werden, daß ein dichter Schlauch entsteht, in den die rohe Elektrodenmasse gefüllt wird.

Wie oben erwähnt, ist ^jede einzelne Kontaktbacke 3 bewegbar durch eine Aufhängungsvorrichtung 11, wie z.B. einen hydraulischen Zylinder, aufgehängt. Diese Aufhängungsvorrichtungen 11 können separat oder gemeinsam betätigt werden. Bei der Betätigung einer oder mehrerer Aufhängungsvorrichtungen 11 kann man eine individuelle Bewegung der Backen 3 aufwärts entlang der Elektrodenwand durchfuhren. Beispielsweise kann man eine Nachlaßlänge der Elektrode durch die Fassung von 25 mm vorsehen und eine Elektrodenfassung verwenden, die aus einem System von acht Kontaktbacken 3 besteht. Eine der Backen 3 individuell 25 mm anheben, hat die gleiche Wirkung wie ein Fachlassen der Elektrode um 25 mm durch die Fassung. Die Backe 3» die jeweils den Impuls erhält, sich im Verhältnis zu jeglicher anderen Backe 3 aufwärtszubewegen, wird unabhängig von den anderen den umschließenden Zylinder 14 um die gleiche lange heben, um die sie sich selbst bewegt.

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Claims (11)

LICHTENSTEINSTRASSE 3 FERNSPRECHER: (CBII) 555081 TELEGRAMME: LOMOSAPATENT LANDESZENTRALBANK 50007149 POSTSCHECK-KONTO FFM. 1667-906 Elkem a/s, Middelthuns gate 27, N Oslo 3 Patentansprüche

1) lassung ftir selbstbrennende Elektroden in einem elektrothermischen Schmelzofen, die eine Mehrzahl von Kontaktfbacken umfaßt, die mittels Druckvorrichtungen und einem außen rund um die Druckvorrichtungen angebrachten Gegenhalt gegen die Elektrode gepreßt werden und die ebenfalls mit Vorrichtungen zur Führung von Strom, Kühlflüssigkeit und/oder Druckmedium ausgerüstet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbacken 3 sich wenigstens bis hinauf zu dem Bereich erstrecken, wo die rohe Elektrodemnasse von der SchmelzJblitze noch unbeeinflußt ist, daß rund um die Elektrode (fl) außen an den Kontaktbacken (5) ein zylindrischer Körpefr (14-) angeordnet ist, der sich von dem Bereich der Druckvorrichtungen (A-) aufwärts erstreckt und gegen dessen Innenflächen jede Kontaktbacke gleitbar aufgelagert ist, wobei 3ede Kontaktbacke separat aufgehängt ist und die Gleitbacken individuell im Verhältnis zueinander und im Verhältnis zu dem umschließenden zylindrischen Körper (IA) bewegbar sind.

2) Passung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper (14) sich nach oben über den Bereich hinaus erstreckt, wo die rohe Elektrodenmasse flüssig ist,

3) Fassung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbacken (3) und eventuell der umschließende

zylindrische Körper (14) sich nach oben "bis zu einer Ebene erstreckt, die derjenigen entspricht, wo die rohe Elektrodenmasse der Elektrode zugeführt wird.

4) Fassung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbacken (3) eine solche seitliche Ausdehnung haben, daß sie einen zylindrischen Körper bilden, der in vertikaler Richtung aufgeteilt ist und zusammen die Elektrode (1) umschließt.

5) Fassung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der umschließende zylindrische Körper (14) nach unten auf einer Ebene abgeschlossen ist, die in dem Bereich der Backzone über den Druckvorrichtungen (4) liegt.

6) Fassung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der umschließende zylindrische Körper (14) von den Kontaktbacken (3) frei unterstützt ist, so daß eine Bewegung einer oder mehrerer Kontaktbacken eine entsprechende Bewegung des umschließenden zylindrischen Körpers zur Folge hat.

7) Fassung nach einer der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Kontaktbacken (3) eine nach unten in seitlicher Richtung abnehmende Ausdehnung hat.

8) Fassung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der abnehmende Teil der Kontaktbacken (3) sich wenigstens ab dem Bereich nach unten erstreckt, wo der radial *J:ugeführte Kontaktdruck der Backen unberücksichtigt gelassen werden kann.

9) Fassung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der umschließende zylindrische Körper (14) und/ oder die Kontaktbacken (3) mit einer Vorrichtung zur Steuerung der Bewegung der Kontaktbacken im Verhältnis zu dem umschliessenden zylindrischen Körper (14) ausgerüstet sind.

10) Fassung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsvorrichtungen einen Schlitz (17) in der Wand des zylindrischen Körpers (14) umfassen sowie einen Zapfen, Bolzen (18) oder ähnliches auf den Kontaktbacken (3), wobei der Zapfen oder dergleichen gleifbar in den Schlitz eingreift.

11) Passung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der Fassung zwischen den langgestreckten Backen (3) und der Elektrode (1) eine fllissigkeitedichte Fo}.ie angeordnet ist, die die Elektrode umschließt und die vorzugsweise aus Aluminium, synthetischen Textilien oder anderem bekannten Material gebildet ist.