DE2040854A1

DE2040854A1 - Verfahren zum Bedienen selbstsinternder Elektroden und eine Elektrodenstruktur zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2040854A1
Application number: DE19702040854
Authority: DE
Inventors: Mario Cavigli
Original assignee: Montedison SpA
Current assignee: Montedison SpA
Priority date: 1969-08-22
Filing date: 1970-08-18
Publication date: 1971-03-04
Also published as: BE755140A; US3624261A; CH510241A; NO127374B; NL7012133A; FR2058897A5; JPS4815975B1; SE371734B; DE2040854B2; GB1268619A; DE2040854C3

Description

PATENTANWÄLTE O Γ» / Γ» Ο Γ /

dr. ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBUHG-MÜNCHEN ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBTJHG 36 · NEUER WAU 41

TEl. 36 74 28 UND 364115

IElEGB. NEOEDAPATENT HAMBURG

MONTECATINI EDISON S.p.A. München ia mozartstr. 23

TEL. 3380086

Poro Buonaparte, 31 1 teie_Oh. negeisapatent München

Mailand/Italien

Hamburg, den 17. August 1970

Verfahren zum Bedienen selbstsinternder Elektroden und eine Elektrodenstruktur zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedienen selbstsinternder Elektroden. Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum kontinuierlichen Messen des Sintergrades von selbstsinternden Elektroden, besonders geeignet für Öfen mit abgedeckten Lichtbogen, Die Erfindung betrifft außerdem eine Elektrodenstruktur zur Durchführung des Verfahrens .

Selbstsinterade Elektroden sind bekannt und werden seit langem in abgedeckten Lichtbogenöfen zur Erzeugung von Metallen, Legierungen und dergleichen benutzt.

Es ist bekannt, daß eine selbstsinternde Elektrode im wesentlichen aus einer metallischen, einen kreisförmigen Durchmesser aufweisenden, senkrecht angeordneten Hülse und

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und einer Kohlemasse darin besteht. Die metallische Hülse weist meist in ihrem Inneren eine metallische Verstärkungsstruktur auf. Einer der Zwecke dieser Struktur besteht darin, daß sie das Gewicht der Kohlemasse tragen soll. Die Elektrodenhülse wird an ihrem oberen Ende mit einer rohen, Elektroden bildenden Paste gefüllt, weiche aus Stücken kalzinierter Kohle unterschiedlicher Partikelgröße mit einem Binder, gewöhnlich Pech, vermischt, besteht. Infolge der im Ofen entwickelten Hitze und der Joule'sehen Wärme, entstanden durch den Widerstand, die dem Strom während seines Durchganges durch die Elektrode entgegengesetzt wird (dem Elektrodenstrom), erfährt die Elektroden bildende Paste eine allmähliche Umbildung. Die Kohlemasse kann schematisch von der Spitze nach unten in vier Zonen unterteilt werden· In der ersten oder oberen Zone, wo die Temperatur unter etwa 100 °C liegt, ist die Paste in festem Zustand. In der zweiten Zone, wie die Temperatur im allgemeinen etwa 100 bis 300 C beträgt (abhängig von den Eigenschaften der rohen Paste), nimmt die Paste die Eigenschaften einer flüssigen Phase an, ihre Viskosität nimmt allmählich nach unten ab. In dieser Zone wird die Paste als "geschmolzen·¹ bezeichnet. In der dritten Zone, wo die Temperatur im allgemeinen zwischen etwa 300 und 700 C liegt, ist die Paste in ihrem Sinterzuatand. Tear und Pech zersetzen sich und destillieren ab. Die Elektroden bildende Paste verändert sich allmählich in eine zähe kompakt· Kohlemasse, die als Träger des Ilektrodenstromes geeignet ist.

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In der vierten oder untersten Zone, woe die Temperatur über 700 °C beträgt, ist die Elektrode gesintert.

Wenn die gesinterte Elektrode allmählich in den Ofen gesenkt wird, um ihren Verbrauch zu kompensieren, erstreckt sich der Umwandlungsprozeß auf neue Teile der Elektrode. Ein neuer Teil geschmolzener Masse tritt in den Sinterzustand ein und ein neuer Teil fester Paste geht in den Schmelzezustand über.

Es ist auch hekant, daß metallische Leiter, die der Elektrode den Strom zuführen, an dem gesinterten Teil der Kohlemasse befestigt werden müssen, d.h. am leitenden Teile

Wenn, während der Ofen in Betrieb ist, die Elektrode periodisch tiefer in ihn gesenkt wird, müssen die Leiter zu einer neuen Elektrodenzone verschoben werden. Dies Verschieben der Elektrode mit Bezug auf die elektrischen Leiter (was gewöhnlich als Verschieben der Elektrode bezeichnet wird) wird allgemein in periodischen Abständen ausgeführt. Das zum Beispiel tägliche Verschieben einer Elektrode muß selbstverständlich dem Verbrauch der Elektrode während dieser Periode entsprechen· Die Verschiebungsfrequenz und die dieser entsprechenden Länge jeder Verschiebung hängt vom Sintergrad

ab
der Elektroden bildenden Paste/ während vermieden werden muß, daß die elektrischen Leiter, die der Elektrode den Strom zuführen, an einer noch nicht gesinterten Stelle der

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Elektrode, also einer elektrisch schlecht leitenden Zone, angebracht werden. In einem solchen Fall würde dem Fluß des elektrischen Stromes ein großer Widerstand entgegengesetzt und, wenn der Elektrodenstrom nicht Vermindert würde (mit einem entsprechenden Stromverlust), bis die normalen Sinterbedingungen wieder hergestellt worden sind, könnte die infolge des Joule'sehen Effektes entstehende übermäßige Härme zu einer Zerstörung der Elektrode führen. Es kann sogar zu einem Bruch der Elektrode selbst kommen.

Das Messen des Sintergrades der Elektrode hat bis jetzt erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Tatsächlich hat man sich auf eine unbestimmte Bewertung hinsichtlich der Temperatur der Elektrode in der Zone der elektrischen Kontakte zu stützen. Die Bewertung der Temperatur ist jedoch infolge des Vorhandenseins dieser Kontakte schwierig und wird sogar ganz unmöglich, wenn andere Vorrichtungen diese Zone abschirmen, wie es z. B. bei geschlossenen Öfen der Fall ist«

In der Praxis geht der die Vorrichtung Bedienende auf sehr behutsame Weise vor, indem er die Elektroden häufig und nur wenig verschiebt, was jedoch eine lästige Arbeit bedeutet und die Gefahr des Bruches der Elektrode, wenn der Sintergrad geringer ist als normal, nicht ausschließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum

Bedienen selbstsinternder Elektroden, Insbesondere von

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Elektroden in verdeckten Lichtbogenofen zu schaffen. Genauer gesagt soll ein Verfahren zum kontinuierlichen Messen des Sintergrades von selbstsinternden Elektroden geschaffen werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren ' zum kontinuierlichen Messen des Sintergrades einer selbstsinternden Elektrode, bestehend aus einer senkrecht angeordneten Hülse kreisförmigen Querschnittes, welche eine Kohlemasse enthält, die aus einer oberen Schicht aus ungesinterter Elektroden bildender Paste und einer unteren Schicht aus gesinterter Elektrodenmasse besteht, wobei die Schichten senkrecht übereinander angeordnet sind, und ein elektrischer Strom durch die Elektrode fließt» Es dsfc dadurch gekennzeichnet, daß

1) ein Stab aus elektrisch leitendem Material in der Kohlemasse vorgesehen wird derart, daß der Stab sowohl durch die die ungesinterte Elektrode bildende Paste als auch durch die gesinterte Masse hindurchgeht,

2) der Spannungsabfall zwischen dem Stab und der Hülse gemessen wird und

3) das Verhältnis zwischen dem Spannungsabfall und dem Elektrodenstrom gemessen wird.

Ea ist gefunden worden, daß der Wert aus dem so erhaltenen Verhältnis (von jetzt ab mit "Index Cⁿ oder kürzer mit "C" bezeichnet) ein Maß für dt* Sintergrad der Elektrode ist.

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Genauer gesagt ist der Wert des Index C umgekehrt proportional dem Sintergrad der Elektrode, insofern als hohe C-Werte niedrigen Sintergraden entsprechen und was praktisch einem Zustand der Elektrode entspricht, in welchem sie ein Verschieben oder hohe Stromdichten nicht zuläßt.

Dieses Verhältnis, welches eine umgekehrte Proportionalität zwischen C und dem Sintergrad bedeutet, ist gewählt, weil - bei konstantem Elektrodenstrom - die Messung des Index C zu einer einfachen Spannungsmessung vereinfacht wird.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, durch das die Nachteile und die Ungenauigkeiten der oben erwähnten bekannten empirischen Bewertungsmethoden überwunden sind»

Das erfindungsgemäße Verfahren macht eine kontinuierliche und sichere Information über den Sintergrad der Elektroden bildenden Paste möglich und gestattet dadurch zu bestimmen, um wie viel die Elektrode mit Bezug auf die elektrischen Kontakte verschoben werden kann, ohne den Elektrodenstrom und damit die Austrittekapazität des Ofen· herabsetzen zu müssen und ohne Gefahr zu laufen, daß Bruch eintritt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, den Sinterprozeß der rohen Elektroden bildenden Paste laufend zu verfolgen (z. B. wenn ein Ofen zum ersten Mal in Betrieb gesetzt wird oder nachdem ein Ofen längere Zeit stillgestangen hat) durch die dauernde Anzeige des Fort-

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schreitens des Sinterns bis zum Erreichen des normalen Sintergrades.

Die Erfindung soll nun noch näher beschrieben werden anhand der Figuren, von denen zeigen;

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer seIbsinternden Elektrode und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig. 2, 3 und k

graphische Darstellungen, in denen der Index C gegenüber der Zeit aufgetragen ist, und zwar in verschiedenen Situationen, sowohl normalen wie abnormalen, die beim Selbstsintern einer Elektrode auftreten können«

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der elektrisch leitende Stab in einer im wesentlichen senkrechten Stellung und in einer zentralen Zone der Elektrode angeordnet· Vorzugsweise wird der leitende Stab axial mit Bezug auf die Elektrode in Stellung gebracht. Aber auch wenn er in einer anderen Stellung ist, werden zufriedenstellende Ergebnisse erhalten. Der untere Teil des leitfähigen Stabes wird gut in die gesinterte Zone der- Kohlemasse eingetaucht, so daß guter elektrischer Kontakt sichergestellt ist.

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Um diesen elektrischen Kontakt zu erleichtern, wird ein Material, z. B. Metall, ausgewählt, das den höchst möglichen Schmelzpunkt hat, aber der Forderung entspricht, daß es zusammen mit der Elektrode verbraucht wird.

Die Wahl des geeignetsten Materials, das von der Art des Verfahrens, für welches die Elektrode benötigt wird, abhängt, bereitet einem Fachmann keinerlei Schwierigkeiten»

Um den elektrischen Kontakt noch zu verbessern, kann der leitfähige Stab so geformt werden, daß er der Kohlemasse eine große Kontaktfläche bietet, ζ. Β. zu einem Streifen oder Band oder einer anderen entsprechenden Form, wie sie von einem Fachmann leicht festgelegt werden kann«

Der leitfähige Stab soll zusammen mit der Kohleelektrode verbraucht werden und muß daher periodisch durch Zufügen eines Leiterabschnittes ersetzt werden. Dieses Zufügen kann auch auf einfache Weise durchgeführt werden, z. B. durch Anschweißen eines neuen Stabschnittes am oberen Ende des leitfähigen Stabes·

Genauer auf Figo 1 Bezug nehmend, zeigt sie eine selbstsinternde Elektrodenvorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrene nach der Erfladung geeignet ist.

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Die zylindrische Hülse 1 enthält die Kohlemasse 5, bestehend aus einer Schicht fester roher Paste 2, einer Schicht geschmolzener Paste 3, einer Sinterzone 4 und einem Abschnitt gesinterter Elektrode 5. Die stromleitenden Platten 6 und Leiter 7 verbinden die Elektrode mit dem äußeren elektrischen Stromkreis_r der in Fig. 1 nicht gezeigt ist.

Aus Gründen der Vereinfachung ist die innere verstärkende Struktur der Elektrode nicht wiedergegeben, ebenso nicht die Abbildung des Ofens, in welchem die Elektrode angebracht ist.

Der Metallstab 8 (Fig. 2) ist axial mit Bezug auf die Elektrode angeordnet« Um den Stab 8 in seiner axialen Stellung in der Kohlemasse zu halten, sind Spannbolzen (in der Figur nicht gezeigt) aus isolierendem Material vorgesehen, die den Stab 8 mit der Verstärkungsstruktur der Elektrode verbinden«,

Eine Vorrichtung 9 zum Messen des Spannungsabfalles zwischen dem Stab 8 und der Hülse 1 ist durch Leiter und 11 mit dem oberen Ende des Stabes 8 und der Hülse 1 verbunden·

Di· Messung de« Spannungsabfalles wird vorzugsweise zwischen der Hüls· 1 und dem Stab 8 vorgenommen, insofern

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als bei der Messung zwischen dem Stab 8 und den stromführenden Platten 6 der Kontaktwiderstand zwischen der Hülse 1 und den Platten 6 die Empfindlichkeit des Verfahrens verschlechtern würde. Die Messung des Elektrodenstromes wird durch Leiter 12 und 13 an die oben genannte Vorrichtung 9 weLt ergegeben·

Das folgende Beispiel soll die Erfindung noch besser erläutern.

BEISPIEL

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen. In einem dreiphasigen elektrischen Ofen, in welchem Calciumcarbid erzeugt wird, hatten die Elektroden einen Durchmesser von 950 mm, waren in Dreieckschaltung verbunden und wurden von einem Dreieck-Anpassungs-Transformator mit Wechselstrom versorgt. Die Elektroden hatten eine Außenhülse aus Stahlfolie mit einer Verstärkungsstruktur im Inneren, bestehend aus sechs Rippen, die radial an der Innenwand der Außenhülse angeschweißt waren. Auf der Achse jeder Elektrode war •in Stahlband von 33 mm Breite und 2 mm Dicke angeordnet.

Di· Vorrichtung 9 war ein doppelt bewegbarer Videretand·- anzeigemesser.

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Geeignet isolierte und geschützte Leiter 10 und 11 verbanden das obere Ende des Stabes 8 und der Metallhülse 1 mit dem Widerstandsanzeigemesser 9· Diesem Gerät 9 wurde auch die Größe des Elektrodenstromes übermittelt, der in geeigneter Weise von einem Stromtransformator auf der Primärseite der Stromquelle des Transformators für den Ofen (der Einfachheit halber in Fig. 1 nicht gezeigt) abgenommen wurde.

Dieser Widerstandsanzeigemesser zeigte das Verhältnis zwischen den beiden eingeführten Größen an. Der Elektro-s denstrom bei normal arbeitendem Ofen betrug ^5 000 A₀ Der Spannungsabfall, zwischen der Hülse 1 und dem Stab 8 angezeigt, schwankte von etwa 0,2 bis etwa 0,8 V, abhängig vom Sintergrad der Elektrode und dem Elektrodenstrom.

Es ist gefunden worden, daß bei einem konstanten Elektrodenstrom einer Stromstärke von 45 000 A der Spannungsabfall von 0,2 V genau dem Sintergrad entsprach,und folglich war die Verschiebung der Elektrode möglich.

Der Einfachheit halber war die Skala der Anzeigevorrichtung 9 so geeicht, daß das Verhältnis 0,2/^5 000 dem Index C in Fig. 1 entsprach. Index C, der von der Vorrichtung 9 angezeigt wird, schwankte zwischen 1 und etwa 2,3, abhängig vom Sintergrad der Elektrode. Zahlen

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für den Index C gleich oder kleiner als 1 entsprachen einem ausgezeichneten Sintergrad, der ein Verschieben der Elektrode gestattete. Umgekehrt entsprachen Zahlen für Index C über 1 zunehmend schlechteren Sintergraden und der Gefahr des Bruches. Es ist einzusehen, daß die Beziehung zwischen C = 1 und dem Verhältnis 0,2/^5000 nur für die vorher beschriebene selbstsinternde Elektrode gültig ist.

Wenn die Charakteristiken der Elektrode (wie z. B. Durchmesser, Zusammensetzung der Elektroden bildenden Paste, Hülse, Rippengestalt, Art der Stromzuführungsleitungen usw.) geändert werden, ändern sich die Werte des Index C, die guten und schlechten Sinterbedingungen entsprechen, ebenfalls. Wenn mit einem feststehenden und konstanten Elektrodenstrom gearbeitet wird, ist nach Bestimmung des Spannungsabfalles, der den besten Sinterbedingungen entspricht, die Skala des Anzeigegerätes 9 neu zu eichen, und die Zahl 1 des Index C entsprechend dem neuen Verhältnis

der den besten Sinterbedingungen entsprechende Spannungsabfall

Elektrodenstrom zu machen.

In Fig. 2 ist eine typische Kurve für Index C gezeigt. Die Elektrode wurde jede Stunde 2 cm nach unten verschoben,

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ohne den Elektrodenstrom zu ändern. Jede Verschiebung wurde deutlich durch ein plötzliches Ansteigen des Index C angezeigt, welcher sofort auf den Wert von etwa dem 1,5-fachen der vorausgehenden Verschiebung fiel. Danach kam der Index C im Laufe 1 Stunde auf seinen normalen Wert 1 zurück, das Sintern eines Teiles der Elektrode anzeigend, der dem nach unten verscho-benen Teil entsprach.

Fig. 3 zeigt die Kurve für Index C während der Zeit, die unmittelbar auf die in Fig. 2 gezeigte folgt. Die Elektrode war nach den wiederholten Verschiebungen, die in Fig. 2 gezeigt sind, sehr lang_o Das Verschieben wurde danach 11 Stunden ausgesetzt. Während dieser Zeit fiel der Wert C unter 1 und stabilisierte sich um 0,8, was einen höheren Sintergrad als normal anzeigte.

Fig. 4 schließlich zeigt eine gefährliche Situation, was durch die Kurve des Index C deutlich wird. Die Elektrode wurde um 8 cm um 10 Uhr verschoben und um 11 Uhr, bevor C seinen Normalwert wieder-erlangen konnte, um weitere 4 cm_o Der Index C kehrte nach dem gewöhnlichen vorübergehenden Maximum auf die Zahl 2,2 zurück, während die Elektrode, mit dem normalen Strom von 45000 A belastet, die ernste Gefahr des Zusammenbruches zeigte, was dazu zwang, augen blicklich den Strom auf 20000 A herabzusetzen mit einer ■ich daraus ergebenden Verminderung der Ausgangskapazität des Ofen··

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen Messen des Sintergrades einer selbstsinternden Elektrode, bestehend aus einer senkrecht angeordneten Hülse kreisförmigen Querschnittes, welche eine Kohlemasse enthält, die aus einer oberen Schicht aus ungesinterter Elektroden bildender Paste und einer unteren Schicht gesinterter Elektronenmasse besteht, wobei die Schichten senkrecht übereinander angeordnet sind, und ein elektrischer Strom durch die Elektrode fließt, dadurch gekennzeichnet, daß

1) ein Stab aus elektrisch leitendem Material in der Kohlemasse vorgesehen wird derart, daß der Stab sowohl durch die die ungesinterte Elektrode bildende Masse als auch durch die gesinterte Masse hindurchgeht,

2) der Spannungsabfall zwischen dem Stab und der Hülse gemessen wird und

3) das Verhältnis zwischen Spannungsabfall und Elektrodenstrom gemessen wird.

2. Selbstleitende Elektrodenstruktur zur Durchführung des Verfahrens nach Xspruch 1, gekennzeichnet durch

a) eine senkrechte Hülse (i) kreisförmigen Querschnittes zur Aufnahme einer Kohlemasse (5)ι die aus einer oberen Schicht ungesinterter Elektroden bildender Paste und einer unteren Sohicht einer gesinterten Elektrodenmasse

besteht, wobei beide Sohichten senkrecht übereinander

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angeordnet sind,

b) einen Stab (8) aus elektrisch leitendem Material, der in der Kohlemasse (5), durch deren beide Schichten hindurchgehend, angeordnet ist,

c) Mittel (9) zur Messung des Spannungsabfalles zwischen dem Stab und der Hülse (1), einschließlich Leiter (1O, 11), welche die Mittel (9) mit dem Stab (8) und der Hülse (1) verbinden,

d) Mittel zur Messung des Elektrodenstromes und

e) Mittel zum Inbeziehungsetzen des gemessenen Spannungsabfalles mit de» gemessenen Elektrodenstrom,

3· Elektrodenstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (8) senkrecht angeordnet ist,

k» Elektrodenstruktur nachAnspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (8) mittig zur Elektrodenachse angeordnet ist,

5, Elektrodenstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (8) axial zur Elektrode angeordnet ist,

6». Elektrodenstruktur nach Anspruch 2 bis 5f dadurch gekennzeichnet, daß der Stab aus Metall ist,

7« Elektrodenstruktur nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (8) aus einem Metall ist, welches sich gleichzeitig mit der Kohlemasse verbraucht.

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Elektrodenstrtiktur nach Anspruch 2 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (8) die Form eines Streifens oder Bandes hat„

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