EP3804464A1 - Selbstbackende elektrode - Google Patents

Selbstbackende elektrode

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Publication number
EP3804464A1
EP3804464A1 EP19727045.7A EP19727045A EP3804464A1 EP 3804464 A1 EP3804464 A1 EP 3804464A1 EP 19727045 A EP19727045 A EP 19727045A EP 3804464 A1 EP3804464 A1 EP 3804464A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
loop
zone
tube
electrode
loops
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19727045.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Becker
Stefan Bauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinfelden Carbon Products GmbH
Original Assignee
Rheinfelden Carbon & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rheinfelden Carbon & Co KG GmbH filed Critical Rheinfelden Carbon & Co KG GmbH
Publication of EP3804464A1 publication Critical patent/EP3804464A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/10—Mountings, supports, terminals or arrangements for feeding or guiding electrodes
    • H05B7/109—Feeding arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/06—Electrodes
    • H05B7/08—Electrodes non-consumable
    • H05B7/085—Electrodes non-consumable mainly consisting of carbon
    • H05B7/09—Self-baking electrodes, e.g. Söderberg type electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/10—Mountings, supports, terminals or arrangements for feeding or guiding electrodes
    • H05B7/107—Mountings, supports, terminals or arrangements for feeding or guiding electrodes specially adapted for self-baking electrodes

Definitions

  • the invention relates to a device for a self-baking electrode and a method for operating this device.
  • Soderbergelektrode self-baking or self-calcining electrodes are to be understood with the following technical principle: An electrode mass (lumpy and solid at room temperature), comprising carbon support such as anthracite, petroleum coke, graphite and a coal tar melt which melts by electrically supplied energy and process heat at 1 20 - 200 ° C and forms a liquid to pasty, uncoked mass. Above 500 ° C and above, the electrode mass changes into the solid, ie coked, state, and its electrical resistance decreases.
  • the electrode composition is at temperatures of about 2000 ° C in egg nem graphitized state.
  • this electrode technology is used in electric arc furnaces, for example in the reduction of ferroalloys.
  • the Söderbergelektrode for smelting reduction furnaces for the production of silicon comprises a cylindrical housing in the form of a sheet metal jacket, wherein within the sheet metal jacket, a continuously extendable graphite electrode is guided, which is correspondingly smaller, ie, has a smaller diameter than the metal jacket.
  • the sheet metal jacket is continuously filled with electrode material, for example in the form of briquettes. crowded.
  • the graphite electrode whose main function is the holding of the Söderberg mass, can be moved within the metal jacket in the vertical direction up and down. As a result of the downward movement of the graphite electrode, the electrode mass is moved within the sheet metal jacket.
  • the graphite electrode is continuously extended by joining together individual graphite electrode pieces.
  • the region in which a graphite electrode piece adjoins and is connected to a further electrode electrode piece is referred to as a nipple zone.
  • the so-called replenishment and lengthening of the graphite electrode prolongs that part of the electrode which is consumed due to the reduction process (so-called electrode burn-up).
  • the energy input from the Elekt rodenmasse the baked and electrically conductive electrode is produced results, on the one hand from the process heat of the furnace and the other from the current passage, which is introduced via contact jaws in the jacket.
  • composite technology As problematic at the Söderbergelektrode with graphite electrode in the core but has ever proven the high thermal conductivity of graphite. The heat transfer within the graphite electrode leads to a large temperature gradient between the electrode surface and the center of the electrode.
  • Object of the present invention is to solve at least one known from the prior art disadvantage.
  • the device according to the invention for a self-baking electrode wherein the Elekt has at least three zones, namely a first zone with unverkokter carbon-containing material, a second zone, which adjoins the first zone in which the carbonaceous mass is present in a pasty to liquid form and a third zone, which adjoins the second zone in which the carbonaceous mass is present in a concave manner, comprises a vertically (y) raisable and lowerable tube and an extendible egg-shaped element for absorbing tensile forces.
  • Eialteelement is an extendable rigid element, such as a rod or a verlän gerbares flexible element, such as a rope. Both elements consist at least partially of a temperature-resistant material with a temperature resistance of at least 1000 ° C. The material used is, for example, a high-temperature steel or mate rials based on carbon fiber used. At least the first and the second Zo ne of the electrode are surrounded by a cylindrical housing. The tube runs partially inside the cylindrical housing, passing through the first and second zones and ends above the third zone. The holding element extends partially within the
  • a first end of the retaining element is detachably connectable to a fastening element, a second end of the retaining element opens into the third zone and is anchored there.
  • the pipe serves to exert shear or pressure forces on the carbon-containing mass from. It can be raised and lowered in the vertical direction. In this way, the carbonaceous mass can be moved relative to the cylindrical housing. In this process one speaks of the Nachemper.
  • the tube has for this purpose corresponding tel on which allow this vertical movement.
  • These means are connected to the structural system structure surrounding the device according to the invention.
  • the means are, for example, two, seen in the vertical direction, against oppositely arranged clamping rings which are connected by a Nachsetzhydraulik example, Verstellzylinder together.
  • the first clamping ring is called the upper clamping ring and the second clamping ring, which is seen in the vertical direction, below the first clamping ring, the so-called lower clamping ring.
  • the tube runs inside these two clamping rings and is clamped by them.
  • the resetting can be described as follows: The lower of the two clamping rings is opened, the upper clamping ring clamps the tube firmly and is lowered hydraulically in the direction of the lower clamping ring. The lower clamping ring is closed and holds the tube by clamping. The upper clamping ring is opened and moved hydraulically to its original position, upwards.
  • the tube is dimensioned so that already existing means for Nachsetz, which were originally used for the graphite electrode, can be used.
  • the tube is moved vertically within the first and second zones, but not within the third zone, since the tube would bake into the carbonaceous mass here.
  • the pipe pushes against the third zone.
  • a termination element is provided which assists the Nachsetzvorgang.
  • the inventive device is at the portion of the tube which runs within the cylindrical housing a connec mer provided, which presses against the first zone of the electrode at a lowering of the tube.
  • This follower supports the movement of the carbonaceous mass relative to the cylindrical housing during readjustment.
  • the driver is designed so that the continuous filling with chunky carbonaceous mass is possible without hindrance.
  • An exemplary embodiment is a star-shaped arrangement of individual ner driver elements on the outside of the tube. Depending on the embodiment, only one driver or a closing element or both can be provided on the pipe.
  • the tube is provided with openings or perforations, for example perforations or slots. This allows the Söderberg mass to get inside the pipe.
  • the tube preferably made of aluminum
  • the tube is arranged concentrically with the cylindrical housing of the electrode. This arrangement is ideal for the distribution of tensile and compressive forces.
  • the tube is made of metal, for example steel. To avoid a mouth in the third zone, as this would lead to a harmful iron entry.
  • the tube is made of a non-ferrous metal, such as aluminum (and opens into the third zone).
  • the second function of the tube is to protect the extendible egg member, which extends partially within the tube. This applies in particular in the first zone in which the carbonaceous mass is present in uncoked form.
  • Uncoupled means the carbonaceous mass lies, inter alia, in lumpy form, for example in the form of briquettes, which are supplied continuously, as usual in Söderberg technology
  • the ice element is at least partially made of carbon fibers.Carbon fibers are generally susceptible to shearing and buckling movements, it requires effective protection against rubbing de and The primary purpose of the egg tube element is to hold the electrode, which has an electrode weight of several tons, and a temperature resistance of 1,000 ° C and higher to ensure there Otherwise, the egg whisk could not perform the necessary egg function.
  • the inventive device has the already mentioned verlän gerbare retaining element for receiving tensile forces.
  • a first end of the Garele element is releasably connected to a fastener.
  • the fastening element is designed as a bolt in which the retaining element can be suspended or as a clamp into which the retaining element can be clamped.
  • the second end of the holding element opens into the third zone.
  • the carbon-containing mass is here in a coked form, that is solid form. That region of the holding element which runs in this zone is "baked in” there, in other words anchored.
  • the retaining element is a rope in the form of a fiber composite of heat-stable fibers, for example in the form of a woven, knitted, knitted, braided or unidirectional fiber orientation, or as a combination thereof.
  • the rope is a braid with preferably loose braiding in order to minimize kinks and friction under tensile load or to be able to achieve maximum tensile strength.
  • the rope is a braided tubular fabric of Car bon fibers, which is overlapping (for example, about 20 cm) is formed as a loop and sewn by means of carbon fiber yarn.
  • a loop element has a loop length optimized for the oven and the user (a loop length of 4m then corresponds to an extension of the electrode suspension of 2 m).
  • the rope comprises a plurality of interconnected loops.
  • a second loop passes through a first loop.
  • a Mixbe rich Between the first and second loop is amaschinebe rich, dividing the second loop into a first loop part and a second loop part.
  • a third loop passes through the two loop parts of the second loop.
  • Between the second and the third loop is a contact area, which is the third Split the loop into a first loop part and a second loop part (etc.). In this way, the rope can be extended continuously and endlessly.
  • the contract area (or contact areas) between successive loops with a synthetic fiber composite (for example, a woven, knitted, knitted, braided or unidirectional fiber orientation or a combination thereof) as a shell for protecting the contact area and the Promotion of the elasticity of the loop chain covered.
  • a synthetic fiber composite for example, a woven, knitted, knitted, braided or unidirectional fiber orientation or a combination thereof
  • the synthetic fibers are, for example, aramid and / or para-aramid fibers, such as Kevlar® (poly (p-phenylene-terephthalamide), Nomex® (aramid of m-phenylenediamine and isophthalic acid), Twaron®, Technora, Teijinconex, phenol-formaldehyde fibers such as Kynol, polyamide / polyimide fibers such as Kermel, Polybenzimidazolfasem or fiber blends is from.
  • Kevlar® poly (p-phenylene-terephthalamide), Nomex® (aramid of m-phenylenediamine and isophthalic acid), Twaron®, Technora, Teijinconex, phenol-formaldehyde fibers such as Kynol
  • polyamide / polyimide fibers such as Kermel, Polybenzimidazolfasem or fiber blends is from.
  • one or more additional pile points may be created at regular or irregular intervals of, for example, 10 cm to 30 cm.
  • short carbon fiber parts such as pieces of rope or cords, which are provided at the ends with knots, braided into the loop or inserted through the loop.
  • the short carbon fiber parts are knotted at a distance of about 20 cm as a cross member.
  • the carbon fiber parts are of a length between 1 5 cm and 40 cm and a diameter between 1 0 mm and 20 mm.
  • the retaining element is a rod comprising a plurality of individual rod elements operatively connected to each other.
  • the individual rod elements are joined by operatively connecting their ends to a rod. In this way, the rod is extended continuously.
  • Wirkverbinden example a screw or a plug connection to understand.
  • a first step the carbon-containing mass of the three zones is moved relative to the housing by a vertical lowering movement of the tube. This step is repeated periodically until the tube has reached the end of the second zone. Subsequently, the relief of the retaining element by reduction of the holding element we kenden tensile forces, followed by the extension of the retaining element and securing the extended retaining element by means of fastening element. Then, the tensile force is applied to the extended retaining element and the tube is raised until it is again within the first zone. Thereafter, the first step takes place again.
  • the extension of the holding element in which the holding element end, which is connectable to the fastening element is carried out by connecting with at least one further loop or extended with at least one further rod element.
  • Figure 1 shows schematically a partial sectional view (longitudinal section) through a self-baking electrode with inventive device, wherein the holding element is designed as a rope and the tube is etc.
  • Figure 2a shows schematically a part of the holding element and its structure of the individual loops.
  • Figure 2b shows schematically a single loop of the Flaltiatas, which is provided with fürge stuck carbon fiber parts and a sheath in the contact area.
  • FIG. 3 shows schematically a partial sectional illustration (longitudinal section) through a self-baking electrode with a device according to the invention, wherein the
  • Holding element is designed as a rod with individual rod elements and the tube is designed with drivers.
  • Figure 4 shows schematically a partial sectional view (longitudinal section) by a self-baking electrode with inventive device, wherein the holding element is designed as a rope and the tube (without driver) is Perfo ured.
  • FIG. 1 schematically shows a partial sectional view through the self-baking electrode with a device according to the invention.
  • the electrode 1 comprises a cylindrical housing 2 in the form of a sheet metal jacket, which is continuously filled with lumped carbonaceous material (briquettes).
  • On the cylindrical housing 2 means 9 are arranged, with which the housing can be moved in the vertical direction.
  • These means are connected to the structural plant structure which surrounds the device according to the invention (not visible in FIG. 1).
  • the means are, for example, two, in the vertical direction hen hen, oppositely disposed Mantelklemmringe 91 and 92, which are connected by a Nachsetzhydraulik, for example Versetzzylinder 93 together.
  • the first jacket clamping ring 91 is referred to the upper jacket clamping ring 91 and the second jacket clamping ring 92, which is seen in the vertical direction, below the first Mantelklemmrings, so-called lower Mantelklemmring 92.
  • the cylindrical housing 2, that is, the metal jacket extends within these two jacket clamping rings 91st , 92 and is held by these clamped.
  • the mantle resetting is carried out by mutual opening of the jacket clamping rings 91, 92 and corresponding vertical movements triggered by the Nachsetzhydraulik, ie the Versetzzylinder 93.
  • the Mantel-Nach can be described as follows: The lower of the two Mantelklemmringe 92 is opened, the upper Mantelklemmring 91 holds the cylindrical housing 2 clamped firmly and is hydraulically lowered in the direction of the lower jacket clamping rings 92. The lower clamping ring 92 is closed and holds the cylindrical housing 2 by clamping. The upper jacket clamping ring 91 is geöff net and hydraulically moved to its original position upwards. About so-called contact jaws 3, also arranged on the cylindrical housing 2, the electrode 1 is supplied electrical energy. Another energy source is the thermal energy emitted by the melt.
  • the lumpy carbon-containing mass also referred to as uncoked Söderberg mass
  • solid state one speaks of a coked Söderberg mass.
  • the first zone 4 comprises uncoked carbonaceous mass.
  • this mass is pasty to liquid and in the third zone 6 in a coked form.
  • Zone 6 is shown only partially in FIG. At this Zone is that region of the electrode 1 which dips into the reaction zone of the furnace (not visible in FIG. 1).
  • ore (Si0 2 ) is reduced by carbon addition (eg Elolzkohle, low-ash coal and wood chips) to metallic silicon.
  • carbon addition eg Elolzkohle, low-ash coal and wood chips
  • the necessary electrical energy arc or plasma
  • the electrode 1 consumes itself.
  • FIG. 1 Shown in FIG. 1 is a tube 7. This is partially arranged outside the electrode (region 71) and partly within the electrode (region 72). A section of the tube 7, which is arranged in the region 72, passes through the first and the second zone 4, 5. The tube 7 does not reach the third zone 6, in which the carbon is in a coked state and thus in a solid form.
  • the tube 7 is arranged concentrically to the cylindrical housing 2.
  • a retaining element 1 00 designed as a cable 1, runs partially within the tube 7.
  • the tube 7 protects the retaining element 1 00 from being damaged mechanically, in particular in the first zone 4 of the electrode. rode, in which the carbon-containing mass is uncrowned, often in the form of sharp-chunk ing lumpy material.
  • a second end 1 02 of the holding element 1 00 which is no longer surrounded by the tube 7, opens in the third zone 6 of the electrode.
  • the fastening element 11 is, for example, clamping means or, as shown schematically in FIG. 1, a bolt 1100 in which the retaining element 100 formed as a cable 10 is suspended and of which the Retaining element 1 00 formed as a rope 1 0 dissolved again can be.
  • the holding element 1 00 serves primarily to absorb tensile forces and to hold the electrode 1.
  • the holding element 1 00 In the embodiment shown in Figure 1, the holding element 1 00 obtained from the holding element 1 00 obtained from the holding element 1 00.
  • the first holding element end 01 01 formed as a first loop 1 3 is mounted in the bolt 1 0.
  • a loop 1 00 designed as a rope 1 0 is continuously extendable in which a loop 1 3 with a second loop 1 3 and the second loop 1 3 with a third loop 1 3 (etc.) is connected.
  • a loop 1 3 is formed as a closed ring.
  • the individual loops are made of carbon fiber.
  • a preferred embodiment of these loops 1 3 and the possibility of these individual loops 1 3 with each other to the is shown in Figures 2a and 2b.
  • Such means 8 are, for example, two, in the vertical direction GE compared arranged clamping rings 81, 82, which are connected mitei by a Versetzzylinder 83 mitei.
  • the first clamping ring 81 is called the upper clamping ring and the second clamping ring, which is seen in the vertical direction, below the first clamping ring, the so-called lower clamping ring 82.
  • the tube extends within half of these two clamping rings 81, 82 and is clamped by these held.
  • the Nachsten can be described as follows: The lower of the two clamping rings 82 is opened, the upper clamping ring 81 holds the tube clamped and is hydraulically lowered in the direction of the lower clamping ring 82.
  • the lower clamping ring 82 is closed and holds the tube 7 clamping.
  • the upper clamping ring 81 is ge opens and hydraulically moved to its original position, upwards.
  • the tube 7 moves within the uncoked carbon-containing mass of the first zone 4 and the pasty to liquid mass of the second zone 5, thereby exerting corresponding thrust and / or pressure forces on the third zone 6.
  • the coked carbonaceous mass from the third zone 6 is consumed.
  • the holding element 1 00 in particular for that region of the holding element which extends in the third zone 6.
  • a driver 1 2 pre-see, which presses against the uncoked carbon-containing mass of the first zone 4 in the vertical movement of the tube 6.
  • the holding element 1 00 is continuously ver longer.
  • the loop 1 3, which forms the first end 1 01 of the holding member 1 00 of the bolt 1 1 0 dissolved and with a wide ren loop 1 3, which is then hooked back into the pin 1 1 0 connected. In this way, the holding member 1 00 is continuously extended as needed.
  • FIG 2a are parts of the holding element 1 00, formed from individual ver each other connected loops 1 3 of a rope 1 0 shown.
  • Each of the loops 13 is, in the embodiment shown in FIG. 2, formed as a closed ring.
  • An exemplary material for the loops 1 3 is a fabric of carbon fiber.
  • Schematically represented is the third zone 6 consisting of verkokter solid Söderberg mass.
  • the second holding element end 10 2 comprises two loops 1 3A and 1 3B, and the two loops 1 3A and 1 3B are connected by a third Loop 1 3C interconnected.
  • the third loop 1 3C passes through the at the loops 1 3A and 1 3B.
  • the loop 1 3C then comprises a first loop portion 13C and a second loop portion 13C.
  • the next loop 1 3D passes through these two loop portions, intervening between the first loop portion 13C, second loop portion 13C" and Loop 1 3D then results in a contact area 1 31.
  • the loop 1 3D comprises a first loop part 1 3D 'and a second loop part 1 3D.
  • a next following loop 1 3E (indicated as a dashed arrow in FIG. 2) passes through the first loop part 1 3D' and the second loop part 1 3D".
  • the result is a contact region 1 32 between those in the loop parts 1 3D 'and 1 3D.
  • the loop 1 3E comprises a first loop part 1 3 E' and a second loop part 1 3E", which are penetrated by the next loop 1 3F (in FIG Figure 2a is no longer visible).
  • the holding element 1 00 comprises a certain number of loops which are interconnected in the manner previously described.
  • the second retaining element end 1 02 is formed by two loops 1 3A and 1 3B, which are connected by the third loop 1 3C.
  • another anchoring element for example a kind of hook is used, is anchored with the help of the second holding element end 1 02 in the verkokten Söderbergmasse.
  • the second holding element end 1 02 (not visible in FIG. 2) is formed in a preferred embodiment in the same way as, for example, the loop 1 3D shown in FIG. 2a.
  • the two loop parts 1 3D 'and 1 3D "are hooked into the bolt 1 0 (see Figure 1) and form the end of the holding element 1 00.
  • an additional further anchoring element for example also a Hook be seen before, which connects the two loop parts with the bolt.
  • FIG. 2 b shows an enlarged view of the loop 1 3 D (according to FIG. 2 a) with loop parts 1 3D 'and 1 3 D "and their contact areas 1 31 and 1 32 with loops 1 3C and 1 3E a covering or sheath 1 34 made of a fiber composite
  • the loop 1 3D is provided with additional breakpoints 1 33 in the form of carbon fiber parts with nodes at the ends.
  • FIG. 3 shows the illustration from FIG. 1, with the difference that the holding element 100 is constructed as a bar 20 made up of individual bar elements 21.
  • the rod (20) can be extended as needed.
  • the rod elements (2 1) are operatively connected at their ends, for example by means of a plug connection or a screw connection.
  • the first end of the holding element 1 01 comprises a fastening means 1 1, which is formed in the embodiment of Figure 3, for example, as a terminal in which one end of the rod member (2 1) can be clamped (terminal not visible in Figure 3).
  • FIG. 4 shows the illustration from FIG. 1, with the difference that the pipe 7a is perforated and no drivers are provided on the outside of the pipe 7a. It is also recognizable that the tube 7a opens into the third zone 6.
  • the perforations 7b allow the unconsolidated, carbonaceous mass into the interior of the tube 7a to ge long, causing the use of drivers according to Figure 1 (1 2) to exercise from pressure against the uncoked, carbonaceous mass of the first zone 4 is unnecessary.

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Abstract

Die erfindungsgemässe Vorrichtung für eine selbstbackende Elektrode umfasst eine Elektrode (1) aufweisend mindestens drei Zonen, eine erste Zone (4) mit unverkokter kohlenstoffhaltiger Masse, eine zweite Zone (5) welche an die erste Zone (4) anschliesst in der die kohlenstoffhaltige Masse in einer pastösen bis flüssigen Form vorliegt, eine dritte Zone (6) welche an die zweite Zone (5) anschliesst, in welcher die kohlenstoffhaltige Masse verkokt vorliegt und ein zylindrischen Gehäuse (2), welches mindestens die erste und die zweite Zone (4), (5) ummantelt. Ferner umfasst die Vorrichtung ein in vertikaler Richtung (y) heb-, und senkbares Rohr (7) bzw. (7a), welches teilweise innerhalb des zylindrischen Gehäuses (2) verläuft, die ersten beiden Zonen (4), (5) passiert und ober- halb der dritten Zone (6) endet bzw. in die dritte Zone (6) mündet, und ein verlängerbares Halteelement (100) zur Aufnahme von Zugkräften, welches teilweise innerhalb des Rohrs (7), (7a) und teilweise ausserhalb des Rohrs (7), (7a) verläuft, wobei ein erstes Ende des Halteelements (101) mit einem Befestigungselement (11) lösbar verbindbar ist, ein zweites Ende des Halteelements (102) in die dritten Zone (6) mündet und dort verankert ist.

Description

Selbstbackende Elektrode
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine selbstbackende Elektrode sowie ein Ver- fahren zum Betrieb dieser Vorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Die Technologie der selbstbackenden Elektroden, sogenannte Söderbergelektroden, geht auf den Beginn des 20 Jahrhunderts zurück. Unter dem Begriff Söderbergelektrode sind selbstbackende bzw. selbstkalzinierende Elektroden mit folgendem technischen Prinzip zu verstehen: Eine Elektrodenmasse (stückig und fest bei Raumtemperatur), umfassend Kohlenstoffträger wie Anthrazit, Petrolkoks, Graphit und einem Steinkohleteerpechbin der schmilzt durch elektrisch zugeführte Energie und Prozesswärme bei 1 20 - 200°C auf und bildet eine flüssige bis pastöse, unverkokte Masse. Über 500°C und darüber geht die Elektrodenmasse in den festen, sprich verkokten Zustand über und ihr elektrischer Wider- standswert nimmt ab. An der Elektrodenspitze, welche von einem Plasma oder Lichtbo gen umgeben wird, liegt die Elektrodenmasse bei Temperaturen von über 2000°C in ei nem graphitierten Zustand vor. Primär kommt diese Elektrodentechnologie im Elekt- rolichtbogenofen, beispielsweise bei der Reduktion von Ferrolegierungen zum Einsatz. Die Söderbergelektrode für Schmelz-Reduktionsöfen zur Produktion von Silizium umfasst ein zylindrisches Gehäuse in Form eines Blechmantels, wobei innerhalb des Blechmantels eine kontinuierlich verlängerbare Graphitelektrode geführt wird, welche entsprechend kleiner ist d.h. einen geringeren Durchmesser aufweist als der Blechmantel. Der Blech mantel wird fortwährend mit Elektrodenmasse, beispielsweise in Form von Briketts, be- füllt. Um den Verlust des Blechmantels durch Abbrand auszugleichen, werden weitere Blechmäntel angeschweisst und der Mantel in vertikaler Richtung versetzt. Die Graphit elektrode, deren Hauptfunktion das Halten der Söderbergmasse ist, kann innerhalb des Blechmantels in vertikaler Richtung auf und ab bewegt werden. Durch die Abwärtsbewe- gung der Graphitelektrode wird die Elektrodenmasse innerhalb des Blechmantels bewegt. Die Graphitelektrode wird durch aneinanderfügen einzelner Graphitelektrodestücke ste tig verlängert. Jener Bereich in welchem ein Graphitelektrodenstück an ein weiteres Gra phitelektrodenstück angrenzt und mit diesem verbunden ist, wird als Nippelzone be zeichnet. Durch das sogenannte Nachsetzen und das Verlängern der Graphitelektrode wird jener Teil der Elektrode, welcher sich aufgrund des Reduktionsprozesses verbraucht (sogenannter Elektrodenabbrand), verlängert. Der Energieeintrag welcher aus der Elekt rodenmasse die gebackene und elektrisch leitfähige Elektrode entstehen lässt, resultiert zum einen aus der Prozesswärme des Ofens und zum anderen aus dem Stromdurchgang, welcher über Kontaktbacken in den Mantel eingeleitet wird. Der Einsatz einer Graphit- elektrode welche im Kern der eigentlichen Söderbergelektrode verläuft, die Elektroden masse entsprechend hält und aufgrund von guter elektrische Leitfähigkeit auch zum Stromtransport beiträgt, hat sich seit Jahren als gängige Technologie bei der Herstellung von Silizium-Metallen durchgesetzt. Man spricht in diesem Zusammenhang von der Composite Technologie. Als problematisch an der Söderbergelektrode mit Graphitelektrode im Kern hat sich je doch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Graphits erwiesen. Der Wärmetransport innerhalb der Graphitelektrode führt zu einem großen Temperaturgradienten zwischen Elektroden oberfläche und Elektrodenmitte. Das Nachsetzen, sprich die relative Bewegung der Elekt rodenmasse zum Blechmantel wird dadurch mitunter erschwert. Ferner ist darauf zu ach- ten, dass die Graphitelektrode im Zentrum angeordnet ist, da ansonsten eine ungleich- mässige Stromverteilung zu einem unsymmetrischen Backen führt und damit einherge- hende mechanische Spannungen resultieren, welche die Materialeigenschaften der selbstbackenden Elektrode negativ beeinflussen. In solchen Fällen kommt es vermehrt zu unerwünschten Elektrodenbrüchen. Ferner stellen die Nippelzonen Schwachstellen in der Graphitelektrode dar, welche einen Elektrodenbruch ebenfalls begünstigen. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es mindestens einen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil zu lösen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausfüh rungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die erfindungsgemässe Vorrichtung für eine selbstbackende Elektrode, wobei die Elekt rode mindestens drei Zonen aufweist, nämlich eine erste Zone mit unverkokter kohlen stoffhaltiger Masse, eine zweite Zone, welche an die erste Zone anschliesst, in der die kohlenstoffhaltige Masse in einer pastösen bis flüssigen Form vorliegt und eine dritte Zo ne, welche an die zweite Zone anschliesst, in welcher die kohlenstoffhaltige Masse ver- kokt vorliegt, umfasst ein in vertikaler Richtung (y) heb-, und senkbares Rohr und ein verlängerbares Eialteelement zur Aufnahme von Zugkräften. Beim Eialteelement handelt es sich um ein verlängerbares starres Element, beispielsweise eine Stange oder ein verlän gerbares flexibles Element, beispielsweise ein Seil. Beide Elemente bestehen zu mindes tens teilweise aus einem temperaturfesten Material mit einer Temperaturbeständigkeit von mindestens 1 000°C. Als Material kommt z.B. ein hochwarmfester Stahl oder Mate rialien basierend auf Carbon Faser zum Einsatz. Mindestens die erste und die zweite Zo ne der Elektrode werden von einem zylindrischen Gehäuse umgeben. Das Rohr verläuft teilweise innerhalb des zylindrischen Gehäuses, passiert die erste und die zweite Zone und endet oberhalb der dritten Zone. Das Halteelement verläuft teilweise innerhalb des
Rohrs und teilweise ausserhalb des Rohrs. Ein erstes Ende des Halteelements ist mit einem Befestigungselement lösbar verbindbar, ein zweites Ende des Halteelements mündet in die dritte Zone und ist dort verankert. Das Rohr dient dazu Schub- oder Druckkräfte auf die kohlestoffhaltige Masse aus zu üben. Es kann in vertikaler Richtung angehoben und gesenkt werden. Auf diese Weise kann die kohlenstoffhaltige Masse relativ zum zylindrischen Gehäuse bewegt werden. Bei diesem Vorgang spricht man vom Nachsetzen. Das Rohr weist hierzu entsprechende Mit tel auf die diese vertikale Bewegung ermöglichen. Diese Mittel sind mit der baulichen An- lagenstruktur, welche die erfindungsgemässe Vorrichtung umgibt verbunden. Bei den Mitteln handelt es sich beispielsweise um zwei, in vertikaler Richtung gesehen, gegen überliegend angeordnete Klemmringe, welche durch eine Nachsetzhydraulik, beispiels weise Versetzzylinder miteinander verbunden sind. Beim ersten Klemmring spricht man vom oberen Klemmring und beim zweiten Klemmring, welcher in vertikaler Richtung ge- sehen, unterhalb des ersten Klemmrings liegt, vom sogenannten unteren Klemmring. Das Rohr verläuft innerhalb dieser beiden Klemmringe und wird von diesen klemmend gehal ten. Das Nachsetzen kann folgendermaßen beschrieben werden: Der untere der beiden Klemmringe wird geöffnet, der obere Klemmring hält das Rohr klemmend fest und wird hydraulisch in Richtung des unteren Klemmrings abgesenkt. Der untere Klemmring wird geschlossen und hält das Rohr klemmend fest. Der obere Klemmring wird geöffnet und hydraulisch in seine Ausgangsposition, nach oben bewegt.
Bevorzugt ist das Rohr so dimensioniert, dass bereits vorhandene Mittel zum Nachsetzen, welche ursprünglich für die Graphitelektrode eingesetzt wurden, verwendbar sind. Beim Nachsetzen wird das Rohr innerhalb der ersten und der zweiten Zone vertikal bewegt, jedoch nicht innerhalb der dritten Zone, da das Rohr hier in die kohlestoffhaltige Masse einbacken würde. Das Rohr drückt gegen die dritte Zone.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist an einem Ende des Rohrs, welches oberhalb der dritten Zone endet, ein Abschlusselement vorgesehen welches den Nachsetzvorgang unterstützt.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist an jenem Abschnitt des Rohrs welcher innerhalb des zylindrischen Gehäuses verläuft ein Mitneh mer vorgesehen, welcher bei einem Senken des Rohrs gegen die erste Zone der Elektrode drückt. Dieser Mitnehmer unterstützt beim Nachsetzen die Bewegung der kohlenstoff- haltigen Masse relativ zum zylindrischen Gehäuse. Der Mitnehmer ist so ausgestaltet, dass das kontinuierliche Befüllen mit stückiger kohlenstoffhaltiger Masse ungehindert möglich ist. Eine beispielhafte Ausführungsform ist eine sternförmige Anordnung einzel ner Mitnehmerelemente an der Aussenseite des Rohrs. Je nach Ausführungsform kann nur ein Mitnehmer oder ein Abschlusselement oder beides am Rohr vorgesehen sein. In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist das Rohr mit Öffnungen oder Perforationen, beispielsweise Lochungen oder Schlitze, versehen. Dadurch kann die Söderbergmasse ins Innere des Rohres gelangen. Dies ist insbesondere anzuwenden, wenn das Rohr (vorzugsweise aus Aluminium) bis in die Zone 3 reicht und zum Nachsetzen (Drücken) verwendet wird. In diesem Fall bedarf es keine Mitnehmer. Das Rohr muss dann kontinuierlich verlängert werden kann und somit das Anbringen von Mitnehmern zur Unterstützung des Nachsetzvorgangs nicht nötig ist. In einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist das Rohr konzentrisch zum zylindrischen Gehäuse der Elektrode angeordnet. Diese Anordnung ist ideal für die Verteilung der Zug- und Druckkräfte.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Rohr aus Metall, beispielsweise aus Stahl. Ein Münden in die dritte Zone zu vermeiden, da dies zu einem schädlichen Eiseneintrag führen würde.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Rohr aus einem Nichteisen- Metall, beispielsweise Aluminium, gefertigt (und mündet in die dritte Zone).
Die zweite Funktion des Rohrs ist, das verlängerbare Eialteelement welches teilweise in- nerhalb des Rohrs verläuft zu schützen. Dies trifft insbesondere in der ersten Zone zu in der die kohlenstoffhaltige Masse in unverkokter Form vorliegt.„Unverkokt" bedeutet die kohlenstoffhaltige Masse liegt u.a. stückig, beispielsweise in Form von Briketts vor die, wie bei der Söderbergtechnologie üblich, kontinuierlich zugeführt werden. Insbesondere in dieser Zone wäre das Eialteelement ansonsten einer hohen mechanischen Beanspru- chung ausgesetzt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Eialteelement zumin dest teilweise aus Carbon Fasern gefertigt. Carbon Fasern sind in der Regel empfindlich gegen Scher- und Knickbewegungen, es bedarf eines wirksamen Schutzes gegen reiben de und schlagende Beanspruchungen, welche insbesondere in der ersten Zone auftritt. Das Rohr übernimmt diese Schutzfunktion. Das Eialteelement dient in erster Finie dazu die Elektrode zu halten. Dieses nimmt ein Elektrodengewicht von mehreren Tonnen auf. Fer ner ist eine Temperaturbeständigkeit von 1 000°C und mehr zu gewährleisten, da das Eialteelement ansonsten die notwendige Eialtefunktion nicht ausüben könnte. Neben dem Rohr weist die erfindungsgemässe Vorrichtung das bereits erwähnte verlän gerbare Halteelement zur Aufnahme von Zugkräften auf. Ein erstes Ende des Halteele ments ist mit einem Befestigungselement lösbar verbunden. In einer bevorzugten Aus führungsform ist das Befestigungselement als ein Bolzen ausgebildet, in welchen das Halteelement einhängbar ist oder als eine Klemme in welche das Halteelement ein- klemmbar ist. Das zweite Ende des Halteelements mündet in die dritte Zone. Die kohlen stoffhaltige Masse liegt hier in verkokter Form, sprich fester Form vor. Jener Bereich des Halteelements, welcher in dieser Zone verläuft, ist dort„eingebacken", sprich verankert.
In einer Ausführungsform ist das Halteelement ein Seil in Form eines Faserverbunds aus hitzestabilen Fasern, beispielsweise in Form eines Gewebes, Gestrick, Gewirk, Geflecht oder mit unidirektionaler Faserorientierung oder als Kombination davon. In einer beson deren Ausführungsform ist das Seil ein Geflecht mit vorzugsweise lockerer Flechtung, um Knickstellen und Friktion bei Zugbelastung minimisieren bzw. eliminieren zu können und eine maximale Zugfestigkeit erreichen zu können. In einer weiteren Ausführungsform ist das Seil ein geflochtenes Schlauchgewebe aus Car bon Fasern, welches überlappend (beispielsweise ca. 20 cm) als Schlaufe geformt wird und mittels Kohlefasergarn vernäht wird. Ein Schlaufenelement hat eine für den Ofen und den Anwender optimierte Schlaufenlänge (eine Schlaufenlänge von 4m entspricht dann einer Verlängerung der Elektrodenaufhängung von 2m). In einer Ausführungsform um- fasst das Seil eine Mehrzahl an miteinander verbundenen Schlaufen. Eine zweite Schlaufe durchgreift eine erste Schlaufe. Zwischen erster und zweiter Schlaufe ist ein Kontaktbe reich, der die zweite Schlaufe in einen ersten Schlaufenteil und einen zweiten Schlaufen teil teilt. Eine dritte Schlaufe durchgreift die beiden Schlaufenteile der zweiten Schlaufe. Zwischen der zweiten und der dritten Schlaufe ist ein Kontaktbereich, der die dritte Schlaufe in einen ersten Schlaufenteil und einen zweiten Schlaufenteil teilt (usw. ). Auf diese Weise kann das Seil kontinuierlich und endlos verlängert werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Kontraktbereich (bzw. die Kontaktbereiche) zwischen aufeinanderfolgenden Schlaufen mit einem synthetischen Faserverbund (bei- spielsweise ein Gewebe, Gestrick, Gewirk, Geflecht oder mit unidirektionaler Faserorien tierung oder als Kombination davon) als Hülle zum Schutz des Kontaktbereichs und zur Förderung der Elastizität der Schlaufenkette überzogen. Bei den synthetischen Fasern handelt es sich beispielsweise um Aramid- und/oder Paraaramidfasern, wie Kevlar® (Po- ly(p-phenylen-terephthalamid), Nomex® (Aramid aus m-Phenylendiamin und Isoph- thalsäure), Twaron®, Technora, Teijinconex, Phenol-Formaldehydfasern, wie Kynol, Polyamid/Polyimidfasern wie Kermel, Polybenzimidazolfasem oder Fasergemischen dar aus.
In einer weiteren Ausführungsform können in der Schlaufenkette ein oder mehrere zu sätzliche Flaltepunkte (als Verankerungen in der Söderbergmasse) in regelmässigen oder unregelmässigen Abständen von beispielsweise 1 0 cm bis 30 cm geschaffen werden. Dazu werden kurze Kohlefaserteile, beispielsweise Seilstücke oder Kordeln, die an den Enden mit Knoten versehen sind, in die Schlaufe eingeflochten oder durch die Schlaufe hindurchgesteckt. In einer beispielhaften Anordnung sind die kurzen Kohlefaserteile mit einem Abstand von ca. 20 cm als Querglied eingeknüpft. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind die Kohlefaserteile von einer Länge zwischen 1 5 cm und 40 cm und einem Durchmesser zwischen 1 0 mm und 20 mm.
In einem Kontaktbereich resultiert eine Verdickung, da hier zwei Schlaufenteile mit einer weiteren Schlaufe in Verbindung stehen. Diese Verdickung hat sich als vorteilhaft für die Verankerung des Halteelements in der kohlenstoffhaltigen Masse insbesondere für jene in der dritten Zone erwiesen.
In einer anderen Ausführungsform ist das Halteelement eine Stange, die umfasst eine Mehrzahl an einzelner mit einander wirkverbundene Stangenelemente umfasst. Die ein- zelnen Stangenelemente werden durch Wirkverbinden ihrer Enden zu einer Stange ver bunden. Auf diese Weise wird die Stange kontinuierlich verlängert. Unter Wirkverbinden ist beispielsweise ein Verschrauben oder eine Steckverbindung zu verstehen.
Beim erfindungsgemässen Verfahren für den Betrieb der erfindungsgemässen Vorrich tung wird in einem ersten Schritt, durch eine vertikale Senkbewegung des Rohrs die koh- lestoffhaltige Masse der drei Zonen relativ zum Gehäuse bewegt. Dieser Schritt wird peri odisch wiederholt, bis das Rohr das Ende der zweiten Zone erreicht hat. Anschliessend erfolgt die Entlastung des Halteelements durch Reduktion der auf das Halteelement wir kenden Zugkräfte, gefolgt von der Verlängerung des Halteelements und Sicherung des verlängerten Halteelements mittels Befestigungselement. Dann wird die Zugkraft auf das verlängerte Halteelement aufgebracht und das Rohr angehoben bis es sich wieder inner halb der ersten Zone befindet. Danach erfolgt wieder der erste Schritt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die Verlängerung des Halteelements in dem das Halteelementende, welches mit dem Befestigungselement verbindbar ist durch Verbinden mit mindestens einer weiteren Schlaufe oder mit mindestens einem weiteren Stangenelement verlängert wird.
KURZE ERLÄUTERUNG ZU DEN FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 zeigt schematisch eine teilweise Schnittdarstellung ( Längsschnitt) durch eine selbstbackende Elektrode mit erfindungsgemässer Vorrichtung, wobei das Halteelement als Seil ausgebildet ist und das Rohr mit Mitnehmern ausgestal tet ist. Figur 2a zeigt schematisch einen Teil des Halteelements und seinen Aufbau aus den einzelnen Schlaufen.
Figur 2b zeigt schematisch eine einzelne Schlaufe des Flaltelementes, die mit durchge steckten Kohlefaserteilen und einer Hülle im Kontaktbereich versehen ist.
Figur 3 zeigt schematisch eine teilweise Schnittdarstellung ( Längsschnitt) durch eine selbstbackende Elektrode mit erfindungsgemässer Vorrichtung, wobei das
Halteelement als Stange mit einzelnen Stangenelementen ausgebildet ist und das Rohr mit Mitnehmern ausgestaltet ist.
Figur 4 zeigt schematisch eine teilweise Schnittdarstellung ( Längsschnitt) durch eine selbstbackende Elektrode mit erfindungsgemässer Vorrichtung, wobei das Halteelement als Seil ausgebildet ist und das Rohr (ohne Mitnehmer) perfo riert ist.
WEGE ZU R AUSFÜ HRUNG DER ERFIN DU NG
In Figur 1 wird schematisch eine teilweise Schnittdarstellung durch die selbstbackende Elektrode mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung gezeigt. Die Elektrode 1 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 2 in Form eines Blechmantels, welches kontinuierlich mit stückiger kohlenstoffhaltiger Masse ( Briketts) befüllt wird. Am zylindrischen Gehäuse 2 sind Mittel 9 angeordnet, mit welchen das Gehäuse in vertikaler Richtung bewegt werden kann. Man spricht vom Mantel-Nachsetzen. Diese Mittel sind mit der baulichen Anlagenstruk tur, welche die erfindungsgemässe Vorrichtung umgibt verbunden (in Figur 1 nicht sicht bar). Bei den Mitteln handelt es sich beispielsweise um zwei, in vertikaler Richtung gese hen, gegenüberliegend angeordnete Mantelklemmringe 91 und 92, welche durch eine Nachsetzhydraulik, beispielsweise Versetzzylinder 93 miteinander verbunden sind. Beim ersten Mantelklemmring 91 spricht man vom oberen Mantelklemmring 91 und beim zweiten Mantelklemmring 92, welcher in vertikaler Richtung gesehen, unterhalb des ersten Mantelklemmrings liegt, vom sogenannten unteren Mantelklemmring 92. Das zylindrische Gehäuse 2, sprich der Blechmantel verläuft innerhalb dieser beiden Mantel- klemmringe 91 , 92 und wird von diesen klemmend gehalten. Das Mantel-Nachsetzen erfolgt durch wechselseitiges Öffnen der Mantelklemmringe 91 , 92 und entsprechende vertikale Bewegungen ausgelöst durch die Nachsetzhydraulik, sprich der Versetzzylinder 93. Das Mantel-Nachsetzen kann folgendermaßen beschrieben werden: Der untere der beiden Mantelklemmringe 92 wird geöffnet, der obere Mantelklemmring 91 hält das zylindrische Gehäuse 2 klemmend fest und wird hydraulisch in Richtung des unteren Mantelklemmringe 92 abgesenkt. Der untere Klemmring 92 wird geschlossen und hält das zylindrische Gehäuse 2 klemmend fest. Der obere Mantelklemmring 91 wird geöff net und hydraulisch in seine Ausgangsposition nach oben bewegt. Über sogenannte Kontaktbacken 3, ebenfalls angeordnet am zylindrischen Gehäuse 2, wird der Elektrode 1 elektrische Energie zugeführt. Als eine weitere Energieguelle dient die vom Schmelzgut abgegebene thermische Energie. Durch den Energieeintrag, geht die stückige kohlen stoffhaltige Masse, auch als unverkokte Söderbergmasse bezeichnet, in einen pastösen bis flüssigen und anschliessend in einen festen Zustand über. Beim festen Zustand spricht man auch von einer verkokten Söderbergmasse. In Figur 1 ist dies vereinfacht als drei Zonen 4, 5 und 6 dargestellt. Die erste Zone 4 umfasst unverkokte kohlenstoffhaltige Masse. In der zweiten Zone 5 liegt diese Masse in pastöser bis flüssiger und in der dritten Zone 6 in verkokter Form vor. Zone 6 ist in Figur 1 nur teilweise dargestellt. Bei dieser Zone handelt es sich um jenen Bereich der Elektrode 1 welcher in die Reaktionszone des Ofens eintaucht (in Figur 1 nicht sichtbar). In der Reaktionszone des Ofens wird Erz (Si02) durch Kohlenstoffzugabe (z.B. Elolzkohle, aschearme Kohle und Holzschnitzel ) zu metal lischem Silizium reduziert. Die notwendige elektrische Energie (Lichtbogen oder Plasma) wird durch Elektrode 1 zugeführt. Die Elektrode 1 verbraucht sich dabei.
In Figur 1 dargestellt ist ein Rohr 7. Dieses ist teilweise ausserhalb der Elektrode (Bereich 71 ) und teilweise innerhalb der Elektrode (Bereich 72 ) angeordnet. Ein Abschnitt des Rohrs 7, welcher im Bereich 72 angeordnet ist, passiert die erste und die zweite Zone 4, 5. Das Rohr 7 erreicht die dritte Zone 6, in welcher der Kohlenstoff in verkokter und da- mit in fester Form vorliegt, nicht. In der in Figur 1 schematisch dargestellten Ausfüh rungsform ist das Rohr 7 konzentrisch zum zylindrischen Gehäuse 2 angeordnet.
Wie in Figur 1 ebenfalls ersichtlich, verläuft teilweise innerhalb des Rohrs 7 ein Halteele ment 1 00 ausgebildet als Seil 1 0. Das Rohr 7 schützt das Halteelement 1 00 ausgebildet als Seil 1 0 vor mechanischer Beschädigung, insbesondere in der ersten Zone 4 der Elekt- rode, in welcher die kohlenstoffhalte Masse unverkokt, häufig in Form von scharfkanti gem stückigem Material vorliegt. Anders als das Rohr 7 mündet ein zweites Ende 1 02 des Halteelements 1 00, welches nicht mehr vom Rohr 7 umgeben wird, in der dritten Zone 6 der Elektrode. Es ist dort in der verkokten kohlestoffhaltigen Masse fixiert, sprich„einge backen" (zweites Ende 1 02 des Halteelements 1 00 in Figur 1 nicht vorständig sichtbar). Ein erstes Ende 1 01 des Halteelements, welches dem zweiten Ende 1 02 gegenüberliegt, ist mit einem Befestigungselement 1 1 lösbar verbunden. Beim Befestigungselement 1 1 handelt es sich beispielsweise um Klemmmittel oder, wie in Figur 1 schematisch gezeigt, um einen Bolzen 1 1 0 in welchem das Halteelement 1 00 ausgebildet als Seil 1 0 einge hängt ist und von welchem das Halteelement 1 00 ausgebildet als Seil 1 0 wieder gelöst werden kann. Das Halteelement 1 00 dient in erster Linie dazu Zugkräfte aufzunehmen und die Elektrode 1 zu halten.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform umfasst das Halteelement 1 00 ausgebil det als Seil 1 0 mehrere ineinandergreifende Schlaufen 1 3. Das erste Halteelementende 1 01 ausgebildet als erste Schlaufe 1 3 ist im Bolzen 1 0 eingehängt. Das Halteelement
1 00, ausgebildet als Seil 1 0 ist kontinuierlich verlängerbar in dem eine Schlaufe 1 3 mit einer zweiten Schlaufe 1 3 und die zweite Schlaufe 1 3 mit einer dritte Schlaufe 1 3 (usw.) verbunden wird. Eine Schlaufe 1 3 ist als ein geschlossener Ring ausgebildet. Die einzel nen Schlaufen sind aus Carbon Faser gefertigt. Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Schlaufen 1 3 und der Möglichkeit diese einzelnen Schlaufen 1 3 mit einander zu verbin den ist in Figuren 2a und 2b dargestellt.
In jenem Bereich 71 des Rohrs 7, welcher ausserhalb der Elektrode verläuft, sind Mittel 8 zum vertikalen Bewegen des Rohrs 7 vorgesehen. Diese Mittel sind mit der baulichen Anlagenstruktur, welche die erfindungsgemässe Vorrichtung umgibt verbunden (in Figur 1 nicht sichtbar).
Bei solchen Mitteln 8 handelt es sich beispielsweise um zwei, in vertikaler Richtung ge genüber angeordnete Klemmringe 81 , 82, welche durch einen Versetzzylinder 83 mitei nander verbunden sind. Beim ersten Klemmring 81 spricht man vom oberen Klemmring und beim zweiten Klemmring, welcher in vertikaler Richtung gesehen, unterhalb des ers- ten Klemmrings liegt, vom sogenannten unteren Klemmring 82. Das Rohr verläuft inner halb dieser beiden Klemmringe 81 , 82 und wird von diesen klemmend gehalten. Das Nachsetzen kann folgendermaßen beschrieben werden: Der untere der beiden Klemm ringe 82 wird geöffnet, der obere Klemmring 81 hält das Rohr klemmend fest und wird hydraulisch in Richtung des unteren Klemmrings 82 abgesenkt. Der untere Klemmring 82 wird geschlossen und hält das Rohr 7 klemmend fest. Der obere Klemmring 81 wird ge öffnet und hydraulisch in seine Ausgangsposition, nach oben bewegt.
Bei Betätigung der Mittel 8 bewegt sich das Rohr 7 innerhalb der unverkokten kohlen stoffhaltigen Masse der ersten Zone 4 und der pastös bis flüssigen Masse der zweiten Zone 5 und übt dabei entsprechende Schub-, und/oder Druckkräfte auf die dritte Zone 6 aus. Im Reduktionsprozess wird die verkokte kohlenstoffhaltige Masse aus der dritten Zone 6 verbraucht. Gleiches gilt auch für das Halteelement 1 00, insbesondere für jenen Bereich des Halteelements, welcher in der dritten Zone 6 verläuft. Durch das Nachsetzen erfolgt die kontinuierliche Zufuhr an verkokter kohlenstoffhaltiger Masse, welche durch den kontinuierlichen Elektrodenabbrand stetig aufgebraucht wird. Zur Unterstützung des Nachsetzvorgangs, ist an der Aussenseite des Rohrs 7 optional ein Mitnehmer 1 2 vorge sehen, welcher bei der vertikalen Bewegung des Rohres 6 gegen die unverkokte kohlen stoffhaltige Masse der ersten Zone 4 drückt. Das Halteelement 1 00 ist kontinuierlich ver längerbar. In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform wird die Schlaufe 1 3, welche das erste Ende 1 01 des Halteelements 1 00 bildet vom Bolzen 1 1 0 gelöst und mit einer weite ren Schlaufe 1 3, welche dann wieder in den Bolzen 1 1 0 eingehängt wird verbunden. Auf diese Weise wird das Halteelement 1 00 kontinuierlich, nach Bedarf verlängert.
In Figur 2a sind Teile des Halteelements 1 00, ausgebildet aus einzelnen miteinander ver bundenen Schlaufen 1 3 eines Seils 1 0 dargestellt. Jede der Schlaufen 1 3 ist, in der in Fi- gur 2 dargestellten Ausführungsform, als ein geschlossener Ring ausgebildet. Ein bei spielhaftes Material für die Schlaufen 1 3 ist ein Gewebe aus Carbon Faser. Schematisch dargestellt ist die dritte Zone 6 bestehend aus verkokter fester Söderbergmasse. In dieser dritten Zone ist das zweite Halteelementende 1 02„eingebacken" sprich fixiert. In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform umfasst das zweite Halteelementende 1 02 zwei Schlaufen 1 3A und 1 3B. Die beiden Schlaufen 1 3A und 1 3B sind durch eine dritte Schlaufe 1 3C miteinander verbunden. Die dritte Schlaufe 1 3C durchgreift dabei die bei den Schlaufen 1 3A und 1 3B. Es resultiert ein Kontaktbereich 1 30 zwischen den beiden Schlaufen 1 3A und 1 3B und der dritten Schlaufe 1 3C. Wie in Figur 2 dargestellt, umfasst die Schlaufe 1 3C dann einen ersten Schlaufenteil 1 3C und einen zweiten Schlaufenteil 1 3C". Die nächstfolgende Schlaufe 1 3D durchgreift diese beiden Schlaufenteile. Zwi schen dem ersten Schlaufenteil 1 3C, zweiten Schlaufenteil 1 3C" und der Schlaufe 1 3D resultiert dann ein Kontaktbereich 1 31 . Die Schlaufe 1 3D umfasst einen ersten Schlau fenteil 1 3D' und einen zweiten Schlaufenteil 1 3D". Eine nächstfolgende Schlaufe 1 3E (in Figur 2 als strichlinierter Pfeil angedeutet) durchgreift den ersten Schlaufenteil 1 3D' und den zweiten Schlaufenteil 1 3D". Es resultiert ein Kontaktbereich 1 32 zwischen den bei den Schlaufenteilen 1 3D' und 1 3D". Die Schlaufe 1 3E umfasst einen ersten Schlaufenteil 1 3 E' und einen zweiten Schlaufenteil 1 3E", welche von der nächstfolgenden Schlaufe 1 3F durchgriffen werden (in Figur 2a nicht mehr sichtbar). Je nach gewünschter Länge umfasst das Halteelement 1 00 eine bestimmte Anzahl an Schlaufen, die in der vorgängig beschriebenen Art miteinander verbunden sind. In der in Figur 2a dargestellten Ausfüh rungsform eines Halteelements 1 00, wie es bei der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Einsatz kommt, ist das zweite Halteelementende 1 02 durch zwei Schlaufen 1 3A und 1 3B ausgebildet, welche durch die dritte Schlaufe 1 3C verbunden sind. Es ist denkbar, dass anstelle der beiden Schlaufen 1 3A und 1 3B ein anderes Verankerungselement, bei- spielsweise eine Art Haken zum Einsatz kommt, mit Hilfe das zweite Halteelementende 1 02 in der verkokten Söderbergmasse verankert ist. Das zweite Halteelementende 1 02 (in Figur 2 nicht sichtbar) ist in einer bevorzugten Ausführungsform in der gleichen Art ausgebildet wie beispielsweise die in Figur 2a dargestellte Schlaufe 1 3D. Die beiden Schlaufenteile 1 3D' und 1 3D" sind in den Bolzen 1 0 eingehängt (vgl. Figur 1 ) und bilden das Ende des Halteelements 1 00. Alternativ kann zwischen den Schlaufenteilen und dem Bolzen 1 0 ein zusätzliches weiteres Verankerungselement, z.B. ebenfalls ein Haken vor gesehen sein, der die beiden Schlaufenteile mit dem Bolzen verbindet. Figur 2b zeigt eine vergrösserte Ansicht der Schlaufe 1 3 D (gemäss Figur 2a ) mit Schlau fenteilen 1 3D' und 1 3 D" und deren Kontaktbereiche 1 31 und 1 32 mit Schlaufen 1 3C bzw. 1 3E. Der Kontaktbereich 1 31 ist mit einem Überzug bzw. Hülle 1 34 aus einem Faserverbund versehen. Die Schlaufe 1 3D ist mit zusätzlichen Haltepunkten 1 33 in Form von Kohlefaserteilen mit Knoten an den Enden versehen.
Figur 3 zeigt die Darstellung aus der Figur 1 mit dem Unterschied, dass das Halteelement 1 00 als eine Stange 20 aufgebaut aus einzelnen Stangenelementen 21 ausgebildet ist. Durch Aneinanderreihung der Stangenelemente ( 21 ) kann die Stange ( 20) nach Bedarf verlängert werden. Die Stangenelemente ( 2 1 ) sind an Ihren Enden wirkverbunden, bei- spielsweise durch eine Steck-, oder eine Schraubverbindung.
Das erste Ende des Halteelements 1 01 umfasst ein Befestigungsmittel 1 1 , welches in der Ausführungsform der Figur 3 beispielsweise als Klemme ausgebildet ist in welchen ein Ende des Stangenelements ( 2 1 ) einklemmbar ist ( Klemme in Figur 3 nicht sichtbar).
Figur 4 zeigt die Darstellung aus der Figur 1 mit dem Unterschied, dass das Rohr 7a per- foriert ist und keine Mitnehmer an der Aussenseite des Rohrs 7a vorgesehen sind. Er kennbar ist auch, dass das Rohr 7a in die dritte Zone 6 mündet. Die Perforationen 7b ermöglichen der unverkokten, kohlenstoffhaltige Masse ins Innere des Rohres 7a zu ge langen, wodurch sich die Verwendung von Mitnehmern gemäss Figur 1 ( 1 2 ) zur Aus übung von Druck gegen die unverkokten, kohlenstoffhaltigen Masse der ersten Zone 4 erübrigt.
BEZEICHNUNGSLISTE 1 Elektrode
2 Zylindrisches Gehäuse
3 Kontaktbacken
4 erste Zone (unverkokte Söderbergmasse)
5 zweite Zone (pastös bis flüssige Söderbergmasse)
6 dritte Zone (verkokte, feste Söderbergmasse)
7 Rohr
7a Rohr ( perforiert)
7b Perforationen
71 Rohrbereich ausserhalb der Elektrode
72 Rohrbereich innerhalb der Elektrode
8 Mittel zum vertikalen Bewegen des Rohrs
9 Mittel zum vertikalen Bewegen des zylindrischen Gehäuses
1 0 Seil
1 00 Eialteelement 101 erstes Halteelementende
102 zweites Halteelementende
11 Befestigungselement
12 Mitnehmer
13 A, B, C, D, E Schlaufen
13 C, C", D', D" Schlaufenteile
130, 131, 132 Kontaktbereich
133 Haltepunkte
134 Hülle

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung für eine selbstbackende Elektrode ( 1 ), die Elektrode ( 1 ) aufweisend mindestens drei Zonen, eine erste Zone (4) mit unverkokter kohlenstoffhaltiger Masse, eine zweite Zone ( 5 ) welche an die erste Zone (4) anschliesst in der die kohlenstoffhaltige Masse in einer pastösen bis flüssigen Form vorliegt, eine dritte
Zone (6) welche an die zweite Zone ( 5) anschliesst, in welcher die kohlenstoffhal tige Masse verkokt vorliegt, ein zylindrischen Gehäuse (2 ), welches mindestens die erste und die zweite Zone (4), ( 5) ummantelt, die Vorrichtung gekennzeichnet durch, ein in vertikaler Richtung (y) heb-, und senkbares Rohr (7), (7a), welches teilweise innerhalb des zylindrischen Gehäuses (2 ) verläuft, die ersten beiden Zonen (4), ( 5 ) passiert und oberhalb der dritten Zone (6) endet, ein verlängerbares Elalteelement ( 1 00) zur Aufnahme von Zugkräften, welches teilweise innerhalb des Rohrs (7), (7a) und teilweise ausserhalb des Rohrs (7), (7a) verläuft, wobei ein erstes Ende des Elalteelements ( 1 01 ) mit einem Befestigungs element ( 1 1 ) lösbar verbindbar ist, ein zweites Ende des Elalteelements ( 1 02 ) in die dritte Zone (6) mündet und dort verankert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim verlän gerbaren Elalteelement ( 1 00) um ein verlängerbares starres Element oder ein ver- längerbares flexibles Element handelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim verlän gerbaren starren Element um eine Stange ( 20) handelt, welche mindestens teilwei- se aus einen temperaturfesten Material mit einer Temperaturbeständigkeit von mindestens 1000°C besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim verlän gerbaren flexiblen Element um ein Seil (10) handelt, welche mindestens teilweise aus einen temperaturfesten Material mit einer Temperaturbeständigkeit von min destens 1000°C besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Seil (10) eine Mehrzahl an Schlaufen (13) umfasst und Kontaktbereiche (130), (131), (132) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlaufen (13) bildet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schlau fen (13) zumindest teilweise aus Carbon Faser gefertigt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche (130), (131), (132) mit einer Hülle (134) versehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schlau- fen (13) mit zusätzlichen Haltepunkten (133) versehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Hal tepunkte (133) durch Einflechten oder Durchstecken von kurzen Kohlefaserteilen, die an den Enden mit Knoten versehen sind, in die Schlaufen (13) geschaffen wer den.
10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (20) eine Mehrzahl an einzelner miteinander wirkverbundener Stangenelemente (21) um fasst.
11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass mindestens das erste Ende des Halteelements ( 101 ) als eine Schlaufe (13) oder als ein Stangenelement (21) ausgebildet ist, wobei die Schlaufe (13) oder das Stangenelement (21) lösbar mit dem Befestigungselement (11) verbindbar sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Halteelement (100) ausgehend von seinem ersten Ende (101) durch Verbindung mehrerer einzelner Schlaufen (13) oder mehrerer einzelner Stangen elemente (21 ) kontinuierlich verlängerbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Halteelement (100) umfassend eine Mehrzahl an miteinander ver bundenen Schlaufen (13), eine erste Schlaufe ( 13A) aufweist, eine zweite Schlaufe (13B) die erste Schlaufe (13A) durchgreift, zwischen erster und zweiter Schlaufe (13A, 13B) ein Kontaktbereich gebildet ist, und die zweite Schlaufe (13B) einen ersten Schlaufenteil ( 13 B' ) und einen zweiten Schlaufenteil (13B") aufweist und eine dritte Schlaufe (13C) die beiden Schlaufenteile ( 13 B' , 13B") der zweiten Schlaufe ( 13B) durchgreift.
14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Rohr (7) unperforiert ist und das Rohr (7a) perforiert ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Rohr (7), ( 7a) konzentrisch zum zylindrischen Gehäuse (2) der Elekt rode ( 1 ) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass das Rohr ( 7) aus Metall, vorzugsweise Stahl gefertigt ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Rohr (7a) aus einem Nichteisenmetall oder -legierung, vorzugsweise Aluminium gefertigt ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass an einem Ende des Rohrs ( 7), welches oberhalb der dritten Zone (6) en det, ein Abschlusselement vorgesehen ist, welches beim Senken des Rohrs ( 7), ge gen die dritte Zone ( 6) drückt.
19. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass an jenem Abschnitt des Rohrs ( 7), welcher innerhalb des zylindrischen Gehäuses ( 2) verläuft ein Mitnehmer ( 1 2) vorgesehen ist, welcher beim Senken des Rohrs (7) gegen die erste Zone (4) der Elektrode ( 1 ) drückt.
20. Halteelement ( 1 00) umfassend eine Mehrzahl an miteinander verbundenen Schlaufen ( 1 3), dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement eine erste Schlau fe ( 1 3A) aufweist, eine zweite Schlaufe ( 1 3B) die erste Schlaufe ( 1 3A) durchgreift, zwischen erster und zweiter Schlaufe ( 1 3A, 1 3B) ein Kontaktbereich gebildet ist, und die zweite Schlaufe ( 1 3B) einen ersten Schlaufenteil ( 1 3 B' ) und einen zweiten Schlaufenteil ( 1 3B" ) aufweist und eine dritte Schlaufe ( 1 3C) die beiden Schlaufen teile ( 1 3B', 1 3B" ) der zweiten Schlaufe ( 1 3B) durchgreift.
21. Halteelement ( 1 00) nach Anspruch 1 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzel nen Schlaufen ( 1 3A-C) zumindest teilweise aus Carbon Faser bestehen.
22. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung gemäss einem der vorangegangenen An sprüche 1 bis 1 9, gekennzeichnet durch, einen ersten Schritt, umfassend ein Bewegen der kohlenstoffhaltigen Masse der drei Zonen (4, 5, 6) relativ zum zylindrischen Gehäuse (2) durch eine vertikale Senkbewegung des Rohrs (7), (7a), periodische Wiederholung des ersten Schritts bis das Rohr (7) bzw.(7a) das Ende der zweiten Zone ( 5) erreicht hat bzw. in die dritte Zone (6) mündet, anschlies send
Entlastung des Halteelements ( 1 00) durch Reduktion der auf das Halteelement ( 1 00) wirkenden Zugkräfte, Verlängerung des Halteelements ( 1 00) und Sicherung des verlängerten Halteele ments ( 1 00) mittels eines Befestigungselements ( 1 1 ),
Aufbringung einer Zugkraft auf das verlängerte Halteelement (9'),
Anheben des Rohrs ( 7), (7a) bis dieses sich wieder innerhalb der ersten Zone (4) befindet, erneuter Beginn mit dem ersten Schritt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung des Halteelements (100) erfolgt, in dem das Ende des Halteelements (101), welches in das Befestigungselement (11) verbindbar ist durch Verbinden mit mindestens einer weiteren Schlaufe (13) oder mit mindestens einem weiteren Stangenelement (21 ) verlängert wird.
24. Elektrode (1 ) umfassend eine Vorrichtung nach einem der vorangegangenen An sprüche 1 bis 19.
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