[发明专利]索德伯格电极壳设计

说明书

本公开整体涉及用于还原炉的自焙电极。更具体地讲，本公开涉及用于形成自焙电极的电极壳的设计以及由其制作自焙电极的方法。

索德伯格电极技术广泛用于埋弧炉。该技术使用来自于流经电极的电流的热来焙烧可输入炉中的另外的电极材料，以复原在正常的炉操作期间已失去的电极长度。该技术使用具有内部金属支撑结构的外部金属壳，以便容纳用于形成电极的原材料，提供一定的形状以将所述材料焙烧成电极，并提供必要的结构支撑。在操作期间，将金属壳和内部支撑结构的多个部分连续堆叠在彼此之上，使得可以连续形成自耗电极。索德伯格电极技术相比于包括以下方面的曾用方法具有成本和可靠性优势：(i)在正在消耗的电极之上添加预先形成、预先焙烧的电极部分，或(ii)用新的电极替换已烧掉的整个电极。

然而，索德伯格电极技术在用于不同的行业时的确存在局限。例如，当将该技术用于制造化学级硅时，由于在所产生的最终产品中要求具有严格的低铁及其他杂质含量，因而存在局限。因此，由标准碳钢构成的金属壳和支撑结构无法用于该行业。对于硅的生产，外部金属壳和内部支撑结构必须由另一金属制成。通常，选择不锈钢或铝用作金属壳，并因不锈钢的强度而将其用于制作内部支撑结构。虽然在壳体和支撑结构中使用不锈钢和/或铝使得索德伯格技术对于该应用可行，但是仍存在许多问题。由于与硅产品相关的高纯度要求，必须使金属支撑结构最小化，这将产生不稳固且总是处于断裂或倒塌危险中的设计。此外，为了增强结构支撑，该设计要求将添加到层叠件上的每个壳体部分的内部结构焊接到层叠件中前一个壳体的内部结构。不锈钢的焊接带来了工人在焊接过程中暴露于六价铬化合物的潜在问题。

发明内容

在克服相关领域的所枚举的缺点和其他局限中，本发明提供了用于制作在还原型炉中被消耗的自焙电极的电极壳、由其制作的电极及其制作方法。

根据本公开的一个方面，该自焙电极包括外部套管、多个翅片以及被限制在外部套管内并与所述多个翅片接触的电极糊。外部套管被分成由第一金属制成的多个套管部分，使得每个套管部分具有外表面和内表面。所述多个套管部分能够堆叠在一起，使得它们形成外部套管。任选地，所述多个套管部分中的至少一个可通过焊接或滑动接头耦接到另一个套管部分。

翅片被分成由第二金属制成的多个翅片部分，使得每个翅片部分机械联接到一个套管部分的内表面。每个翅片部分进一步由上部界面区域、中央支撑区域和下部界面区域限定。上部界面区域、中央支撑区域和下部界面区域具有网格结构，该网格结构分布有至少10％的开口面积、或者大于30％的开口面积，使得每个翅片部分表现出每单位长度恒定体积的第二金属。一个翅片部分的上部界面区域能够与另一个翅片部分的底部界面区域重叠。

根据本公开的另一方面，第一金属和第二金属被独立地选择为铝、碳钢、不锈钢和铜组中的一者。或者，第一金属和第二金属为不同的金属。

每个套管部分包括介于2和25个之间的翅片部分，这些翅片部分沿着其长度可以为直的或弯曲形状的。每个翅片部分可能以预定的角度α从套管部分的内表面突出，或者，翅片部分可从套管部分沿着其宽度径向地突出。每个翅片部分的中央支撑区域以及任选上部和下部界面区域还可以包括沿着翅片部分的纵向边缘定位的预定宽度和长度的第一和第二侧条。第一侧条接触套管部分的内表面并被紧固到其上。第一和第二侧条在宽度上可以相似，或者一个侧条可以比另一个更宽。侧条的长度和宽度可基于本领域的技术人员希望网格结构提供的结构支撑或完整性的量而预先确定。

预先确定一个翅片部分的下部界面区域与另一个翅片部分的上部界面区域之间的重叠量，以给电极提供一定程度的结构完整性，使得翅片部分不需要被紧固在一起。或者，将一个翅片部分的下部界面区域与另一个翅片部分的上部界面区域紧固在一起。当需要时，通过使用铆钉、螺栓、销轴或螺钉将翅片部分机械紧固在一起。

根据本公开的另一方面，用于制作在还原电弧炉中消耗的自焙电极的电极壳包括如上所述以及如本文进一步定义的外部套管和多个翅片。所述多个翅片中的开口面积的量大于或等于0.0042cm²每厘米壳体垂直高度每千克待支撑的电极。

根据本公开的又一个方面，电极壳可包括分成由第一金属制成的多个套管部分的外部套管以及分成由第二金属制成的多个翅片部分的多个翅片，而每个翅片部分为实心条或圆柱体，使得每个翅片部分展现出每单位长度恒定体积的第二金属。每个套管部分中的第一金属和每个翅片部分中的第二金属被独立地选择为铝、碳钢、不锈钢和铜组中的一者。