[发明专利]碳电极的制造方法

说明书

本发明涉及电熔炼炉用的碳电极的制造方法。

在用于制造铁合金、磷铁、生铁及其它制品的电熔炼炉中，现在主要使用的是自烘烤碳电极。

常规的自烘烤电极包括垂直安装的用钢制成的电极套筒，电极穿过炉顶或炉盖中的开面。电极套筒的上端打开，以便加入未烘烤的含碳电极浆料，用加电流的电极区中产生的热加热浆料，使浆料软化并熔化，之后烘烤成固体碳电极。由于电极在炉内被消耗，电极降低，因此，在电极柱的顶上插入电极套筒的新部分，并加未烘烤的电极浆料。

这种常规电极装有固定到电极套内表面上的内部垂直金属肋条，肋条朝电极中心径向延伸。新电极套筒插到电极柱顶上时，肋条焊到套筒下的肋条上，以获得垂直方向的连续肋条。肋条用于加强烘烤过的电极并在烘烤工艺中把电流传入电极浆料对浆料径向加热。为了补偿电极消耗，用电极夹持和滑动装置使电极向下降低进入炉内。

用这种常规电极时，电极在炉内被消耗时，电极套和内肋熔化。因此，电极套和肋条的金属成分转移到熔炼炉中制造的产品中。电极套和内肋通常用钢制造，这种常规自烘烤电极不能用于制造硅或含硅量高的硅铁的熔炼炉中，因为在制成品中铁的含量高到不能允许的程度。通常，把预烘烤的碳电极用到铁会污染待制产品的制造工艺中，使制成的预烘烤的碳电极长度适当并伸出熔炼炉，用螺纹或螺纹接头把它加到电极柱顶上。众所周知，可用常规自烘烤电极的改进型以避免或减少电极套筒和肋条的铁对熔炼炉中制成品的污染。

构成多个用含碳电极浆料制成的电极部分，之后，把制成的多个电极部件热处理，以把电极浆料烘烤成固体碳电极，由此制成预烘烤电极。这种制造方法需要长的热处理周期，并精确校准冷热处理中的温度，以防止制成的电极径向有裂缝，而且，烘烤后的电极要进行机械加工，以使其具有可接受的表面光洁度，每根电极长度的两端制成螺纹。因此，用该方法制成的预烘烤电极价格昂贵。

挪威专利154860公开了一种连续制造细长碳体的方法，该方法将碳体切割成适当的长度，之后用与预烘烤电极相同的方式进行机械加工和制成螺纹。该方法中，使含有未烘烤电极浆料的电极套连续或基本连续地下降通过已加热到700-1300℃的烘烤炉，对加进电极套内的电极浆料烘烤，用外部加热和烘烤中产生的气体燃烧产生的热来加热烘烤炉。这种电极的缺点是，它们用作熔炼炉中的电极之前要进行机械加工和制成螺纹。

为避免污染熔炼炉中的制成品，对常规自烘烤电极提出了多种改进。因此，挪威专利149451公开了一种自烘烤电极，其中无内垂直肋条的电极套中装的含以焦油为基的粘接剂的电极浆料在加电流的电极区上被烘烤，电极烘烤之后而电极达到加工作电流的电极区之前，除去电极套。按此方式，能制成无电极套和肋条的电极。这种电极已用于制造硅制品的熔炼炉中，但与常规的预烘烤的电极相比，其缺点是它需要价格昂贵的设备，使电极在加热到700-1000℃的烘烤区烘烤。而且，在烘烤中产生含多芳香碳氢化合物(PAH)的气体，因此，设备装有收集和销毁PAH化合物的装置。最后，还要设置电极烘烤后除去电极套的装置。

美国专利4692929公开了能用于制造硅产品的自烘烤电极。电极包括无内肋条的永久金属套和用于支承包括碳纤维的电极用的支承结构，在支承结构四周烘烤电极浆料，支承结构夹持烘烤后的电极。该电极的缺点是，要在电极顶上设置分开夹持装置，以便用由碳纤维制成的支承结构夹持电极。

美国专利4575856公开了一种自烘烤电极，具有无内肋条的电极套，电极浆料在中心石墨芯四周被烘烤，电极为石墨芯。该电极有与美国专利4692929所公开的电极相同的缺点，此外，电极受水平力作用时，石墨芯会破损。

上述的制造无内金属肋的自烘烤电极的方法均有缺点，它们不能在不显著增大电极破损危险的情况下用于制造直径在1.2米以上的电极。反之，常规的自烘烤电极的直径可做到2.0米以上。

上述各种碳电极的制造中，所用的含碳电极浆料包含颗粒固体碳材料，最好是无烟煤和以焦油为基的粘接剂。电极浆料在室温是固体。加热到50℃-150℃，随着在该温度范围以焦油为基的粘接剂开始熔化，浆料开始软化。再加热到500℃浆料开始烘烤，在800℃以上完成烘烤，形成固体含碳体。

尽管有了上述能防止铁对熔炼炉中制成产品污染的自烘烤电极制造方法和设备，为克服这些现有方法的缺点，仍需要一种可靠制造自烘烤电极的方法和设备。