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" Masse peur la fabrication d'électrodes ".
La présente invention concerne les électrodes dites continues que l'on cuit dans le four électrique dans lequel elles doivent être utilisées et elle a pour objet une masse au moyen de laquelle on peut fabriquer des électro- des ayant des propriétés mécaniques et électriques supé- rieures.
Les électrodes usuelles en carbone peur applica- tiens électrothermiques sont, on le sait, faites en mélan- geant de l'anthracite, préalablement chauffé au rouge, des scories et d'autres matières à base de carbone avec un liant comprenant du b ai et de l'huile, ou du goudron et du brai, de manière à former une masse qui est pressée ou damée dans
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des moules. Les électrodes ainsi formées sont alors cuites dans des fours spéciaux, où elles sont chauffées lentement jusqu'à ce que le liant soit transformé en coke, soit ha- bituellement à 1100 C.
C'est un fait bien connu que de bonnes électro- des sont indispensables à un four de fusion électrique. On s'est efforce souvent de trouver les meilleures méthodes pour la prcduction d'électrodes et les règles fondamentales ci- dessous) qui doivent être suivies pour donner de bons résul- tats, ont ainsi été établies : 1.) L'électrode brute doitjcontanir une quantité aussi petite que pcssible de constituants volatils. Moins il y a de constituants volatils dans la masse de l'électrode, plus élevé sera le poids spécifique de l'électrode.
2.) Le moulage de l'électrode doit se faire au moyen de pressions élevées ou par des chocs énergiques de façon que les particules de -La masse scient agglo- mérées par pression et que l'air qu'elle contient soit expulsé.
Le procédé qui est employé actuellement et qui est considéré comme le meilleur consiste à comprimer les élec- trodes dans des presses hydrauliques en employant des pres- siens d'environ 300 kg par centimètre carré. La masse d'é- lectrode est soumise à cette pression élevée pendant long- temps et de ce fait les particules de la masse sent dé- placées les unes par rapport aux autres et l'air est expulsé.
On a également pu fabriquer de bonnes électrodes par damage. Le procédé consiste alors à soumettre la masse d'électrode à un damage au moyen d'un appareil genre sonnet- te. Aussi bien en ce qui concerne le transport et la cuisson des électrodes brutes que pour rendre efficace le tratiement
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mécanique de la masse, celle-ci doit avoir une consistance définie. Elle doit, comme on dit, être capable de "prendre la compression" ou de "prendre le damage". La masse doit être traitée mécaniquement de manière à donner un bloc d'é- lectrode solide et non élastique, ayant un poids spécifique correspondant à celui qu'on désire obtenir pour les élec- trodes terminées.
Un a toutefois constate, suivant la présente inven- tion, que, la masse employée à la procudtion des électrodes dites à auto-cuissen" doit, pour donner un résultat satisfaisant, avoir une consistance tout-à-faot différente de celle de la masse usuelle, vu qu'il est Habituellement impossible d'em- ployer des pressions élevées pour comprimer la masse ou d'em- ployer un damage énergique. On n'emploie qu'un damage léger, effectué à la main ou au moyen de petits appareils à damer pneumatiques. Si on essaie de damer de cette manière la masse usuelle, il n'est pas possible de l'agglomérer suffi- samment et on obtient une électrode à poids spécifique plus faible que les électrodes usuelles, et la cohésion et la conductibilité électrique sont mauvaises.
Il en résulte que ces électrodes ne supportent qu'une densité de courant moin- dre que des électrodes de première qualité et cela peut dans bien des cas provoquer des ruptures, les électrodes n'étant pas suffisamment solides pour résister aux efforts auxquels elles sont soumises. Cette façon de se comporter se remarque spécialement dans la fabrication d'électrodes "à autc-cuisson"qui sont munies d'une armature de fer ou de métal, .ces électrodes consistent généralement en une enve- loppe de fer pourvue de nervures longitudinales dirigées vers l'intérieur et cette armature enferme la masse d'élec- trode et détermine sa forme.
Dans la partie Inférieure de
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l'armature, du côté du four, la masse d'électrode est coia- cuite tandis que dans la partie supérieure elle reste entièrement brute.
Les nervures transmettent le courant du pcrte- électrode à la partie cuite de l'électrode et la maintien- nent fermement; pour cette raison elles sont munies de sail- lies ou leur équivalent qui empêchent l'électrode cuite et durcie de se déplacer par rapportaux nervures. Une électrode continue de ce genre a généralement de 4 à 7 mètres de long..
Même si, en employant une masse d'électrode crdi- naire pour fabriquer ces électrodes, on parvient en damant avec une extrême précision à donner à l'électrode le pcids spécifique correct, les électrodes résultantes ne sont jamais aussi sûres qu'on le voudrait. Lorsqu'elles sont soumises à certains efferts, il peut se produire une rupture de l'électrode. Les électrodes se divisent en morceaux de 30 à 90 cm de long qui tombent dans le four lorsque l'ar- mature de fer disparaît par fusion. La raison en est que la masse d'électrode durcit graduellement pendant le damage lorsqu'on travaille les particules de carbone. La masse dure, non élastique, qui en résulte reste fixe par rapport aux nervures de l'armature de fer qu'elle enrobe et aux autres parties de l'armature de fer.
Lorsque l'électrode se consume dans le four de fusion, l'armature s'abaisse lentement avec la masse d'électrode, un peu au-dessus du four, l'électrode est chauffée à la température de cuisson et la masse se contracte, le liant étant transformé en coke, L'armature en fer se dilate au contraire par suite de l'é- lévation de température et la masse d'électrode fixée à l'armature est soumise à un effort qui peut avoir pour re-
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sultat la subdivision de l'électrode en morceaux dont la longueur varie avec le diamètre de l'électrode et les con- di tion de température.
On a découvert maintenant que l'on peut surmonter les difficultés indiquées ci-dessus en donnant à la masse une consistance suffisamment peu visqueuse pour permettre à la masse de faire prise pendant le chauffage dans l'é- lectrode. Pour obtenir le poids spécifique correct ainsi que la conductibilité électrique et les qualités mécani- ques correspondantes, la masse doit, pendant la cuisson, faire prise aussi lentement que possible. La cuisson s'o- père dans une masse soumise à la pression de la colonne de masse située au-dessus d'elle. On obtient une consistance convenable en augmentant la teneur en constituants liqui- des de la masse.
Une masse ordinaire pour la fabricaticn de grandes électrodes contient un mélange de goudron et de brai (par exemple dans la proportion de 3 a 1) qui forme 10 à Il % de la masse, laquelle peut alors être damée fa- cilement en une masse dure. Si en augmente la quantité de brai) la masse devient plus collante à la température de damage et par conséquent difficile a traiter au moyen de la machine à damer. Peur 18 à 22 % de brai, on ne peut plus la, damer du tout. Le traitement d'une partie de la surface de la masse au moyen d'une machine, par exemple une machine pneumatique à damer à pointe, a simplement pour résultat de refouler cette partie de la surface vers le bas et de faire remonter les autres parties.
La consistance de la masse est celle d'une pâte de pain, et le but du damage, dans ce cas, n'est pas d'agglomérer la masse par battage peur atteindre un poids spécifique aussiélevé que dans le cas d'électrodes comprimées ou aamées ordinaires, mais seulement d'amener en
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contact intime les unes avec les autres les parties indi- viduelles de la masse et d'enlever les grosses bulles d'air.
Les recherches ont montré qu'une telle masse pré- sente, à la partie inférieure des électrodes continues, un poids spécifique beaucoup plus élevé que la masse récemment damée de la partie supérieure des électrodes. Des échantil- lons d'une électrode complètement cuite, pris la partie inférieure d'une électrode "à auto-cuisson", ont le même poids spécifique que les meilleures électrodes comprimées du commerce. Ceci montre qu'une prise lente de la masse s'opère alors qu'elle est, dans l'électrode, soumise à la chaleur au four de fusion et chargée du pcids de la masse qui la surmonte.
La différence entre une masse "damable"et une masse "non damable"est très apparente. La masse damais le soumise à une série de ccups d'un outil dameur devient de plus en plus dure à chaque coup. A la fin, l'outil frappe la masse avec un ben analogue à celui produit sur un corps parfaitement solide et non élastique. Dans une masse non damable, on n'obtient jamais une telle solidité.
En vue d'établir comment le changement de consistance s'opère lors- qu'on augmente la quantité de liant liquide, on a effecué des mesures comparatives de la viscosité dans une série de mélanges d'anthracite finement pulvérise et d'un liant liquide, On a détermine la viscosité en notant le nomore de secondes nécessaire à. une tige d'un poids défini pour se mouvoir à travers une couche de masse d'épaisseur définie.
Les résultats sont donnés ci-dessous:
Pour 24 % de liant,, le mouvement de la tige n'é- tait pas appréciable
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pour 25 o de liant, le mouvement de la tige était appréciable mais le temps nécessaire a été de plus d'une heure.
Pour 26 %, le mouvement de la tige a été un peu plus rapide mais le temps nécessaire a encore été de plus d'une Meure.
Pour 27 % de liant, le temps est encore de (plus d'une heure.
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quantités de liants : 27,5%) 28%, 28,5%, 2%, 30%,32
Temps nécessaires ( en secondes ) 760, 100, 65, 58, 3, 20
Si les résultats sont représentés suivant une courbe, on voit que la courbe forme un coude brusque de 27,5 à 28 % de liant, ce changement brusque de la mobilité de la, masse correspond apparemment à une teneur telle de liquide que les particules solides de carbone de la masse ne sont plus en contact direct les unes avec les autres mais glissent sur le "lubrifiant", les liants employés dans la production des électrodes étant en même temps d'excellents lubrifiants.
Le pourcentage absolu pour lequel la masse cesse d'être damable dépend de la quantité de particules fines contenue dans la masse d'électrode et de la nature des par- ticules fines et il ne peut donc pas être déterminé à priori.
Dans les recherches signalées plus haut, on a trouvé le coude de la courbe peur 27,5% de liant. ceci n'est évidem- ment le cas que dans un mélange de matières fines définies avec un liant déterminé, Si la qualité ou la finesse des matières fines est modifiée, le coude de la courbe se dé- place.
En toutes circonstances, on obtient toutefois pour la viscosité une courbe donnant un.ccude pour la teneur en liant pour laquelle la massedevient "liquide"dans une mesure ap-
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préelaDie.'
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Dans une masse servant à la fabrication de gran- des électrodes, cn emploie généralement 1/3 de grosses par- ticules, c'est-à-dire d'une matière à base de carbone, par exemple de l'anthracite chauffé, en morceaux ayant les di- mensions d'une noix, 2/3 de la masse étant constitués par des particules fines et des liants. Les grosses particules exigent très peu de liant peur être mouillées. Les morceaux sont, dans la masse, entièrement entourés par les matières fines et la consistance des matières fines détermine celle de la masse.
Des expériences pratiques faites sur une gran- de échelle ont montré que le changement caractéristique de consistance lorsqu'on emploie la même matière que dans les expériences mentionnées plus haut, mais avec un tiers de grosses particules, se produit pour envircn 18 % de liant, et qu'à 20 o la masse est très mobile .ces chiffres sont en concordance avec ceux trouvés plus haut, si l'en considè- re que 1/3 de la masse exige très peu de liant. Si on em- ploie plus de grosses particules, le changement de consis- tance se produit pour une faible teneur en liant. La masse est toujours traitée à chaud, généralement à des températu- ras allant de 60 à 130 C. Le mélange de liants utilisé en pratique est alors liquide.
En rendant la teneur en constituants volatils et en liants de la masse suffisamment élevée, on peut éviter complètement le damage de la masse et la production des électrodes continues prend plutôt le caractère d'une coulée.
Mais dans ce cas également, on obtient une excellente con- ductibilité et un poids spécifique avantageux pour les électrodes finies, ce qui est dû aux conditions extrêmement favorables de la cuisson.
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Cornue on l'a mentionne ci-dessus, l'enveloppe de fer descend lentement avec la masse d'électrode vers le cratère du four, la température de la niasse s'élevant len- tement depuis environ 60 C. jusque, atteindre la tempéra- ture du rouge à. la peinte de l'électrode. A environ 200 C., la première distillation des constituants les plus volatils de la masse commence et ces constituants s'échappent sous forme de vapeur. A environ 7000 C., les liants sont transfor- més en des composés de carbone plus lourds, qui sont trans- fermés lentement en un coke graduellement de plus en plus dur. La porosité de l'électrode est ainsi augmentée.
La Nias- se brute contient encore pendant le damage un peu d'air mais pendant le repos dans l'électrode, une partie de l'air s'é- chappe et la porosité tombe à, environ 5 %. Dans l'électrode complètement cuite, elle est d'environ 15 à 20 %. On a ob- servé que pendant la distillation et la cokéfaction, l'excès de liant essaie de s'échapper vers le bas avec les produits de distillation,en traversant la partie de l'électrode -déjà cuite et par conséquent plus poreuse, mais comme cette par- tie est chauffée au rouge,
de nouvelles quantités de compo- sés de carbone et d'Hydrogène seront continuellement détrui- tes en cet endroit avec formation de coke qui se dépose dans les pores de l'électrode. La liaison des particules de car- bone devient par conséquent meilleure et le poids et la con- ductibilité de l'électrode augmentent.
La description détaillée qui précède n'est donnée que peur aider à la compréhension et aucune limitation in- justifiée ne doit en. être déduite, les revendications annexées devant au contraire être comprises dans leur sens le plus large possible en tenant compte de l'état antérieur de la technique.